作者：黄博文新兴产业研究院研究员
来源：上海华略智库（ID:HUALUETT）
随着新能源汽车普及率不断提升，充电困难问题越演愈烈。换电这一新补能方式，凭借其高安全性、高便捷性，成为了新能源时代的又一黄金赛道。与此同时，新一轮的竞争也正式拉开序幕。而在这场新战局中，中国作为后起之秀，其换电产业正迅速崛起并超越美国，领跑全球。
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换电曾是新能源汽车诞生之初采用的续航方式之一，但受限于技术原因一度被各大厂商放弃。但随着新能源汽车渗透率快速提升，充电难以满足用户补能需求的问题日益凸显，尤其在高纬度地区，冬季持续低温导致的电池续航缩减、充电时间延长，使这一问题更加突出，因此市场渴望通过将“换电”作为解决电动汽车续航焦虑的有效补充手段。
2023年，一家美国初创公司异军突起，其推出的电池交换系统解决了不同厂商电池规格兼容难题，在换电领域掀起了一场新的技术革命。然而当下，中国已经凭借蔚来、奥动等企业建立了广泛的换电生态，占据了换电赛道的全球领导者地位。美国作为换电技术最初诞生且率先起跑之地，如今将王座拱手让与了中国这一后起之秀，背后原因几何？一起来看。
当下，电动汽车最主流的续航方式是通过充电桩进行充电，但仍有企业在探索和尝试比快充更加高效的续航方式——电池更换，俗称“换电”。
2023年11月28日，美国最负盛名和最具影响力的商业杂志之一《FAST COMPANY》，发布了2023年度的“下一代科技爆点”榜单，这一榜单自2021年起发布，涵盖人工智能、生命健康、智能装备、节能环保、交通运输等众多领域，旨在全球范围内寻找未来几年最具前景和变革性、有望重新定义和塑造其所在行业的创新技术及产品。在2023年榜单中，交通运输领域仅有4家企业及其产品/技术入选，一家名为Ample的公司凭借其开发的模块化电动汽车电池更换技术跻身其中。
电动汽车采用换电进行续航并非新鲜事，但能入选这一榜单自然意味着Ample模块化换电有着非同凡响的“过人之处”。2023年5月17日，这家位于美国旧金山的初创公司展示了其最新的电池交换系统——只需5天即可完成换电站的安装和运行，并在5分钟内为不同品牌的电动汽车更换满电的电池。在《麻省理工科技评论》对Ample的采访中，Ample的产品总监Hamid Schricker表示：“Ample的愿景是提供一种像加油一样快捷、实惠、方便的电力续航体验。”
目前，Ample与优步（Uber）和三菱扶桑客货车建立了战略合作伙伴关系，旨在证明换电模式更有利于网约车和运输车队等具有高续航需求的业务，但Ample最终的愿景还是希望进入以通勤或自驾游为代表的普通消费者市场。迄今为止，Ample已融资超过2.7亿美元，其中包括2018年从世界石油巨头企业壳牌获得的3100万美元的A轮融资。
前见古人：换电的先驱探索
回溯过往，Ample并不是第一家研究换电的公司，许多电动汽车企业都曾探索过这一概念，包括如今的“王者”特斯拉（Tesla），也在2013年在Model S上展示过这项技术。然而，彼时Tesla采用的换电模式并非如今车电分离意义上的电池租赁更换，更像是一种电池代管：即车主将用尽的电池存放在换电站进行充电，并换上备用电池，当备用电池用尽后，车主必须回到同一个充电站换取之前存放的电池，两块电池在产权上都属于车主，换电站只是代为保管和充电，车主不但要承担额外的电池购买费用，还使Model S的活动被限制在以换电站为圆心、电池续航里程一半为半径的圆形范围内，无法进行长途跋涉。
模式上的局限最终使特斯拉放弃了这一设想，转而打造以超级充电桩为节点的超级充电网络，目前特斯拉在全球已经部署了超过45000个超级充电桩，并宣布将逐步向非特斯拉品牌的汽车开放充电服务。
