新能源汽车推广应用（新能源汽车行业专题研究）

（报告出品方/作者：招商证券，朱纯阳、游家训、刘飞彤）一、换电模式正在加快推广1.1 换电模式演变，国内换电市场走向成熟换电模式不断更迭，中国换电市场快速发展。2007 年，BetterPlace 成立，是世界首家换 电运营公司。但由于电池技术不成熟，运营成本过高且销量过低（与雷诺的 Fluence ZE 车型合作）等原因，于 2013 年宣布破产。2013 年，特斯拉提出快速换电技术，但由于政 策以及无法实现商业盈利等原因，转向快充技术。而在国内，2010 年国家电网便在杭州基于高箱体标准箱技术完成 500 台纯电动换电型出 租车试点，并在该项目中首次提出并验证了“车电分离，里程计费”的商业模式。2014 年起模块分箱、底盘换电等技术的崛起初步解决了换电站运营成本和能源补充效率的问题， 车辆的稳定性和安全性得到提升。根据中汽协数据，截至 2021 年 11 月，全国新能源汽 车换电站保有量为 1192 座，相较于年初增速超过 110%。其中蔚来反超北汽新能源合作 方奥动新能源成为国内规模最大的换电运营商，运营量达 701 座，占比达 58%。1.2 换电标准发布，换电站建设有望加速不同换电方法对电池设计要求不同，不利于换电的普及。由于各新能源车企的发展、设计 理念相差巨大，导致新能源汽车的电池成分、接口、安放位置、规格、通讯协议等无法统 一。换电的两大技术路线，整包和分箱换电方式的电池包规格完全不兼容，即便是同样使 用底盘换电的蔚来和北汽新能源，二者的底盘电池尺寸、电池包锁止机构完全不同，不同 车企之间难以实现电池包和换电设备的通用，这给换电模式的发展增加了难度。电池标准化是大趋势，但还有一些难点需要解决。不同车企之间的电池进行标准化设计， 从而形成行业内通用的技术规范和解决方案，是提升换电模式渗透率的关键。标准化的电 池箱和换电设备可以方便行业统一管理，也容易形成规模效应降低成本，提高资源使用效 率。同时换电站可以保证为不同车型提供服务，打通不同车企，避免换电站资源浪费。但 是目前标准化规范化还有许多难题，主要是行业不成熟，不同换电技术涉及车企的核心技 术，要实现共享和统一会削弱车企的技术优势和竞争力，同时缺失国家政策引导，目前难 以推进。换电标准发布，政策重视换电建设和运营。2021 年 12 月 22 日，中汽协正式发布《电动 乘用车共享换电站建设规范》，标志着换电标准模板的建立。有望通过该标准，最终实现 换电电池包平台和电池模块的共享。同时，中央政策也在多方面支持新能源汽车换电模式， 结合地方政府以鼓励“充换电”基础设施建设形式同步发布了相关优惠补贴政策措施，对车 辆换电安全性做出相应规定，推动换电模式标准化发展。标准的有效制定为换电模式的健康持续发展提供了规范有序的依据。电动汽车换电模式的 推广在一定程度上受车体设计、动力电池规格尺寸不统一、连接接口不一致等各方面因素 的制约。换电模式标准的制定可有效解决此类问题，各汽车生产商、电池生产商、第三方 换电运营商统一换电标准，可进一步扩大换电市场。1.3 运营及重卡车型与换电模式更匹配运营车型与换电模式更为匹配。换电站相较于充电站投资成本较大，在私人乘用车中推广 仍存在电池规范不统一的问题，易造成相同区域不同车型换电站的重复建设。而公交车、 物流车、出租车及网约车等营运车辆对于换电模式有着特有的优势：1、运营车辆的行驶 范围较为固定，可以在固定区域换电有利于换电站的选址建设。2、运营车辆日均行驶量 明显大于私人乘用车，这使得其换电频率高，仅需几分钟的换电模式能大幅提升运营效率， 同时有利于提高换电站利用率。3、营运车辆均为定制车型，其车辆品牌、电池规格尺寸 和接口均一致，适合统一换电。换电重卡崭露头角，市场化推广前景广阔。目前，国内重卡保有量超过 850 万辆，由于其 极大的燃油消耗量和碳排放量，是电动化的重点对象。