换电,学会了变“芯”的汽车

汽车安全 2年前 (2021) admin
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换电,学会了变“芯”的汽车


第一个吃换电“螃蟹”的企业先驱以色列Better Place(生2007、卒2013),已驾鹤仙去8载有余。其首创的换电商业模式,受限于早期新能源汽车市场整体需求有限,配套新能源汽车销量严重不及预期(实际销售量不足预期计划1%)等因素,导致持续的巨额投入无法短期盈利,最终在换电市场折戟成沙。

以色列人夏嘉曦怀着“把地球变成一个更美好的地方”的伟大梦想而创建Better Place。同时他认为“现在最重要的是找到一个国家,让他摆脱石油的束缚。一个国家如果能完全不依赖石油而正常运行,那么其他国家将紧随其后,效仿他的做法。”

我一度怀疑夏嘉曦在Better Place破产后秘密加入了中国政府智库,他的伟大梦想正在被东方一个盛产996和007的伟大国度悄悄实现。新能源政策已成为其国之重策,中国正在用实际行动证明把地球变成一个更美好地方的决心。而在2021年10月中国工信部印发的《关于启动新能源汽车换电模式应用试点工作的通知》,也让夏嘉曦首创的换电模式在中国开始落地生根。

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换电命运的几经沉浮


2013年5月,夏嘉曦的Better Place正式进入到破产清算阶段,而换电战场喷涌而出的鲜血尚未完全凝固,同年次月(2013年6月)马斯克就带着他的底盘换电技术再次杀入进来。并于两年后的2015年,试运行了其在加州的第一个换电站。但没运营几个月,特斯拉便在同年宣布放弃换电路线,转而投入超级充电站的怀抱。事后马斯克不得不感慨:“换电服务的使用率低到令我汗颜,大多数车主仍然愿意选择分布更广的超级充电桩。”

其实只要稍一对比,特斯拉车主便会做出最明智的选择。每次换电,特斯拉车主需要支付60~80美元的服务费,且需要在规定时间内将原车电池换回。当然也可以保留新电池,但需要支付新旧电池的一个差价。若选择邮寄方式,车主不仅要自己更换电池,还要承担双边邮寄费用。而特斯拉的超级充电桩,二十分钟即可充到50%,不收取任何费用。像我这样的智障成年人也会义无反顾的选择免费的充电桩,而非快到90s即可完成的换电服务。

特斯拉之后,国外鲜有换电方面的大动作了。将目光转回国内,国内自新能源汽车诞生之日起,就一直在换电和充电两种模式上左右摇摆。

国家电网在2006年时候就牵头展开一系列电动汽车充换电设施研发与实践工作,2011年国家电网更是确立了“换电为主、插电为辅、集中充电、统一配送”的换电商业模式基本思路。可未曾想,可能受到鼻祖Better Place深陷债务危机的影响,2012年国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012―2020 年)》中,将“充电为主”确立为电动汽车未来的发展方向。国内换电的第一波风口在需求中诞生,在政策明确后灭亡。

此后换电在中国进入了地下游击战阶段,时不时出现几只游击队伍,但都未对充电为主的市场带来任何冲击。直到2017年,一位出身名门望族,脚踏七彩祥云的公子哥蔚来,扛下了中国换电革命的事业,并成功探索出了城市包围农村的换电策略,成为当今世界探索换电模式最为成功的一家。蔚来也将换电这个术语带到了蓝领的茶桌,白领们的咖啡桌上。从其换电政策我们也许能窥探出其成功秘诀的一二。

(1)2020年10月之前购车的车主可享受终身换电服务,2020年10月之后购车的车主每月可享受4~6次免费换电服务;

(2)车主可选择购买整车或选择电池租用方案。若选择电池租用方案,车价降低7万,每月需要支付980的租赁费用。降低的7万车价可以覆盖6年的租赁费用。妥妥的通过让利来培养用户接受车电分离的销售方式。

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蔚来换电模式的打法其实很像中国互联网的模式,通过免费的产品和服务来实现用户规模的扩大。当用户使用习惯养成的时候,通过略低于成本的价格开始收费。当你生活中离不开的时候,再一步步通过溢价来实现盈利。但换电属于重资产的不断投入,非互联网产品的一次轻资产投入,重资产模式下通过低于成本的产品和服务来培养用户习惯,能否持续供应非常考验企业的钱袋子。

蔚来在换电模式的坚持,也终于迎来国家政策的支持。先是2020年4月国家出台的新能源汽车补贴政策中,将换电模式的新能源车被纳入无门槛补贴范畴。接着2020年5月两会期间将新换电站作为新基建的重要组成部分写入《政府工作报告》。到了到2021年,工信部正式下发了新能源换电模式试点工作的通知。国家标准《电动汽车换电安全要求》也已经在2021年11月1号正式实施。一切的一切,都标志着在孤独中坚持的蔚来又一次走在风口的最前沿。

换电为何再次站上风口?