真正意义上实现车电分离的换电公司是成立于2007年的Better Place（美国），该公司与汽车制造商雷诺（Renault）和日产合作，在以色列建立了一个由几十个换电站组成的网络，并采用BAAS模式（Battery as a Service，电池即服务），通过底盘换电技术向用户提供电池租赁和电池更换服务。但在融资约8.5亿美元后，该公司未能获得更多汽车制造商和司机的支持，最终于2013年申请破产。
Better Place的轰然倒塌并非理念的错误，而是过于超前，“早一步成为先烈，早半步成为先驱”，在电动车尚未普及的时代，探索这种高度依赖生态的续航模式注定要沉沙折戟，最终只能是“前人栽树，后人乘凉”。
后见来者：模块化换电框架
尽管Better Place已湮没在电动汽车的历史尘埃中，却为后来者留下了丰富的运营经验。对于像Ample这样的第三方换电公司来说，要想在换电赛道上行稳致远，并建立可持续发展的换电生态，除去换电站的高效运营外，关键在于换电技术在不同电动车厂、不同车型间实现兼容，而这恰恰是Better Place技术路线未能解决的关键问题——非标准化电池无法跨车型共享。
然而想让汽车制造商在电池上达成标准化，长期以来都是一个巨大的挑战，因为电池标准化不仅包括电池物化性质的统一，还涉及结构和通信方面的标准化，由于各大车企所采用的通信协议不公开、不一致，电池标准化的推进难于登天。但Ample的联合创始人兼总裁约翰·德·索萨（John de Souza）表示，Ample采用的方法突破了之前的技术迭代困境。
Ample选择的道路是模块化系统，即先向汽车生产厂家获取原装电池的形状、大小、规格等参数，并根据参数设计一个与原车适配的电池框架，该框架与汽车原装电池在大小、连接方式等方面完全相同，换电时只需更换嵌入框架中不同数量的小型标准模块化电池组即可。
这一路线的优点显而易见：体积更小的电池组有效降低了替换电池所需的机械成本。更重要的是，模块化设计可以更好地和不同的汽车制造商兼容。Ample官网写道：Ample独有的模块化框架技术能够兼容任何汽车品牌、设计、型号或驾驶配置文件。通过模块化电池技术，Ample可以调整嵌入框架中的电池组数量以满足不同车辆和行驶里程的需求。
截至2023年5月，Ample的换电站已可以与日产聆风（Leaf）和起亚极睿（Niro）等13种车型兼容。就在不久前的2023年12月7日，Ample宣布和全球第六大汽车制造商Stellantis开展合作，或许不少人对这一名字感到陌生，但提及它旗下的子品牌，如玛莎拉蒂、阿尔法罗密欧、菲亚特、标致、雪铁龙等则是家喻户晓。此次合作是围绕Stellantis旗下销量最好的电动车——菲亚特500e，从2024年起在西班牙首都马德里部署换电相关服务，并将服务逐步拓展至更广泛的车型和地区中去。
全面引领：中国换电在快跑
事实上，当美国的初创企业试图重新推动换电技术起跑之时，换电其实在中国已站稳脚跟。其实早在2011年，国家电网在工作会议上确定了“换电为主，插充电为辅，集中充电，统一配送”的新能源车模式，这也是换电模式在中国第一次被提出。但由于2013年Tesla和Better Place在换电赛道相继退赛，换电在全球一度陷入沉寂，国家电网也及时调整方向，在2014年明确提出将充电作为主要发展模式。
然而，仍有企业没有放弃对换电的探索，蔚来、杭州伯坦、北汽、奥动等企业陆续加入这一赛道，纷纷开展换电技术路线的独立探索，并从区域试点出发，逐步在全国范围内布局换电站网络。从我国换电站保有量看，2015年末我国仅有10座，到2022年底达到2000座，而截至2023年10月则飙升至3220座，预计同比增长超过60%。可以说，经过漫长的技术迭代和生态打造，当前换电在中国正在井喷式发展，并成为全球换电赛道的引领力量。
换电之所以能够在中国取得成功，和以下三点密不可分：一是前瞻性企业在逆潮流下的不懈探索；二是国内电动汽车生态与换电高度契合的需求牵引；三是政策及时转向的有力支持。
