换电标准化助力中国电动汽车产业发展

换电标准化助力中国电动汽车产业发展

2009 年 1 月，我国开启了世界上规模最大的新能源汽车推广项目——“十城千辆”，也同时拉开了新能源汽车产销量快速增长的序幕。此后，中国新能源汽车年销售量逐年攀升，从 2009 年的 2300 辆，增长到 2022 年的 688.7 万辆，年均增速高达 85.1%。从 2015 年起，中国新能源汽车连续七年保持着全球产销第一的地位。据市场调研机构 Canalys 的数据显示，2022 年全球新能源车 (EV) 年增长 55%，达 1010 万辆。中国大陆是目前最大的新能源车市场，根据中国汽车工业协会的统计 ，2022 年中国新能源汽车产量为 705.8 万辆，同比增长 96.9%；销量 88.7 万辆，同比增长 93.4%，占到全球销量的 61.2%。新能源汽车新车销量占汽车新车总销量的 25.6%，提前三年完成 2025 年规划目标。在出口方面，新能源汽车已经成为拉动我国出口增长的主要力量。根据中国汽车工业协会统计，2022 年新能源汽车出口达到 67.9 万辆，同比增长 1.2 倍，而传统汽车当年仅实现了 54.4% 的增长。经过十多年的发展，中国已经建立起完备的产业体系，新能源汽车技术水平不断提升，整车制造技术日趋成熟，性能、适应性、续航、能耗、智能化等全面发展，核心的“三电”技术——电控、电机及电池已经至少与国际水平同步，一些方面甚至处于国际领先水平。

当前，新能源汽车正成为全球汽车产业转型的主要方向和各国落实《巴黎协定》承诺的重要手段。不少国家出台了日趋严格的节能减排法规，有些国家甚至提出禁售燃油车的计划。欧盟 2035 年通过成员国理事会投票最终通过了《内燃机禁止法》，并通过《2035年欧洲新售燃油轿车和小货车零排放协议》，将从 2035 年起禁止生产新的燃油车；美国环境署（EPA）决定在 2032 年将美国新车的大部分销售改为电池电动汽车，总统拜登设定了到 2030 年电动汽车销量占比达 50% 的目标；日本宣布到 2035 年，销售的新车 100% 将为电动化车辆。我国也在稳步推进燃油车替代，2019 年海南省发布《海南省大气污染防治条例》，宣布 2022 年起逐步禁止销售燃油车，预计 2030 年将全面禁止燃油车销售，成为国内首个全面禁止销售燃油车的省份，其他省市也正在紧锣密鼓地研究燃油车退市的时间。由此可见，全球新能源汽车市场潜力巨大。新能源汽车承载着我国汽车产业由大到强的重大使命。

2008 年被视为电动汽车“元年”，奥运会期间，奥动率先以换电模式大巴的示范应用,承担了赛事期间的公共交通服务；北京市建设了国内第一个集中式充电站，可满足 50 辆纯电动大巴车的动力电池充电需求。从此开启了充换电的序幕，但那时电动汽车尚不普及，整个产业都处在早期的摸索示范阶段。

2009 年，我国制定了《十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程》，首次确定参与“十城千辆”工程的城市有 13 个，第二批扩大到 25 个城市，此后又扩展到 88 个城市。这期间各种新技术、新模式百花齐放，充电和换电也是齐头并进，进入大规模的建设试点。这个阶段，充电模式主要是以集中式的充电站建设为主。国家电网、力帆汽车、新乡新能、Better Place 等公司则在多地推行换电示范，国家电网在 2011 年确定了“以换电为主，插充电为辅，集中充电，统一配电”的运营模式，并开展了一系列试点工程，比如北京的高安屯清洁车换电站、青岛的薛家岛公交车换电站，在杭州更是建设了初具规模的出租车换电网络，是当时全国最大的换电网络。

在补能网络初期的发展阶段中，发展的重点也发生过调整。2012 年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》中不再提及换电模式，而是确定了以充电为主的补能路径。到了 2013 年，探索换电模式的企业纷纷倒闭或者停止投资，带头大哥国家电网也低调地不再推进换电。2014 年 1 月，国家电网公司工作会议提出，按照主导快充、兼顾慢充、引导换电、经济实用的原则，优化充换电服务网络规划和布局，在一定程度上确立了充电模式的发展方向。同年，国家电网出台《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》宣布开放社会资本进入充电设施市场。民营资本的进入让充电桩的建设从此一路狂飙，如雨后春笋一般，快速生长。

