换电的难题,宁德时代有了新解法

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划重点

01宁德时代推出巧克力换电块,旨在推动新能源汽车换电市场的发展,降低补能时间。

02换电模式有望解决电动车充电慢、充电设施不足等问题,提升消费者体验。

03除此之外,换电模式有助于电网调峰,实现新能源与电网的互动,推动双碳目标实现。

04宁德时代已与多家车企达成合作,计划到2025年建设1000座换电站,未来30000座换电站。

05换电站作为智慧城市的重要基建,将与家充桩、公共充电桩共同构建立体化能源生态。

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1859年8月27日,美国人埃德温·德雷克在宾夕法尼亚州打下的一口油井开始往外喷涌,宣告了现代石油工业的开启。二十多年后,一个名叫卡尔·本茨的工程师在德国发明了世界上第一辆汽油车,汽车和石油从此成为一对密友。

但彼时,汽车只是有钱人的玩具,缺点一大堆,马力小、速度慢、行驶距离短,加油得去杂货店,世界上第一座专属加油站1905年才在美国密苏里州诞生,汽车从高不可攀的奢侈品变成了可以负担的商品,一直要等到1913年之后福特Model T的大规模量产。

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世界上最早的加油站

石油作为一种高能量密度能源伴随着汽车的大规模生产而发光发热,又因其易储存和易运输的特点使得加油站可以遍地开花,进一步促进了汽车产业的蓬勃,人类从此开启了一种以汽车作为交通工具,以石油作为动力来源,主要通过加油来补能的出行方式。

这种出行方式带动了石油和汽车工业的快速腾飞,加速了全球城市化进程,提升了出行便利性,也让二十世纪成了名副其实的“石油世纪”。

放眼历史,人类对能源使用效率的追求从未止步,整个过程也伴随着交通工具以及补能方式的升级革新。

从煤炭到石油再到现在的风光发电,从马车到汽车再到如今的电车,从手动驾驶到辅助驾驶再到无人驾驶,从驿站到加油站再到越来越多的充换电站,人类正在经历前所未有的能源革命和汽车产业革命。

不仅人和车的关系因此被改变,整个能源系统的利用方式甚至都有可能被重构,就像从内燃机到电动车,从加油到充换电,被改变的绝不仅仅只有动力来源,还有“人-车-电网”的互动关系。

无论是充电桩还是换电站,都有潜力成为智慧城市里的基础设施,一边为用户提供快捷的补能体验,另一边又能化身“储能站”,帮助电网缓解压力,从而实现客户价值、商业价值和社会价值的最大化。

新时代的加油站

一百多年前,亨利·福特发起了流水线上的制造革命,终结了低效的马车时代,让蒸汽车、燃油车和电动车三分天下的局面变成了燃油车一家独大,一百多年后,特斯拉用革命性技术让电动车重回舞台中心,撼动了燃油车的百年地基。

在中国,新能源车已经和燃油车势均力敌,背后的逻辑和当初油车取代马车也几乎一致:更好的驾乘体验以及更低的使用成本。

在“电比油低”的中国,消费者可以用更便宜的价格买到一辆加速更快、空间更大、乘坐更舒适、体验更智能、使用成本更低的电动车。

同样一辆15万级别车型,燃油车百公里油耗8L,按8元/L计算,每公里成本约0.6元,而假设同级电动车百公里耗电14度,平均充电价格为1元(考虑峰谷用电价差),百公里电费只有0.14元,相当于前者的1/4。

唯有补能效率这个维度上,电动车一直很难做到燃油车那般丝滑。由于电力资源的离散性,电动车天然就有更多补能方式,但各种方式又各有利弊:

在家用慢充桩价格便宜,电流小对电池安全影响小,但不是每个家庭都有条件安装,偶尔碰上长途出行还得依靠公共充电桩。

过去五年,中国公共充电桩数量从不到70万台增长到了346万台,其中快充桩占比只有一半,分布也不均匀。

最高功率600kW的超充桩最快可以做到“一秒一公里”,将充电时间压缩到十几分钟,但长期使用超充会影响电池性能和循环寿命,充电桩功率过大又会给电网系统“添堵”,一根300kW以上的直流充电桩,就能吃下一整栋居民楼的配电量。

换电最像加油,最快可以实现“三分钟满电出发”的极致体验,而且兼顾了电网的稳定性和电池安全性能,因此也获得了政策支持,但因为很难建立统一的电池标准以及协调各方的利益诉求,一直不温不火。