一、企业布局
尽管特斯拉代表的超级充电技术成为主流，但不少企业仍敏锐地捕捉到，未来在需求的加持下，换电赛道将成为一片蓝海市场。
就在政策明确支持充电为主的2014年，杭州伯坦成立，随后开发出低箱版标准箱电池，实现了分箱换电的商业化，车辆稳定性和安全性均大幅提升；2016年，重庆力帆集团在全国两会上提案建议通过换电模式破解新能源汽车电池“瓶颈”，力帆集团旗下移峰能源首座集中式能源站启用；北汽新能源公司开始将换电电动车C50EB用于北京出租车领域；同年，奥动新能源成立，并在北京开始实施区域百站计划，2020年奥动新能源第4代换电站首发，其换电速度已达到短短的20秒，据奥动2025战略规划显示，未来将覆盖全国100座城市，运营5000座换电站，服务能力将提升至200万辆车。
当然，说起换电，则不能不提到蔚来。通过长时间的探索和大规模的投入，蔚来汽车已确立了自己在电池更换领域的领军地位。
2017年，蔚来ES8正式上市，首座换电站落地深圳，并在全国首推电池租用模式。自此，蔚来通过广泛布局换电站着手打造换电生态，换电业务也成为蔚来长达5年持续大规模投入的重要业务，据估计合计投入达60亿元。截至2024年1月中旬 ，蔚来在全国部署了2337个商用电池交换站（占全国换电站60%以上），是2022年的3倍之多，其中高速公路换电站达753座。不仅如此，蔚来还将换电业务扩展到挪威、荷兰等欧洲国家。
蔚来的换电模式是电池整体移动模式，目前提供3种不同容量的电池供车主选择，每一种都适用于其生产的所有车辆。对客户来说，选择换电的主要优势有三：一是高效，因为更换电池所耗的时间和给燃油汽车加油的时间相当，车主无需长时间等待；二是经济，选择换电模式的车主购车时只需支付含电池整车70%的费用，大大降低了购车门槛；三是免除焦虑，额定电量低于80%的电池会被蔚来自动淘汰，车主不必担心电池的寿命问题。
据蔚来官网数据显示，截至2024年1月中旬，大约有30万辆蔚来汽车在路上行驶，约60%的司机使用过换电站，蔚来换电站已进行了3594万次电池更换，其最新的换电站每天可进行400次换电，蔚来甚至因此创造出了新术语——电区房——蔚来电池交换站方圆3公里范围内的房产。
在当前投资大环境遇冷的态势下，2023年12月18日，蔚来宣布获得阿布扎比主权基金22亿美元的投资，如此大手笔也反映出国际资本对蔚来商业路线的认可。
二、需求牵引
抛开技术路线不谈，从需求端看，相比美国，换电技术更易于在中国被接受并蓬勃发展的原因有二：
一是中国电动车保有量更高，充电桩面对大规模续航需求独木难支。据2023年4月芝加哥大学能源政策研究所和美联社-NORC公共事务研究中心发起的调查显示，近半数的美国成年人表示不愿意购买电动汽车。但中国车主却将电动汽车作为购车的第一选择，拉动电动车市占率逐年升高。据统计，2022年，中国的电动车销量首次超过了全球总数的50%，达到了1380万辆。
2023年12月7日在海南海口举行的2023世界新能源汽车大会发布的数据显示，2023年前三季度，全球新能源汽车销量达到974.6万辆，其中中国销量达到627.8万辆，占中国新车销售比例的29.8%。截至2023年第三季度末，全球新能源汽车累计销量约3770万辆，其中中国销量占比达60%。如此庞大的电动车保有量基数，仅靠720万台充电桩（车桩比为3:1）就高效、快速完成大规模充电并不现实，尤其是在具有中国特色的“旅游黄金周”“春运”等背景下，上亿人次流量的出行潮使“充电一小时，排队五小时”成为电动车主的巨大痛点。
为进一步提升充电速度，供应商试图不断提升充电桩的峰值功率和数量，而这又衍生出新问题：一方面，充电效率受限于电网基建，满负荷时充电桩自动降低功率运行，充电时间依旧难以缩短；另一方面，大功率、大规模的充电桩导致的突发性、无规律高用电负荷对城市电网的正常运行会造成较大冲击。2022年夏天的大规模限电还犹在眼前，“电荒”或将成为未来一段时期的新常态。因此，充电桩无论是“增量”还是“提峰”都不是长久之计，以用电负荷平稳可控的换电站作为调剂以减缓电网压力，在这一大环境下显得更合时宜。