2021 年新能源重卡销量大幅增长， 前 11 月销量达 7442 辆，其中电动重卡 6840 辆，同比增长超 200%。主要是因为纯电动 重卡技术路线较为成熟，能完全摆脱对燃油的依赖。但是其续航里程依然是其最大的短板， 其单车带电量较大，即使采用双枪快充的方式也要一个小时以上，极大地影响了其运营效 率。这使得换电重卡的优势明显增加，换电一般只要五分钟，大大提高了纯电重卡的运营 效率。同时电动重卡较大的带电量使其动力电池价格占比达到 50%。而在换电模式下，可 以采用车电分离的形式购买换电重卡，可使购车成本大幅下降。而在使用成本上，换电重 卡电费+电池租赁费用合计约 1.2 元/kwh,相同条件下，换电重卡对比燃油重卡的单车年运 营成本要低 10 万元左右。目前，国家对换电重卡在矿山、煤炭、港口等固定运输专线、支线以及一些封闭性场景下 的推广已逐渐加速。2021 年 10 月 28 日，工信部启动新能源汽车换电模式应用试点，11 个城市纳入试点范围。其中，重卡特色类有 3 个，即宜宾、唐山、包头。同时在 2021 年 第 12 批新能源汽车推荐目录中，换电重卡占比也再创新高，达到 11%。二、换电模式有望与充电模式并驾齐驱2.1 新能源车补能需求大幅增长我国新能源车销量、保有量持续高增长。2021 年，新能源汽车行业终端需求持续超预期， 新能源车销量超过 350 万辆，同比增长超过 150%，新能源车保有量也接近 800 万辆。未 来新能源车还会保持较高增长速度。预计 2025 年我国新能源车销量将达到 1300 万辆， 渗透率约 40%，复合增速在 50%以上。新能源车保有量增加，用电需求大幅提升。根据公安部数据统计，目前我国汽车保有量突破 3 亿辆，其中新能源车接近 800 万辆，占比达到 2.6%。新增的电动车会带来大量的充 用电需求，按平均每车每天行驶 50 公里，能耗水平 15kWh/100kM 计算，平均每天需要 消耗电力约 0.6 亿 kWh，对电网带来一定压力。同时根据中国充电联盟数据显示，近两年 我国主要省市充电桩用电量确实在快速增加。2.2 换电模式有望与充电模式并驾齐驱传统充电模式存在劣势，充电时间长仍为核心痛点。相较于传统燃油车至多 5 分钟的加油 时间，电动车相对漫长的充电时间对用户体验造成极大的影响，引发了“里程焦虑”。随 着电动车普及，目前国内充电网络已出现颓势。“充电 1 小时，排队 4 小时”的新闻屡见 不鲜。根据电车资源的一项调查报告，59%的用户认为公共充电桩布局不合理，52.8%的用 户经常遇到充电桩停车位被燃油车占据的情况，58.3%的用户认为充电站的负荷能力不够。 传统充电模式目前只有直流快充能做到半小时完成充电，但是快充桩的数量比较少，而有 70%的用户希望能在半小时内完成充电，充电慢的问题凸显。57.14%的用户居住的小区内 并没有充电桩，车主只能去公共充电站充电，这加大了充电难度。同时 800V 以上的超快 充技术以及相应的整车平台仍需要一定时间开发、渗透。换电模式能够较好地解决电动车发展痛点。相比于充电模式，换电模式具备诸多优势，能 够解决限制电动车发展的痛点：1）降低消费者购置、换购成本。动力电池约占整辆电动车价格的 40%，换电模式下，车 电分离之后，消费者可选择购买电动汽车，租赁动力电池的模式，可有效降低电动车首次 购置成本。同时，电动车在电池技术快速进步的影响下，导致相关折旧偏高，而在换电的 电车分离模式下有望增加二手电动汽车的残值。2）补能时间较短，成为补能模式的另一选择。换电站的整个换电过程用时短，全自动机 器人只需几分钟便可以完成整个换电操作，与传统燃油车加油时间相当，与充电模式相比， 可为消费者节省大量的充电等待时间。里程焦虑主要表现为续航里程虚标、续航里程衰减 以及现实续航与期望差距较大。