在国外,Better Place最早验证了换电在技术上的可行性,但无奈在2013年宣告破产。在中国,探索换电20多年的第三方运营商”奥动新能源”如今也只投建了800座换电站;全球运营了2800多座换电站的蔚来一直是“自产自销”,去年才开始引入第三方车企,但第一款合作车型至今没有面世。

图片昙花一现的Better Place

作为一种“速度远超充电,体验不输加油”的补能方式,理论上,只要换电站布得像加油站一样密集,电动车用起来就能像燃油车一样方便,消费者因此能“无感迁移”,新能源的雪球就能越滚越大。

和石油不同的是,电池除了是一种能源载体之外,还具备独特的资产属性,车电分离之后涉及的关联方也远不止整车厂和电池厂。

换电模式能否跑通取决于产业链上下游能否群策群力,打造一个“车端—站端—云端”协同运转的智能系统,创造一个能让电池资产价值最大化的流通体系。

多目标寻优

从科学的角度看,换电的推广是一个很典型的多目标联合优化问题。

好处是一旦充分发挥各方力量,寻到的可能是新能源车补能的全局最优解;难处则在于,纷繁的人类社会比数学题更复杂,每多一类利益主体,协调利益的难度上升不止一个数量级。

这也是为何此前能看到的换电模式,都有意无意地限制了参与主体:

蔚来发挥了不错的示范作用,但出发点主要是建立高端品牌的护城河和保障自家车主的补能体验,向用户利益的过分倾斜,会限制其他利益主体的参与,这是蔚来成立九年之后才引入换电合作伙伴的重要原因。

奥动作为国内最早的第三方换电运营商之一,现阶段主攻部分品牌的运营车辆换电,不太涉及私家车换电这块潜力最大的市场,因为涉及品牌越多,电池规格越多,会带来巨大的库存和管理压力。

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从上到下,分别是奥动、蔚来和宁德时代巧克力换电站

换电这条理想化的补能路径,做大做强面临的主要矛盾其实一直没有变过:如何构建一条各方都能切实受益的产业链利益关系,吸引尽可能多的同行者。它极度考验企业的战略、耐力乃至胸怀。

好消息是,外部条件正朝对换电有利的方向发展:

从2020年开始,从中央到地方,鼓励换电并且支持车电分离的政策一个接一个发布;

消费者愿意为便利的补能服务付费,但不太想为昂贵、娇气且容易快速贬值的电池掏那么多钱,对换电的接受度与日俱增;

随着竞争愈发激烈,电池包的高BOM成本令车企头疼,因为它挤占差异化配置的成本空间或者车企的利润。车企有意探索轻资产的车电分离方案来减负;

整个社会对高速补能的需求越来越旺,但电网对加剧扩容矛盾和用电波动的超充桩并不热情,反而对功率需求更平稳、兼有储能功能的换电更欢迎。

但同时,最关键的问题仍然有待解决:标准化问题一日不解,换电的大规模上量就无从谈起。那换电电池如何标准化,究竟由谁牵头?

如果让某家车企来主导,其他车企配合,难免有人心理不平衡;如果让第三方运营商主导,有足够话语权、懂电池管理、有强大资金保障的三重要求,又有些强人所难。

这个难题最新的挑战者是宁德时代。

作为自2017年以来的全球最大电池厂,它是几乎所有一线车企的主要供应商,资金和技术实力都极其雄厚,同时又和国家电网、中华联合财险等国企达成了战略合作,能调动的资源非其他公司所能比。它可能是最有能力、最有动力打破行业壁垒、推动电池标准化的企业。

12月18日,宁德时代举办了“换电生态大会”,宣布要在2025年建设1000座换电站,未来30000座换电站,相当于目前国内加油站数量的三分之一。宁德时代此前推出过第一代换电体系,经过2年试水积累运营经验、收集行业反馈后,是时候对换电加码升级。

参照加油站92#和95#汽油,宁德时代在此次发布会上推出了两种标准化巧克力换电块,命名为20#和25#换电块,两种换电块都有磷酸铁锂和三元锂两种不同的电芯配置,通过排列组合,能够提供从400公里到600公里不等的续航里程,每月订阅价格369-599元。