这个时期换电模式的沉寂，除去上述外部因素，主要原因还在于自己本身。因为，换电本身就需要一个生态来支撑，这个生态圈包括建设和运营换电站的运营商，生产与换电模式相匹配车型的主机厂，以及有购买意愿的车辆购买方。三方资源都是重资产投入，资源整合的难度非常艰巨。此外还有媒体经常讨论的，换电标准不统一，电池规格彼此无法兼顾，在不同的换电站里无法给不同的电池换电等等技术原因。因此，在一个城市落地换电的时候，换电运营商希望能有一定数量以上的换电车型落地；主机厂希望有成熟的换电车型市场；而买车的人希望有更多的换电车辆和更便捷的换电站。无论是建站、造车还是买车，对于行为主体都不是一笔小的投入，这个利益三角的破局也牵扯到谁来主导协调的问题，种种矛盾导致换电在任何一个城市的冷启动都很困难。与之相对的，充电的标准是较统一的，各方面的利益主体又是互相独立的，不需要复杂的利益协调，所以运营商只要有地方就能建站，主机厂只要按着标准生产就可以。

新能源车替代传统燃油车的过程，早期以私家车为主，新能源车从环保、性能的角度吸引了消费者。随着近年来各地政府制定了交通领域的减碳时间表，重卡、出租车等营运车辆开始替换为新能源车，营运车辆更加注重经济性和运营的时效性，而换电正好能提供高效补能，电池与车身分离的技术极大地降低了购车成本，非常契合重卡、出租车的需求。

随着各地营运车辆逐步替换未新能源车，换电模式迎来春天。一个明显的信号，是政策的不断提及和推动。政策的推动，一下子让市场变得火热，引起了一系列大企业争相进入。换电的商业模式日渐清晰，随着近年来产业链成本的逐步下降，在一些特定场景内的换电模式的经济性逐渐显现，逐步实现盈亏平衡，启源芯动力、协鑫能科、奥动、宁德时代等多家企业相继进入换电赛道。

从萌芽探索期主导换电模式，再到放开资本入场大力建造充电桩，再到换电试点城市标准化建设，我国持续动态性调整的电动能源政策是电动汽车产业发展和高效率成长的保障。

近年来，政府和企业相继在电动汽车的补能设施建设方面加大投入，然而，它们在数量上和布局上尚未达到传统加油站在覆盖范围、服务能力。电动能源补能设施的不足在很大程度上制约了电动汽车市场的扩展和广泛普及。

换电的主要依托“车电分离”的商业形式实现，一是动力电池和电动汽车车身结构的物理分离，通过特定的能源补给装置短时间内快速更换动力电池；二是实现动力电池和电动汽车的经济价值分离，动力电池的所有权和使用权分离，动力电池成为具有可流动性的服务商品，电池资产管理公司拥有其所有权。采用“车电分离”，实现汽车与电池的分开购买或电池租赁的方式，对汽车消费者而言，降低了车辆初次购置的费用；对于换电服务商而言，通过电池的统一管理，能够增加电池资源利用率，实现电池资源的高效配置与回收利用；对电网来讲，换电模式下，可根据电网需求侧对储能电池进行充电，削峰填谷，避免大规模集中充电对电网造成冲击，是一个多方友好的解决方案。换电模式在营运车领域率先发展，营运场景成为多数企业的业务突破口。据工业和信息化部数据，目前我国《新能源汽车推广应用推荐车型目录》上的换电车型已经超过 530 款，主要是出租车和重卡。

在换电乘用车领域，可分为私人乘用车换电车型和运营车辆换电车型，主要应用于私家车、出租车、网约车以及汽车租赁领域。私家车以蔚来汽车为代表；出租车、网约车则有众多的品牌。换电出租车、换电网约车和换电汽车租赁在一二线城市得到广泛应用，如北京、上海、深圳、长春、重庆、武汉、成都等都推行了出租车换电。换电模式在乘用车领域凭借着高效节能的优势以及车电分离解决方案，较好地满足了客运行业的需求，得到了出租车公司、网约车客户的认可，换电出租车和网约车在更多城市的市场占有率有望逐步提高。

