新能源汽车换电行业研究:换电模式分析.docx
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1、新能源汽车换电行业研究:换电模式分析1. 双重因素利好,换电行业有望迎来快速增长1.1. 新能源汽车“十四五”销量陡增,相关配套设施需求提速新能源汽车销售量及保有量有望“十四五”期间飞速增长。2017年以来,新能源汽车在 国内汽车市场渐受重视,销售量及保有量均稳步增长。 “碳达峰、碳中和”口号提出后, 增速进一步上升。2021年新能源汽车销量为 352 万辆,同比增长 157%,占汽车总销量 的比重由 2017 年的 2.7%增长至 13.4%。新能源汽车保有量于 2021 年达到 784 万,同 比增长 59%,占比由 17 年的 0.7%升至 2.6%。根据中汽协预测及新能源汽车产业发展规
2、划指引,2025年全国汽车年销量有望达到 3000 万辆,其中新能源汽车占比将达到 20%,年销量为 600 万辆。根据销量预测与当 前保有量的核算,2025年新能源汽车保有量将超过2770万辆,四年的CAGR为37.1%。 届时新能源汽车保有量占比将由 2021 年的 2.6%提升至 2025 年的 6.7%。随着新能源汽车高速发展,相关配套设施也将迎来重大机遇。1.2. 充电桩为目前补能主体,换电迎来发展相比于燃油汽车,补能为用户购买新能源汽车的重要考量因素,分为充电与换电两种,目 前充电为市场主流。根据中国充电联盟统计数据,截至 2021 年底,我国共拥有充电站 7.5 万座,环比增速总
3、体趋于稳定,约为 2%。换电站 1298座,环比增速呈快速增长趋势, 10 月份达到历史高点 22%。历经 10 年发展,充电桩已在全国范围内形成一定规模。但相比充电,换电可有效解决用 户里程焦虑,提升司机收益、排除电池安全隐患、降低用户初次购车成本。1.2.1. 分箱换电、底盘换电为主流换电类型换电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送,并在电池配 送站内对电动汽车进行电池更换服务或者集电池的充电、物流调配以及换电服务于一体的 模式。目前市面上乘用车主要存在模块分箱换电、整体式底盘换电两种类型。底盘换电的主要代表为北汽新能源与蔚来,模块分箱换电的代表为力帆、杭州伯坦。
4、底盘换电以蔚来为例,首先由换电工程师将车辆在相应位置固定,随后换电室将车辆从底 部升起,机械手臂将整车底盘的电池拉出放置在操控室后,再从操控室中将新电池插入到 汽车底部进行重新安装。分箱换电以伯坦科技为例,当车辆驶上操作台后,底盘的电池仓下降露出电池后,由工作人员或机械臂操作专用夹放入电池传输系统,再将满电电池插入电池槽中。分箱换电将电 池包做成标准化、可拆卸的动力电池箱,根据车型需求在车辆底部布置不同数量的标准箱 动力电池,实现换电站设备和车型的兼容。商用车如重卡、矿卡分为整体单侧、整体双侧、顶吊式换电三种。顶吊式换电采用钢索吊 装电池包,由于钢索具有一定柔性,可以兼容特定的停车误差。因此顶
5、吊式换电技术简单、 成本低、可行性较好,为最早商用化的手段。整体单侧换电智能化程度较高,对司机专业性要求低。但由于电池抓取机构为刚性,若车 辆停放位置与既定位置产生偏差,容易对导向机构造成损伤,同时由于对控制精度要求高, 需要配套激光雷达及视觉传感器等设备,导致成本相比顶吊式换电也更高。整体双侧换电优势为电池不占货箱空间,更适用于电池存储位置有限的矿卡,并契合特定 需要双侧布置电池的车型。但由于其需要同时配备两套机器人及电池存储充电仓,造价也 相对较高。1.2.2. 平均换电时长 3-5 分钟,有效缓解用户里程焦虑,提高司机收益尽管公共充电桩大多已采用快充模式,但半小时以上的充电时间也会造成用