这一次政策风向的再次转变,标志着换电产业拐点已至,千亿级蓝海市场又将孕育出新一轮造富运动。在具体分析换电何德何能可以赢得政策的宠幸之前,我们先简介下什么是换电模式、换电与充电的优缺点及各自适应的场景。

换电,是指换电站用满电电池快速更换电动汽车电量不足电池,并对换下来的电池进行集中存储,集中充电。换电站主要由快换系统、充电系统等组成。

换电模式与充电模式相比,具有以下几个显著的优势:

(1)一次换电速度目前可以控制在90秒,几乎可以媲美加油速度,相比充电模式下慢充4小时,快充0.5小时的时间,换电模式具有不可比拟的快速补能的优势;

(2)换电模式下动力电池由专业人士进行专利管理,通过健康监测、集中慢充方式,整体可提高动力电池30%~60%的寿命;

(3)换电模式可以避免充电模式下随机充电对电网带来的不利影响,通过优化充电时间,可以充分发挥电网削峰填谷的作用;

(4)换电模式下统一的电池规格,有利于充分发挥动力电池梯次利用的价值(动力电池梯次利用:动力电池容量衰减至80%时,不适宜继续在车辆上服役,即将退役的动力电池用在储能等其他领域作为电能的载体使用,从而充分发挥剩余价值。)

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这么多显而易见的优势,十几年前政府智囊团们肯定也已经知道,但为什么直到今天才得到政策的明确鼓励?这就不得不提换电模式和充电模式各自适用的领域和消费群体。

充电适用于于车辆密度低,日均里程低、补能效率要求不高的场景,新能源汽车在推广前期,在北上广深多被各种汪用作上班代步车、下班买菜车,一周可能都开不到两百公里。加上前期新能源汽车以点状分散在各个小区,个人车主对补能效率要求也没那么高,建个换电站可能也是门可罗雀,换电站的场地租金费用可能都赚不回来,更别提整套换电站投资了。

而如今随着“碳达峰、碳中和”进入到落地攻坚阶段,新能源出租车、公交车在公共交通领域的发力,电动集卡、矿卡、牵引车等在港口、矿场、机场等封闭场景的集中落地。换电模式的高日均里程、高车辆密度及高补能效率要求均已在公共交通领域及部分封闭场景得到满足。
 

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以港口场景举例,1个一平方公里的码头,有百辆纯电水平运输车辆负责装船、卸船、堆场装运工作。尤其在有大船靠岸时,需要水平运输车辆7×24小时不间断作业保证装船、卸船任务尽快完成。而如果每一辆车工作五六小时之后都要去冲2小时电,整体工作效率将远低于传统柴油车。而换电模式则与这种车辆密度大、日均里程高、补能效率要求高的场景简直是天造地设的一对。

工信部也明确下发了鼓励在公交、出租、城市物流配送、港口、矿山等公共领域率先试点,在私人领域推动商业化运营的通知。商业模式不断成熟、场景需求不断涌现、换电技术的不断提高,政府顺势而为,将换电模式送到了风口,合乎常理。

换电关键技术


车辆驶入换电站,在定位系统引导下,完成换电工位精准停车。快换系统移动到换电工位,车身与电池包分离后,从底盘取下电池包,锁止固定后运送到电池舱,同时从电池舱取下一块满电电池,执行相同的流程,将满电电池插入车辆快速电池连接器,并完成与车身固定锁止。充电站安全管理系统负责对电池进行安全检测、集中充电。

从上述换电流程可以看出,快换电池连接器、快换系统、充电系统与安全管理系统是换电过程的关键技术。

一、快换电池连接器

快换电池连接器主要包括高低压电气连接器、冷却系统连接器。他们除了要满足普通高低压、冷却系统的全部功能和技术要求外,还需具备一些快速更换要求带来的特殊功能和技术要求。下文以高低压电气连接器为例,分析为了实现整车电气之间快速安全可靠的连接和分离的功能,所需满足的一些特殊功能和技术要求。

(1)可以实现汽车与动力电池之间的高、低压信号快速、有序的接合与分离;

(2)为了确保更换过程连接器插头和插座可以准确对接,快速电池连接器需要具有自动的修正连接器插头与插座之间的位置偏差的功能;