换电重卡的技术解决方案及商业模式已相对成熟并具备批量复制推广的条件。从 2020 年 7 月我国首批换电重卡及首个重卡换电站投运至今，全国已投建重卡换电站近 400 座，覆盖全国 70 余座城市。近年来的试点示范工程探索出了以矿山、钢厂、港口、城市渣土、电厂为主的封闭场景，并形成了成熟的技术解决方案及商业模式。这些场景有以下共同特点:一是钢厂、矿山等“高频”“重载”场景，通常需要重卡 24 小时连续运营。二是重卡主要服务于大宗商品物流运输，如港口、钢厂、矿山、城市渣土等，是环保压力下寻求新能源转型的重点产业。按照现有充电技术，一个典型重卡电池包（282kWh容量）充电需一至一个半小时，而采用换电重卡整个换电过程只需 3-5 分钟，运营效率大幅提升。不同场景运营数据显示，换电模式整体油电经济性在 10%-30%。探索重卡换电应用于中等距离千线运输成效显著。内蒙古自治区首条换电重卡绿色运输干线“鄂—包”干线全程 120 公里，采用固定式重卡换电站+移动式换电站的能源补给方式，实现了重卡灵活换电、随到随换，省内城际干线取得突破。重庆在长江沿线进行换电站整体布局，打通四川达州、重庆开州、重庆万州三地，矿山、电厂、商砼园区等高频重载运输场景，首期开发落地绿色换电干线约 420 公里，建成国内首组省际换电重卡干线网络。唐山结合各钢铁企业的位置分布、运力情况及两个港区的货运情况，着重在港口、钢厂、矿山等地推广换电重卡更新替代，规划了全长 620KM “三纵一横”的城市级换电干线网络，逐步建立起布局合理、科学高效的换电基础设施体系，已投运换电重卡超 4800 辆，投运量居全国第一，投建重卡充换电站近 30 座，换电站布局全国最密。实践表明，换电模式在中等距离干线运输中拥有良好的经济性。

换电模式的这些明显优势决定了它将是新能源营运车辆的重要发展方向，具有广阔的潜在商业价值，在相关政策的指导和推动下，必将迅速聚集产业链上下游的各方参与者。

目前，“硬件+换电”模式是国内许多电动汽车换电站的主要运营模式，换电营运车产业链已基本构建完整。发电企业、电网企业、整车生产商、电池制造商、车辆及电池经销商、换电站运营商和运力企业构成了换电营运车的产业链全景。其中，围绕着电力产品，生产者是发电企业，电力产品的运输由电网企业负责，换电服务运营商通过换电站进行电力销售和提供换电服务，最终的电力消费者是营运车车主。为了使电站的电池能够服务不同的车型，需要整车制造商和电池生产商共同参与产业链，需要统一电池标准和通信协议，使车电分离，让电力在电池中进行流通，达到降低购车成本、提高换电效率的目的，才能共同促进产业发展。

可以说，统一换电标准，是换电站运营商入局换电营运车产业链，专业化运营电池租赁和换电，为多种换电车辆同时提供服务的必要条件；也是整车制造商合理划分业务，甩掉布局自有品牌换电站的重资产负担，专营车辆研发和生产的核心支撑；也是运力企业控制生产成本，零成本享受技术迭代红利，加快低碳运力建设的主要动力。

近几年换电相关标准在主管部门和行业协会组织推动下已渐成体系，其中包括国家标准化管理委员会发布的 GB/T 32895-2016《电动汽车快换电池箱通信协议》、GB/T 32896—2016《电动汽车动力仓总成通信协议》等 5 项国家标准，工业和信息化部发布的推荐性国家标准 GB/ 34013-2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》和 GBI 34014—2017《汽车动力蓄电池编码规则》。由工业和信息化部提出、全国汽车标准化技术委员会归口的 GB/T 40032—2021《电动汽车换电安全要求》是汽车行业在换电模式领域制定的首个基础通用国家标准。这些标准推动了换电行业规范化发展。

地方标准方面也有所推进。2022 年 4 月，江苏省发布了《江苏省纯电动重型卡车换电电池包系统技术规范》，规范了城市级新能源重卡换电应用场景下，换电电池包物理尺寸、动力接口的互换性指标。2022 年 6 月，《交通基础设施施工设备的充换电技术标准》在成都发布，在设备结构与充换电交互、动力电池框架与底托、快换电连接器、通信协议、多端识别、数据安全与风险预警等核心技术领域进行同样标准化。2022 年 7 月，包头市市场监督管理局组织通过《电动中重卡共享换电站建设及换电车辆技术规范》地方标准的审定，也是一个地方性纯电动重卡换电站建设标准。2022 年 9 月，广西壮族自治区发展和改革委员会发布《广西新能源汽车换电站建设和运营指南（征求意见稿）》，对换电站的选址和规划提出具体要求。2022 年 11 月，内蒙古发布《电动中重卡共享换电站及车辆换电系统技术规范》，规定了换电车辆换电电池箱体与换电底托、换电连接器、换电控制器技术要求，换电系统设备技术安全及通信协议技术要求，数据安全管理，风险预警分析技术要求，换电站的规划布局及安装防护要求等。