6、户排队充电现象,实际充电时长或将更久。此外,快充通常采用较大电流,也会对电池寿命进行一定损 耗。慢充虽然降低了电池损耗,但6-8 小时的充电时长更适合于私家车用户,针对营运车及商用车等用于盈利的车型劣势较大。营运车如出租车、网约车看重盈利能力,在仅考虑月收入和补能费用后,换电模式下司机 月收入有所提高。假设出租车司机每日工作总 12 小时(包含补能时间),平均每小时行驶 40 公里,参考北京市出租车收费标准,超出起步价后每公里收取 2 元,出租车电池容量 为 60kwh(参考北汽 EU5 车型),剩余电量 20%时进行补能。经测算,除补能费用后, 使用快充单日收入为 843 元,使用换电单日收
7、入可达 876 元,换电可使司机月收入增加 约 1000 元。商用车如服务于沿海港口、大型物流园、矿区等地的重卡、矿卡耗电量高,单日补能次数 更多;同时电池容量大,充电时间较长。采用换电后可有效提升运营时间,实现连续运营。 重卡电池普遍容量为 282kwh,续航里程 150-200 公里,按单日行驶里程 300-500 公 里计算,单日需补能 2 次。快充补能时间为 1-1.5 小时/次,换电相比快充可为司机节省 出 2-3 小时的工作时长,提升了盈利能力。1.2.3. 电池受换电站运营商统一监控管理,增加安全系数工信部在关于启动新能源汽车换电模式试点工作的通知(以下简称试点工作通知) 中提到
8、,换电模式在提升安全水平方面具有一定优势。动力电池事故导致的召回数量占比仍在提升。根据国家市场监督管理总局的召回公告统计, 2019 年我国因动力电池问题召回车辆占召回总量 18.7%,2020 年为 31.3%,动力电池 是新能源汽车召回的主要原因且占比仍在上升。动力电池造成的事故率未随技术进步而降低。据2020 年电动汽车起火事故分析的不 完全统计,仅 2020 年被媒体报道的因动力电池故障导致的新能源汽车安全事故超过 120 起(自燃+冒烟),事故率与 2019 年基本持平。参考电池安全技术提升以及老旧车辆退出, 事故率没有下降侧面印证了电池安全问题依然存在。换电模式下电池由运营商进行统
9、一管理、在适合的温度下以稳定的电流统一充电,可以有 效提高电池安全系数。此外,换电站拥有多种监测系统,包括视觉、烟感、温感以及 BMS (电池管理系统)机制,可以对所有站内电池进行安全监测,第一时间排除有安全隐患的 电池。蔚来的 BMS 机制中的 BRMS(实时监控系统)主要负责安全相关状态的监控及预测。通 过售后团队及换电,在异常发生前即可对电池包进行处理,工程师在第一时间确认异常原 因并制定改进方案。换电作为提高电池更换频率的方式,使蔚来有更多的电池包样本数据 进行分析。综合考虑,相比于充电模式,换电在增强车主安全性方面有着明显优势。1.2.4. “车电分离”模式可降低用户前期购车成本换电
10、产业下衍生出的“车电分离”模式能有效降低用户初次购车门槛。车电分离即在换电 基础上,客户购买整车后,由电池管理公司回购电池产权,客户以租赁方式获得电池使用 权,实现车电价值分离,是为客户降低初始购车成本的一种方式。2020 年 6 月,工信部公布的道路机动车辆生产企业及产品(第 333 批)中第一次出现换电型车的新产品名称,并在公告的其他信息部分标注有“车电分离”字样,该模式初 步进入市场。蔚来的 BaaS(Battery as a Service)电池租用服务率先通过成立第三方租赁公司,依 托换电站建立起电池可租可换的营销服务体系。新能源车架(不含电池)所属权属于用户, 动力电池所有权转移至
11、电池资产公司。用户只需支付电池租赁费用,无需担心电池折旧导 致的贬值问题,“车电分离”模式逐渐成熟。除蔚来外,一汽、北汽、东风、吉利和小鹏汽车等诸多车企纷纷推出换电车型。根据我们 测算,乘用车“车电分离”后,初次购车成本可降低 20%-40%。纯电动重卡(自卸车、牵引车、载货车、环卫车、专用车等)电池售价更高,采用“车电 分离”可降低更多前期购车成本。自 2021 年起以换电型新能源物流重卡(牵引车、自卸车、载货车,不包含自卸式垃圾车) 为代表迅速发展。截止 2021 年 9 月,物流重卡销量占新能源重卡销量的 68.43%,其中 换电车型占比达到 45.13%,为新能源物流重卡中销量最高的车