目前车桩比约为 3:1，充电桩仍然存在缺口，特别是高速 公路服务区的充电桩数量较少，充电速度慢，无法满足大量新能源汽车长途行驶的需要， 而换电站的快速建设可以弥补充电桩的缺口。3）延长动力电池使用寿命。快充无可避免的会对锂电池造成一定的损耗，而消费者普遍 缺乏相关知识。长期使用快充会导致电池衰减速度加快，缩短电池寿命。而换电模式下动 力电池可由换电站统一管理，专业团队可对其进行有效管理，从而使得电池的损耗降到最 小，极大地延长了电池使用寿命，同时提高了充电的安全性。4）减少充电对区域电网压力，平滑电网荷载曲线。传统充电模式需要建造大量的充电站， 每个电站要配备一定数量的充电桩，在充电高峰期会对电站所在区域的电网带来极大的负 荷压力。假设一个充电站有 20 个充电桩，快充和慢充各占一半，慢充功率为 7kW，快充功 率为 120kW，则单个充电站的满载功率为 1270kW。根据国家规范，新建小区平均户用总功 率在 8kW，一个充电站的功率相当于新增大约 160 户居民家庭用电的功率。大量的充电站 建设对电网的荷载能力和供电能力提出了很大的要求，特别是用电高峰时段，会加剧电网 的荷载波动。换电模式不需要车主在充电桩进行充电，从根本上减少了充电桩的使用，能 够减少小区、办公区停车场的电网荷载压力，一定程度上减少了当地配电站的扩容升级需 求。同时换电的电池是在换电站进行集中慢充的，可以根据需求情况调整充电时间，多利 用夜间波谷时段充电，避免用电高峰期谷峰用电，既降低了电价成本，也达到了削峰填谷 的作用，平滑电网荷载曲线。2.3“双碳”下换电模式迎来发展机遇换电模式助力碳减排，“双碳”战略下将迎来发展机遇。在“双碳”目标稳步推进的背景 下，汽车产业加速向绿色化、低碳化发展，新能源汽车产业驶入高速发展快车道，随之而 来的是能源补给网络的建立对土地和电力带来更大的挑战。换电模式无论在土地坪效还是 电力利用率上，都有独特的优势，在同样的服务能力下，换电模式下的土地利用率是快充 的 10-15 倍，电力的有效利用率高达 85%，是充电模式的 6-8 倍。此外，根据《中国汽 车低碳行动计划研究报告（2020）》的研究成果，换电模式虽然无法降低动力蓄电池制造 阶段的碳排放，但大幅提高了动力蓄电池的使用效率，从而使得新能源汽车更加低碳化、 绿色化。换电模式作为一种高效的补能方式也开始受到政府的高度关注，近年来国家部委 多次发文利好换电模式的发展， 2021 年 10 月 24 日国务院发布《关于完整准确全面贯彻 新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》（以下简称《意见》），更是明确提出了“加快 构建便利高效、适度超前的充换电网络体系”，为换电模式在“双碳”背景下的应用实践 指明了方向。碳交易市场启动，充换电服务有望享受碳交易红利，出售碳排放额度有望为相关企业带来 新的利润增长点。2021 年 7 月 16 日全国碳排放权交易开市，电力行业成为首个纳入全国 碳市场的行业，市场启动初期，只在发电行业重点排放单位之间开展配额现货交易，交易量处于较低状态。我国目前虽然没有将交运行业纳入到碳交易市场，但汽车业的减排力度 一直在不断加强，汽车碳排放标准也更加严格，随着市场制度逐步完善，交易趋于活跃， 预计未来会有更多的高碳排放行业纳入到碳交易市场中，充换电服务也有望跻身碳交易第 二梯队。此外，全国碳交易市场的启动也意味着健全以 CCER 为基础的碳排放权抵消机 制势在必行，出售碳排放额度将有望成为相关企业的新的利润增长点。2.4 换电模式介绍换电模式介绍。换电模式是指当电动汽车电量不足时，可通过换电站快速将其动力电池从 整车上拆卸下来并安装新的动力电池的模式，实现了车电分离。拆卸下来的电池则由换电 站统一进行充电、存储和调配。