各地换电标准不断涌现，但技术路径多样化，适用于不同场景的技术标准差异大。整体来看，相较于乘用车技术路径的分散，重卡换电技术目前成熟的技术路径集中度相对较高，市场上主流的技术路径市占率大致在 80% 以上。也正是重卡换电标准的推出和完善，实现了同区域多品牌重卡车辆的电池的共享；以启源芯动力、协鑫能科等为代表的第三方换电运营商相继进入了重卡换电赛道，加速了新能源重卡的普及应用，丰富了业态发展。

在换电营运车辆大规模推广的驱动下，换电模式标准化、共享化的需求愈加迫切。首先，换电车型的保有量持续增加，换电市场规模持续增长。据东方证券发布的数据显示，到 2025 年，国内换电车型保有量预计将达到 500 万辆左右；到 2030 年，这一数字有望接近 4000 万辆。这意味着车企需要修建更多的换电站才能满足车主的补能需求，以应对换电市场的高速增长。电池包的标准化有利于电池厂商批量生产，降低成本。其次, 车企各自为战，其修建的换电站只为自家品牌补能，这不仅限制了投资回报率，还会降低土地资源的利用率；在市场强需求指引下，多品牌、多车型可兼容的共享换电模式就成了新的选择。对换电站的投资方来说，换电站的建设和运营成本远高于充电桩，回报周期长。共享换电模式能够增加换电站的适配车型，减少补能节点的重复建设，提高投资率。随着用户多重数据的增加,第三方换电运营商或将成为流量入口,衍生出众多商业模式。最后，政策支持共享换电模式的发展。《国家发展改革委等部门关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》提出：“围绕矿场、港口、城市转运等场景，支持建设布局专用换电站，加快车电分离模式探索和推广，促进重型货车和港口内部集卡等领域电动化转型，探索出租、物流运输等领域的共享换电模式，优化提升共享换电服务。”第三方换电服务商成为继续加强全国新能源基础设施布局的重要力量。随着国内大量新能源重卡的出口，未来还能将中国的换电模式和标准推广到全球。在轻卡、出租车、网约车等营运车场景中，换电标准化对产业发展的影响也愈发重要。

各层级联动，建立可兼容共享的换电基础设施标准体系。一是明确国家标准的基础引领地位，针对基础通用、安全、施工验收等领域，体现对不同技术路径的包容共享，针对安全、共享互换等关键指标，如电压、换电连接器、通信协议等，明确典型应用方案及相关的技术指标范围。二是建议按照车辆类型完善标准，如分为乘用车、商用车，并尝试分场景、分主体、分阶段逐步推进不同的技术路径标准化。三是鼓励头部企业适度开放知识产权，为规模化建设基础设施、实现共享互换创造条件。四是加强国际标准布局，在国际标准化组织加快推动换电领域国际标准立项。

强化电动汽车换电基础设施相关规划，并配套相应的产业引导支持政策将换电站建设纳入市政基础设施专项规划。遴选具备符合条件的换电站建设场地，优化充换电站空间布局，有序推进换电设施项目的建设和落地。各地可根据本地区充换电站规划建设目标和新能源汽车电动化推进工作需求，滚动制订换电站建设计划，利用各类土地空间资源，完善交通枢纽的换电设施网络布局。鼓励换电站与加油站、加气站、停车场等既有场站合作建设，开展综合能源服务，以及为用户提供更多附加服务，如提供洗车服务，开设便利店、咖啡店等，提升换电设施的价值。

完善换电产业管理协同机制，实现真正的车电分离。一是建立“电池资产管理公司”，使电池作为移动能源资产实现互换共享。二是完善换电重卡的抵押及转让机制。根据目前“车电分离”模式，出台适配的抵押及转让机制，允许无动力车身和申池分开抵押、转让。三是完善换电新能源重卡的配套保险方案。根据目前“车电分离”模式，由银保监会出台相关保险机制，并引导保险公司出台相关保险产品，无动力车身及电池可分别购买保险，出险时各自理赔。

总的来说，换电标准化将成为推动电动汽车产业发展的新方向。相信在政府和企业的共同努力下，中国的电动汽车产业将迎来快速发展的新时代。

参考文献：

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[2] Canalys. Electric Vehicle Analysis. 2022.

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[6] 华泰证券. 新能源汽车换电专题分析：换电渗透率提升，进入快速发展期. 申建国、周敦伟. 2023

[7] 电动汽车换电设施标准工作组.《新能源汽车换电试点城市标准化建设情况调研报告》. 2023