12、型。整体来看,截至 2021 年 5 月中旬,换电车数量为 15.59 万辆,较 2019 年增长 30%。 随着车企推出换电车型增多,营运车、商用车对换电效率需求的提高以及“车电分离”商 业模式的完善,我们预计换电型电动汽车销量将会持续提高。1.3. 政策促进换电行业增速,充电经验可供借鉴1.3.1. 行业标准统一、补贴明确,充电行业高速发展2012 年国务院发布节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020 年)(以下简称发 展规划),鼓励成立独立运营的充换电企业,充电设施建设与新能源汽车产销规模相适应。 伴随电动汽车增速加快,充电桩及充电站进入高速发展阶段。2015 年国务院发布关于加
13、快电动汽车充电基础设施建设的指导意见,对完善充电设施 标准规范做了统一要求并加大充电基础设施建设的财政奖励办法,充电行业鼓励政策落地 加速。2016 年电动车充电接口及通信协议 5 项国家标准及电动汽车充换电服务信息交换 分别对新能源汽车的充电接口及通信协议做出统一要求,实现了充电桩的对接与互通。 “十三五” 新能源汽车充电基础设施奖励政策及加强新能源汽车推广应用在中央财 政层面对充电桩建设及运营商给予财政补贴,奖补资金专门用于充电设施建设运营等相关 领域。此后各省市相继明确了充电设施建造、运营层面以及消费者的补贴标准。北京、上海及成 都在 2016 年起对充电设备给予一次性财政补贴(北京为不
14、高于项目总投资的 30%,上海、 成都为 30%),并按照直流、交流的分类设置补贴上限。“十三五”期间,除成都 2020 年的建设补贴相较 2019 年下降 100-200 元/kw 外,其余三座城市建造补贴大体不变。此外,充电桩运营阶段也获得了相应补贴。如上海于 2016 年起实行公交、环卫等特定行 业充换电设施按 0.1 元/kwh 标准补贴,补贴上限为 2000kwh/年。2020 年上海市运营补 贴方面由每年最高 200元提高至800元。北京市日常奖励标准为0.1元/千瓦时,上限1500 千瓦时/年。成都于 2020 年起增加充电运营补贴,补贴标准为 1000 万千瓦时及以内部分 补贴
15、 0.1 元/kwh,1000 万千瓦时至 2000 万千瓦时部分补贴 0.15 元/千瓦时,2000 万 千瓦时以上部分补贴 0.2 元/千瓦时。用户方面,上海市对消费者使用新能源汽车过程中的充电费用给予 5000 元补助,新能源 出租车按 0.4 元/kwh 补贴驾驶员;合肥市对新能源乘用车个人用户给予 2000 元的电费奖 励等。值得注意的是,以上补贴均实施至“十三五”阶段结束。2022 年 1 月,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发布, 补贴侧将继续加大财政金融支持力度,对公共充电桩的建设给予财政支持,并将补贴力度 与服务质量挂钩,促进充电桩由建设期向运营期平稳
16、过渡。政策不断落地,充电桩规模迅速增加。据充电联盟的数据,截至 2020 年底,我国公共类 充电桩总数已超过 80 万台,私人类充电桩达到 87 万台。由于体量不断扩大,充电桩保有 量增速逐步趋于稳定,2020 年的同比增速分别为 56.4%和 24.4%。1.3.2. 换电政策落地,行业增速攀升在即基于换电模式可有效解决营运车、商用车等细分赛道对补能效率的需求,2020 年及 2021 年两年政府工作报告均提及 “增加充电桩、换电站等设施”,换电站未来将与充电桩 作为配套设施共同发展。换电安全标准统一,试点工作正式展开。2021 年 10 月,工信部发布试点工作通知, 根据政策力度及换电经验