换电站主要包含五个模块:定位系统、换电系统、运维系统、安全系统和物流系统。其中，换电系统是换电站的核心，由换电平台、码垛机、升降 机构、锁止机构、连接器等组成。快换锁止机构是连接动力电池箱和车身的关键零部件, 也是电池箱实现换电服务的关键，其不仅实现电动汽车电池箱与车身的可靠连接，也能满 足快速更换电池组的需求。换电模式主流技术路线。目前市面上主要有底盘换电、分箱换电、侧方换电三种模式，其 中底盘换电是主流的技术路线。底盘换电模式是指将电池安装在汽车底盘位置，换电作业 时汽车需准确停在指定范围，由换电平台的举升机将底盘上的电池拆卸和安装。底盘换电 安全系数较高，对标准化程度要求也较高，代表车企有北汽新能源和蔚来。北汽新能源主 要应用在出租车上、蔚来汽车主要面向私人乘用车；浙江时空采用的是侧方换电，主要运 用在网约车、出租车、物流车上；重庆力帆采用的是分箱换电形式，主要用在分时租赁车 上。三、国内各企业开始布局换电运营模式3.1 宁德时代 EVOGO 乐行换电方案发布宁德时代下全资子公司时代电服于 2022 年 1 月 18 日线上发布了换电服务品牌 EVOGO 及组 合换电整体解决方案。针对续航里程、补电便捷性和购置使用成本三大消费者痛点，为市 场提供了全新思路。组合换电整体解决方案由“换电块、快换站、APP”三大产品共同组 成，可以通过车电分离，将电池作为共享资产独立出来。“巧克力换电块”由宁德时代采用最新 CTP 技术开发打造，具有小而高能，自由组合，极 简设计三大特点。其能量密度超过 160Wh/kg，单块电池可以提供 200 公里左右的续航，消 费者可以根据自身需求自由选择电池块的数量（例如市内通勤可以选择 1 到 2 块巧克力电 池块，省际通行时换成 3 块巧克力电池块）。此外，“巧克力换电块”还采用了无线 BMS 技 术，外部只有高压正负接口，大幅提高了插拔部件的可靠性。换电站则具有占地小、流通快、容量大、全气候四大特点：每一个标准站仅需三个停车位， 单个电块换电约 1 分钟，站内可存储 48 个换电块，确保用户随时都有满电的电块可以更 换，无需长时间等待。同时，换电站还可提供适配不同地区气候环境条件的版本。APP 则承担了不同模块与消费者之间的纽带作用，提供了人、车、站、电块的相互连接和 服务。宁德时代作为专业电池生产商推行换电方案可能更具优势。对消费者而言，EVOGO 乐行换 电站更多考虑到了日常使用和多场景使用需求，消费者可以根据自身续航需求搭配电池的 块数，最长续航可以达到约 600KM。同时，相较于车企，宁德在电池 know-how 方面更具优 势，有利于在未来持续推进换电电池的标准化，能够降低安全风险，并且可以预期的是， 随着首批 EVOGO 换电站在 10 个城市建立起来，品牌效应立起来后，更多车企会加入合作 队伍。更多车企的支持也将有助于宁德时代换电标准化的建立。3.2 蔚来 BaaS 实现车电分离，蔚能模式为核心BaaS实现车电分离。蔚来在2020年8月推出了电池租用服务BaaS（BatteryasaService））， 并与宁德时代、湖北省科投、国泰君安国际合资成立电池资产管理公司蔚能电池。蔚能成 为连接整个行业（车企、电池厂、消费者）的桥梁。蔚能购买蔚来的电池包，拥有电池的 完整所有权，并将其出租给购买蔚来汽车 BaaS 服务的消费者，同时负责日常的电池管理 等业务。根据公开披露的资料显示，截止 2021 年 7 月，蔚来换电渗透率达 60%，由于之 前换电站的数量尚少导致部分车主无法使用换电服务，预计今年渗透率将进一步提升。截 止 2021 年 6 月，蔚来已累计完成换电接近 300 万次，累计 1.3 亿度电。同时蔚来交付量 也正在屡创新高，2021 年实现交付 9.1 万辆，同比增长 109%。蔚能模式可能成为换电体系中的核心。通过 BaaS 模式，蔚来全系车型实现车电分离。