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两种标号的换电电池

为了尽可能摊薄全生命周期的使用成本,巧克力换电块应用了长寿命技术,使得电池可以从传统“按块购买”变成“按使用量付费”,将电池的价值最大化。

这个既保有灵活性,又将换电向标准化、低成本收敛的方案,归根结底指向两个字:共赢。

利益公约数

换电近些年推广不够快,主要得归因于赢的人不够多。

此前,换电主要局限在少数20万以上纯电车型和少数运营车辆。在国内,15万以下车型占据50%市场份额,这部分成本敏感型车主本应是纯电车的理想用户。然而因为电池成本挤占配置空间、充电不便,大量用户要么坚守油车阵营,要么本对发动机没有需求,也选择了看起来更有性价比的插混。

宁德时代的巧克力换电,则提供了一个方案,让海量15万以下车型用户,能够以足够低的购置成本,享受到换电的补能无忧、电池安全无忧、车辆残值无忧——通过满足这些用户对成本和体验的既要又要,让纯电借助最庞大市场的势能再次伟大。

同样,当车企加入这一换电体系,电池包这个重资产由宁德时代承担,车企得以轻装上阵,免除定制化电池包的研发费用,将车型研发周期缩短半年以上,将开发资源更多投入整车产品差异化能力的打造,避免在续航/补能的局部问题上过度内卷。

此外,购置新能源车的重要力量——网约车/出租车平台、司机,以及相关车辆租赁公司——一直在承受电池减值,但本身又缺乏对电池资产的精细化管理、运营能力。在加入换电体系后,可通过高速补能提高经营效率,并以”车电分离“将电池维保、减值的成本压力转移出去。

而牵头换电的宁德时代,虽然延揽了电池资产的压力,但相对标准化的换电电池,可以显著精简电芯、电池包类型,降低生产管理难度,最终在生产成本上受益。

然而,尽管好处肉眼可见,换电依然很容易因为多主体的复杂利益诉求导致算不清账,最终以某一方或者某几方不堪做慈善而结束。要想实现各方持续受益的正向化学反应,口头呼吁团结一致向前看意义有限,核心还是找到一味能维系反应的催化剂:

让电池的资产属性,不是只用来贬值,而是有更多创造新价值的可能。

在这个过程中,宁德时代子公司时代电服建立的电池银行将发挥关键作用,它既是换电运营服务商,也是电池资产管理方,还是连接各个利益主体的枢纽。

一方面,电池银行作为电池资产的持有者,在宁德时代支持下,向第三方换电运营商、个人提供电池租赁,以当期的重资产投入换取长期的订阅收益。

这一过程中,电池流动并非单向固定的,而是可租可买可升级可回购,有低成本的进入路径,也有能兜底的退出方式。

这一方式的用意是保证电池的流通性。经常投资的朋友都知道,资产只有自由流通才能发挥最大价值。

同时,电池银行作为服务方,依托宁德时代对电池的深厚know-how,建立先进的电池寿命管理模型,担负起电池的健康检测与维保。

当集中化的管理维保配合材料创新,意味着一块电池有充足的服役期赚得订阅收益、服务费以及潜在的电力差价。

在健康服役期结束后,电池银行可将电池用于梯次利用或拆解回收,充分发挥电池的最后余热。

也正是因为宁德时代的电池银行拥有换电电池“从摇篮到坟墓”的所有权和大数据,其换电体系便有能力撬动金融机构的助力:电池的资产属性和收益率变得可计量,银行便可提供相应的金融服务;保险公司在可视化的数据前,也能面向车电分离,推出更精细的保险服务。

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银行和保险公司也都能在换电模式上有利可图

实际上,换电牵涉的利益方远不止上文所述。

面对上游的城市、车企、动力电池供应商、换电站建设方、能源供应商,中游的车辆持有方、网约车运营平台乃至未来的Robotaxi,下游的汽车养护维修、二手车交易平台、保险、其他金融机构,处于中心节点的电池银行,既肩负做大蛋糕的重任,也为更多相关方提供了参与其中并取得收益的可行性。

每一份实现的利益,最终都会反哺为换电壮大的动力。

一种商业新业态的普及历史,常常是技术攻坚史,更是利益分配史。只不过大部分时候是产业链自发磨合达成合意,而这一次,宁德时代希望带着负责任的大厂形象,更主动地推动补能体系的构建、转型。

也正是对各方利益的兼顾和权衡,宁德时代快速建立了一个庞大的换电朋友圈。在这次发布会上,宁德时代宣布已经和长安、广汽、北汽五菱、一汽等车企达成了合作,十款换电车型也将从年底开始陆续推向市场。