二是中美电动车用户群体不同，换电站和中国车主需求的契合程度更高。美国的电动车车主以高收入群体为主，几乎家家户户拥有带充电桩的私人车库，不但充电便利，且车辆使用率相对较低，这意味着电池的充放电周期更长，即便使用快充，对电池寿命的影响也相对更小。而在中国，电动车车主则更多是将电动车作为谋生手段的出租车司机、“最后一公里”物流司机以及将电动车作为日常代步工具的中等收入群体。
对出租车司机、“最后一公里”物流司机而言，汽车全天候运转导致的高频次充放电使得电池寿命快速衰减，继而缩短续航时间。同时，充电及排队等待充电带来的业务中断则会直接影响收入的增加，如同Ample和Uber合作以切入市场一样，选择换电所节省的时间为这一群体所带来的收益是十分可观的；而对中等收入群体而言，尽管中国充电桩的密度全球第一，但仍无法匹配人口密度，很多车主没有属于自己的私家车位，更谈不上私人充电桩，公共充电又面临数量不足、距离较远、维护不及时等系列问题，需要“抢、等、碰”，用户使用体验不佳。
而换电作为一种无需定点等候的续航补充模式，只要通勤或者运载途中有换电站就能让电车“满血复活”，在有效分流的同时，车主还不必担心快充带来的电池减寿，极大缓解了电动车主的“续航焦虑”。
三、政策发力
随着换电技术水平的提升和对换电需求的不断凸显，换电模式的市场定位逐渐清晰，政策对换电态度变得更加积极。尽管中国拥有全球82%的快速充电桩，车均快充桩占有量世界第一，但国家仍将部署电池交换作为战略重点之一，接连发文鼓励开展换电模式应用和标准化探索。
2020年国务院《政府工作报告》中首次将换电站纳入新型基础设施建设，成为我国新基建的七大重要领域之一。同年11月2日，堪称未来15年电动车发展的纲领性文件《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》发布，明确“鼓励开展换电模式应用”，确立了换电和充电并驾齐驱的地位；12月，财政、工信、科技部和发改委联合发布《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，提出新能源乘用车补贴前售价需在30万元以下（含30万元），而为鼓励支持换电模式的发展，对采用换电模式的新能源汽车不设置补贴限制。
2022年3月18日，工信部发布的《2022年汽车标准化工作要点》（下称《要点》）提出，“加快构建完善电动汽车充换电标准体系，推进纯电动汽车车载换电系统、换电通用平台、换电电池包等标准制定”，《要点》的发布说明国家准确地卡住了换电的“七寸”，即各自为政的无序发展只会导致重复建设和资源浪，只有通过标准化才能建立普适、普惠的电动车换电生态。
政策支持给换电技术的发展按下了“快进键”，此前仍在观望的车企和能源企业纷纷入场：2021年4月，中石化集团宣布计划建设5000个电池更换站；2023年1月，生产全球1/3电动汽车电池的宁德时代在国内10个城市推出模块化电池更换服务。据估计，到2025年中国将建设多达26000个换电站。
结语
和风电、核电等其他新能源技术需要相互补充一样，充电或换电中的任何一种路线都无法满足电动汽车的全部需求，并不应该成为非此即彼的单选题，而是互补和融合，为用户提供更多样化、便捷的充电选择，进一步优化用户的充电体验，推动电动汽车行业的可持续发展。
目前，尽管中国在汽车的换电领域处于主导地位，但像Ample这样的国外初创企业也在积极探索和发展相关技术和应用。国内方兴未艾的换电领域（不管是政府还是企业）应继续保持谦逊开放的态度，积极学习和借鉴全球新理念、新技术，在全球庞大的新能源产业链、创新链市场竞争中提高显示度和引领度，最终实现更加绿色、可持续的交通未来和产业升级。