对 于 BaaS 的消费者而言，租用标准续航电池包（70kWh 电池）的消费者一次性的购车成 本降低 7 万元，电池租赁价格是 980 元/月；租用长续航电池包（100kWh 电池）的消费 者一次性的购车成本可降低 12.8 万元，电池租赁价格是 1480 元/月。另外选择 BaaS 模 式的用户还可享受每月六次的免费换电服务，超过六次则按照非首任车主及运营车辆的换 电模式收费，换电费用为换电度数*(电费+服务费）。相较于直接购买整车+电池的模式， BaaS 可能更适合仍处于初级阶段的电动车行业。当前动力电池技术仍处于快速发展期， 消费者可能担忧 2-3 年后电池技术进步后导致其电动车折旧较高。而在 BaaS 模式下，消 费者则无需考虑由于电池技术进步所带来的置换成本，这使得在该阶段 BaaS 模式对电动 车销售存在促进作用。 蔚能实现换电体系下电池的流通，促进电池损耗“大均衡”。公司可通过数据化管理实现电池从设计到车上监控到回收的全周期管理。相较于普通消费者，蔚能通过算法和运营配 合达到电池的良好管理。根据用户充电习惯、耗电水平匹配合适的电池，并通过统一管理 提高电池的安全性能、使用寿命。同时良好的数字化管理也使得公司的电池租赁合同历史 逾期率极低。根据蔚能与客户的租赁合同，在面对客户不履约的情况下，公司能够获取基 于动力电池的相关信息，且公司有权将动力电池的所有权和使用权投入蔚来换电体系内进 行流转，使得电池几乎不存在闲置的情况，实现电池损耗、流通的“大均衡”。蔚能代替车企成为电池回收的责任主体，且会专注于标准化电池的回收及正极再生技术。 蔚能是电池资产的持有方，拥有大量的标准化电池，通过与下游电池回收公司合作代工的 方式进行电池材料的回收再利用。而在目前电池回收市场中由于整体行业标准尚未完全规 范，导致大量退役电池流入非正规的回收渠道中。蔚能可通过算法和运营配合从而实现对 电池的有效管理，对即将退役的电池，可成批量的进行回收，该模式可有效解决当前电池 回收行业中回收渠道不健全的问题，并通过回收贵金属，有效提高电池残值率。同时公司 并不满足于单纯的金属回收，目前也正在研发正极材料再生技术，跳过金属回收，直接做 到电池正极材料的再利用，从而达到更低回收的成本。蔚能为电池资产管理运营模式的先行者。蔚能是行业内第一个电池资产管理公司。目前蔚 能电池资产规模突破 4Gwh，市占率接近 80%。公司的电池租赁业务核心竞争力在于其对 电池、电动车本身的理解以及相关行业资源的把控，对外推动与其他车企的合作，公司背 靠蔚来、宁德，随着换电市场的高速发展，预计 2025 年蔚能管理的电池资产规模可达到 100GWh 以上。3.3 各换电运营商多样化发展奥动新能源：旗下全资子公司的上海电巴新能源科技有限公司于 2000 年，提出 E-Station 能源站的概念，于 2005 年，电巴新能源在兰州建成全球首个充换电站试验站。 目前，奥动新能源是国内规模第二大的换电运营平台，截止 2021 年 11 月，公司已覆盖全国 25 座城市，投运 384 座换电站。同时，已与北汽、长安、一汽等 14 个主流主机厂 建立合作关系，建设新能源汽车换电补能的多车型共享换电平台。公司于 2020 年推出 4.0 版换电站，实现无人值守，智能化全方位监控，保证了电池生命周期安全，实现 20 秒极 速换电。基于零部件国产化的替代，规模化生产，使得成本下降，预计 2025 年，原规划 建设 5000 座换电站的成本，可实现建成 10000 座以上的 20 秒极速换电站。北汽新能源推出底盘换电出租车，实现公共出行领域的换电突破。2015 年北汽推出了首 款换电出租车 EU260 车型，2017 年推出了更加成熟的 EU300 车型，并实现规模化推广。EU300 换电过程仅需 87 秒,续航里程 300km。