图片加入了巧克力换电的车型

不过,即使是宁德时代联合众多大型车企入局,换电体系的建立仍然会是一场长征,换电站的铺设、换电车型的增长、消费者心智的转变,都需不可缺少的量变积累,最终才能带来质变。

牵头的宁德时代,也必须解决一个内生性的问题:从工业、制造的基因里生长出来、与电池打交道多过和人打交道的宁德时代,必须要学习、进化、转型,持续提高精细化运营能力和统筹协调能力,才能在具有强服务属性、面向大量C端用户的换电站稳脚跟。

当然,拉长时间看,在能源转型的命题下,产业上下游对换电逐渐热情,不仅仅是因为看到了近期汽车市场的需求,还有更大体系中越来越确定的趋势。

电网“摆渡人”

2020年,中国首次提出“双碳”(碳中和和碳达峰)目标,同年,换电站作为新基建首次被写进《政府工作报告》中,换电成为推动双碳目标路上一位不可或缺的角色

在今年“两会”上,宁德时代创始人曾毓群提交的方案也指出,换电不仅能解决电动车的补能问题,还能与电网互动,帮助解决新能源发电的不稳定性和调峰需求。

过去十几年,中国一直在大力发展可再生能源,截至今年上半年,中国风光发电装机规模已经超过煤电,但这也带来一个棘手的问题:

风和光伏的致命弱点就是具有很强的间歇性和波动性,风大天晴的时候发电量多,风小天阴的时候发电量就小,而且电力是一种即发即用的资源,供需两端需要平衡。

正是由于上游的波动性,电力公司会实行“峰谷电价”,国家也想通过大力发展储能行业来熨平上下游之间的供需错位,而换电站天生就是储能站,承担着电网和电车间“摆渡人”的角色。

作为电池中转站,一座换电站内的电池,少则几块,多则几十块,是电力系统天然的蓄水池:

在用电量低的深夜,换电站可以给电池充满电;在用电量高的白天,换电站又能扮演“虚拟电厂”的角色,通过专网直联到电网的调度中心,做到分钟级甚至秒级的功率响应,高效参与调频。与此同时,还能尽可能存储和消纳绿电资源。

理论上,充电桩加装一套V2G(Vehicle-to-Grid,车网互动)双向模块后也能和电动车构成一套微型储能系统,但这套组合面临明显的局限,最突出的问题就是管理难度。

电动车的充电特点是“即插即充即走”,充电桩呈离散式分布,充电时间也存在明显的“潮汐效应”,相比于换电站,很难和电力系统发生“化学反应”,做到该出力时就出力。

举个例子,当某地电网需要换电站为其反向放电时,换电站可以根据电池数量和电池状态进行实时调整,而不必去调度车辆,相较之下,充电桩和电动车无法做到快速匹配和高效并网。

以宁德时代力推的巧克力换电站为例,每站14-30块电池,每年可以吞吐3360万度电,加上3万座换电站可服务的2000万车辆,每年可以吞吐11.2亿度电。

图片宁德时代换电站未来的电力吞吐量十分惊人

可以看出,无论是为了适应电力结构的转型,推动双碳目标的实现,还是为了提升用户的补能体验,进一步做大新能源车市场,换电都是一个绕不开的选择。

过去以充电桩为绝对主导的新能源补能1.0时代已经落幕,一个家充、快充、换电共同主导的2.0时代正在加速到来。

按曾毓群的说法,未来电车补能将是“三分天下"。

家充桩、公共充电桩以及换电站各司其职,既能满足不同用户不同场景下的补能需求,同时又能最大程度保障电网的平稳运行,这种"三分天下"的格局本质上就是在构建一个立体化的城市新能源智慧网络:

家充作为最后100米的毛细血管,不仅能缓解日常出行的里程焦虑,又能让绿电渗透到千家万户;

公共充电网络作为城市能源系统的主动脉,通过合理布局和精细化运营能节省城市能耗;

换电站则像能源调度的中枢,通过智能化的电池管理和调度,实现电网负荷的动态平衡。

在未来的智慧城市中,这三种补能方式将形成完整的能源生态和体验闭环,这种多层次、立体化的补能网络,让新能源汽车不仅是单纯的交通工具和第三空间,更是成为了智慧城市的重要基建和有机组成。

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作者:罗松松、熊宇翔、彭苏平

编辑:罗松松、熊宇翔

视觉设计:疏睿