17、等因素选取 11 个试点城市,包括综合应用类城市 8 个(北京、 南京、武汉、三亚、重庆、长春、合肥、济南)、重卡特色类城市 3 个(宜宾、唐山、包 头),目标为推广换电车辆超 10 万辆,新建换电站超 1000 座。试点城市作为换电在全国 范围推广的第一阶段,将加快换电产业形成可复制的经验。11 月实行的电动汽车换电 安全要求为换电模式的首个基础通用类国家标准,文件中对换电汽车设计、换电接口连 接、电池包功能及相关监测要求做出了明确规定,从机械强度、电气安全以及环境适应性 三个角度保障了换电汽车的使用安全,为换电模式的发展提供了标准支撑,引导了行业合 理规范的发展。换电站补贴标准颁布,未来或
18、将逐渐普及。为加快换电站建设速度,自 2021 年 5 月起重 庆、海南、辽宁省大连市相继颁布换电站补贴标准,参考乘用车换电站单站投入 500 万元,最高可获得 150 万元的一次性建设补贴。随着换电站未来迎来快速增长,各省市或将陆 续出台补贴标准。目前换电行业仍在发展初期,参考充电桩发展历史,随着未来换电行业标准逐渐统一以及 各省市的补贴政策逐渐完善,换电站增速也将进一步提升。2. 政策青睐,上中游纷纷企业布局换电运营领域换电产业链可分为上游主要的换电站电池供应商及设备生产商,中游的换电站建设和运营 商以及下游的新能源汽车用户、动力电池回收企业。当前换电站主要由蔚来、奥动新能源以及杭州伯坦三
19、家参与建设。其他新进入的换电站运 营商由于换电站数量未超过 100 座而未进入充电联盟统计。截至 2021 年 12 月,中国石化 已建成换电站 65 座。国家电投首个充换电站于 2020 年 12 月交付投运,截至 2021 年 6 月建成内部验收换电站 22 座。2021 年 10 月,协鑫能科首批换电站 “协鑫电港”开始投 入运营,包括商用换电站 1 座、乘用车换电站 3 座,集团表示年底将在全国投运 30 座以 上换电站。2.1. 电池企业受益换电站电池储备需求对于产业链上游的电池供应商,由于每座换电站都会储备相应的电池,换电站大规模营运 将会导致动力电池需求激增,因此动力电池生产厂商
20、自 2020 年起纷纷布局换电行业。以行业龙头宁德时代为例,2020 年开始布局换电行业,属较早涉及换电领域的动力电池 企业。2020 年 7 月,宁德时代与北汽新能源车电分离项目正式签约,宁德时代以电池制 造商的身份进军换电运营行业。8 月,宁德时代与蔚来等三家企业投资成立武汉蔚能电池 资产有限公司,以推动“车电分离”新商业模式的发展。2021 年公司投资北汽集团旗下 换电及动力电池梯次利用业务公司蓝谷智慧,对换电市场参与度进一步提升。2022 年 1 月,宁德时代全资子公司时代电服推出换电品牌 EVOGO 将在 10 个城市首批 启用,为第一家自建换电站的上游电池供应商。全新设计的“巧克力
21、换电块”电池采用公司最新 CTP 技术,可提供 200 公里的续航。分 箱换电模式下车主可在换电时任意选取一到多块电池以适配不同里程需求。此外, 该电 池可适用于 A00 级到 B 级、C 级的乘用车、物流车,首款合作车型为一汽奔腾 NAT 组合 换电版,同时年内将至少有两款产品发布。当前市面上的纯电车型只要能在车辆电池安装 空间基础上加装转换支架,也可做到电池通用化。该换电站将适配全球 80%已经上市及未 来 3 年将要上市的纯电平台开发车型。其他企业如国轩高科于 2020 年 8 月表示公司在重卡电动化及换电方面均有布局;欣旺达 于 2020 年 9 月入选东风柳州汽车有限公司供应商,为其
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