此外,北汽新能源在北京投放了换电出租车 8256 辆,在五环内及重点地区建成 122 座充换电站,覆盖北京五环区域、大型居民区、机场 周边等区域,形成了城区平均服务半径 2.78 公里、24 小时不间断运营的有力保障。目前北 汽已在全国 19 个城市建成换电站 213 座,在建 50 余座,运营换电车辆 1.8 万余台,数量全球 领先。 北汽新能源成立“擎天柱计划”，成立蓝谷智慧新能源，布局换电产品研发和换电运营。公司计划在 2022 年实现四大目标：投入 100 亿元、在 1000 个城市运营换电站、全国建 成 3000 座光储换电站，并投放 50 万辆换电车辆。公司未来将加大与换电运营商、电池 企业、换电装备企业的合作，以分布式光储换电站作为重要载体，构建换电产业联盟。力帆发力分箱换电模式，积极推进分时租赁用车领域的分箱换电。力帆是分箱换电领域的 先行者，其通用性强，分箱电池包的标准化程度高，适合运营领域的新能源车辆使用。目 前公司分箱换电主要与公司旗下的盼达用车合作，推进分时租赁汽车领域的分箱换电，到 2017 年 3 月，盼达用车累计投入运营车辆超过 7000 台，建成分时租赁站点 600 多个， 累积用户数超过 60 万，单车单日运营时长为 8-10 个小时，单车单日车均 3.7 个订单，单 车单日最高循环次数高达 17 次，单车单日最高行驶 583 公里。中国一汽分两阶段实现车电分离，目前已进入换电车型的推广期。一汽第一阶段从 2019 年开始换电试验并进行量产车型的开发，示范运行验证技术，逐步探索商业模式。第二阶 段是优化 FME 平台，进行换电与充电模块化开发，兼顾 To M 和 To C 用户需求，开展商 业运营。2021 年下半年，NAT 和 E111 车型开始量产运营。换电车辆目前主要是面向出 租车辆，公司正在探讨如何推向私人用户，满足私人用户个性化的需求。而在在商业运营 模式和运营数据管理方面，集团层面正在统筹策划。3.4 换电站运营利用率为核心要素换电站利用率决定其盈利水平。经测算，单个乘用车换电站固定投资约 250 万元，对于单 个乘用车换电站，达成盈亏平衡需要约 30-40% 的利用率，对应单天需服务 100-110 辆 电动乘用车。若考虑个别城市的换电站投资补贴 10-15%，以及更长的使用年限，盈亏平 衡所需的利用率不到 30%。预计 2025 年，全国换电站需求约 2.4 万座，总投资规模约 480 亿。截至 2021 年 5 月中 旬，国家平台中接入的电池快换车辆数为 15.59 万辆，比 2019 年增长超过 30%，其中私 人乘用车约 7.88 万辆，占到总数的近一半。随着新能源汽车的快速推广，新能源汽车销 量逐步增加，带动新能源汽车保有量快速提升。目前换电车型渗透率约为 2%，按换电车 型渗透率年增速 1%、每座换电站服务 100 辆换电车型来计算，预计到 2025 年，全国换 电站需求将达 2.3-2.4 万座。目前单座换电站建设及设备费用约 250 万，按照每年 5％的 速度递减来计算，至 2025 年，全国换电站总投资额约需 486 亿。四、国内各企业加速切入换电站设备领域国内各企业加速切入换电站设备领域。设备商为换电站生产所需的换电设备，提供成套的 解决方案，主要包括山东威达、展鹏科技等公司。换电设备一般包括基座、顶升解锁机构、 驱动平台、传动机构、电池储存架等。换电设备厂商的技术能力直接影响了换电站进行换 电时的工作效率和换电模式的客户体验，需要与车企进行深入合作开发，提高换电设备自 动化程度和通用性，进一步提高换电效率，降低设备投入成本，促进换电模式进一步推广 应用。（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）精选报告来源：【未来智库官网】。未来智库 – 官方网站