(3)从更换便利性及节省空间考虑,快换电池连接器高低压要求采用一体化设计。高低压电连接端子的接触阻抗和电气性能在规定的换电次数内不允许出现突变和性能衰减。并可通过检测装置进行实时监控,以保证高低压电气连接的可靠性;

(4)快速电池连接器的插头与插座之间可以根据整车振动实现结构随动,即连接器可以在 X、Y、Z 三个方向实现浮动和位置纠错,从而保证连接器高低压电气连接的安全可靠;

(4)为了实现不同车辆之间电池系统的更换,快换电池连接器必须设计有标准统一的高低压电气接口,强电与弱电触头必须隔离并预留接地与高压互锁功能。

下图是某一种快换电池连接器的结构示意图。

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二、快换系统

快换系统连接电池存储区和换电工位,是保障电池长距离转运安全、保障换电过程安全可靠、提升换电效率的关键先生。主要包括加解锁平台、码垛机、锁止机构。

(1)加解锁平台主要负责电池包的加解锁,以保证电池在运输过程的安全性。同时负责车辆电池包的更换。

(2)码垛机主要负责电池包的交换和运输。

(3)锁止机构主要用于自动化实现电池与车身的锁止和分离,目前主要有卡扣式和螺栓式两种。卡扣式连接强度一般,寿命较高(法规要求大于5000次),适合乘用车换电领域。螺栓式连接强度较高,寿命较低(法规要求大于1500次),适合商用车换电领域。

三、充电系统

充电系统主要以集中充电,交流慢充方式对更换下来的电池进行充电。

四、安全管理系统

安全是充电站运营的第一要务,安全管理系统需要实时对充电设备、供电设备进行检测和控制,还需要具备全方位预防危险事故的发生并最大限度减少运行故障的能力。是集充电、监控、消防、温控、电池维护保养等功能为一体的安全管理系统。

换电模式主要玩家


换电模式主要玩家如下图所示,本文主要介绍换电站运营商。据中国充电联盟统计数字显示,换电站运营的前三甲分别是蔚来,奥动新能源和伯坦科技,截止2021年10月,三家共运营1086座换电站。

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蔚来的换电站面向C端用户,所以一提到换电站运营,大家自然而然的想到蔚来。但在换电站运营老大位置上稳坐多年的是另外一家企业—奥动新能源,直到今年9月换电站运营数量才被蔚来超越。2021年7/8/9/10月奥动新能源累计建成换电站分别为344/363/366/370座,主要服务于出租车、网约车,这也导致其在普通民众心中没有多少存在感。目前其换电站已发展到第四代,同时宣布到2025年,将在全国布局1万座换电站,形成1000万新能源汽车的换电服务能力规模。

2021年7/8/9/10月蔚来累计建成换电站分别为312/379/417/609座,在8月当上老大后就一发不可收拾,4个月实现换电站数量翻倍,领先第二名二百多座。蔚来换电站已发展到第二代,其计划今年建成700多座,并在2025年前,将在国内市场每年新增600座换电站。

伯坦科技主要为网约车、物流车、出租车等营运类电动车提供换电服务,其名声不如前两位大哥,换电站数量仅有107座,且4个月未见增长。

随着政策利好,越来越多企业开始投身换电阵营,当然包括那些曾经讽刺过蔚来换电模式的友商。

小结


在韭菜股民中有一个普遍现象,买了就跌,卖了就涨,似乎从未踩对上涨的风口。而反观蔚来,在嘲讽、不解中逆向行驶,坚定持有并最终收获了政策的红利。联想到传统汽车从业者,不知何时淘汰的焦虑开始在群体中蔓延,是有人蓄意传播,还是群体自发产生,不得而知。但请别忘记自动驾驶等新技术也仅是改变汽车的一项技术,不管汽车最后是变成移动的办公空间,还是行走的酒吧,其本身依托的还是传统整车设计、开发、生产、制造等的系统能力,这也是汽车百年发展史中少有搅局者可以逆袭的竞争壁垒。

对传统汽车行业饱含敬畏是带着高科技光环入局者必须学会的第一课,对传统汽车行业坚守是当前传统从业者必须培养的咬定青山、不忘初心、精益求精的工匠精神。不要轻视当前大象的缓慢转身,也不要迷恋当下蝴蝶的翩翩起舞。


作者 | 11号线人
初心 | 记录生而为人的证据,分享工农阶层原创作品,聚焦智能网联与人情冷暖。
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原文始发于微信公众号(十一号组织):换电,学会了变“芯”的汽车

版权声明:admin 发表于 2021年12月4日 上午1:09。
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