新闻速递

【金砖换电论坛】中国汽车动力电池产业创新联盟王子冬:《充换电实施方案比较》

点击数:622022-01-10 07:13:09 来源: 2022中国国际换电模式产业大会-官网


12月23-24日,由中国充电桩网、充换电百人会、电动交通换电产业技术创新联盟、联联充电联合主办,国家电投&启源芯动力、国什能源协办,中国充电桩网承办的2021第二届中国国际换电模式产业大会(简称:金砖换电论坛)在上海大华虹桥假日酒店顺利召开。本届大会设置“论坛峰会+展览展示”,以“紧抓换电产业发展机遇,助力实现‘双碳’目标”为主题,既有企业细致入微的分析,也有行业专家为市场发展提出的设想与方案,共商强国大计,落实国家提出的“碳达峰、碳中和”战略目标要求,积极助力构建“双循环”新发展格局。

 


中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长&研究员王子冬发表线上主题演讲——《充换电实施方案比较》。

以下为演讲实录:
 
大家好!

我是中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬。今天有幸和大家在这里一起分享一些关于充电和换电商业模式的比较。

在我国政府财政补贴政策引导下,中国新能源汽车市场在过去十年中完成了从0到600多万辆的跨越。最新的记录数据是到2021年10月底,中国新能源汽车累计销售超过已经超过700万辆,我们仍然保持着全球第一大新能源汽车市场的领先优势。

新能源汽车的补贴已经很好地完成了它的历史使命,不管下一步国家是否维持一定力度的补贴,政府通过补贴政策对市场的刺激也不会起主要作用了,这个市场将真正直面市场挑战。

习主席在2020年9月向全世界宣布中国将提高国家自主贡献力度,要采取更加有力的政策和措施,加快推进绿色低碳的发展,提出“双碳”(碳达峰、碳中和)。但是,新能源汽车是个新生事物,还有很多关键技术需要攻克才能走向成熟,需要许多企业从不同的方向进行攻关加以完善。

现在不是说新能源汽车推广了这么大的数量就没有问题,还是应该有些问题。

看看我国面临的碳排放压力,(如图所示)灰色线、黄色线、绿的虚色线,这是美国、欧盟、日本的碳达峰/碳中和实施的路径和时间点。

绿色的实线是我国的目标,难度相当大。第一,在2030年能不能实现碳达峰?第二,在2030年实现碳达峰的情况下,到2060年能不能实现碳中和?别的国家都是很平稳地走这条线,逐渐降低,而我们在2030年到2060年是陡然下降的直线,这将会对中国所有人生活、工作和生产、交通运输、能源结构带来非常大的变化,否则你很难实现2060年碳中和。

全世界主要经济体达峰的情况看一下,欧盟是1990年达峰,美国是2007年达峰,比较晚的是日本2013年达峰,韩国2013年,印尼这种落后的国家2015年也达到了碳达峰。

还有一个是总量,我们所谓的“碳达峰、碳中和”这件事情在全世界有两种算法,一个叫总量控制,你一个国家到底排多少;还有一个叫做人均排放(碳排放强度)。从这上面看我们国家的碳排放强度指标并不高,比欧盟、美国、日本、俄罗斯都低很多,因为我们人多,人均一下就下来了。

但是我们的总量非常大,必须引起我们的注意,如何实现碳达峰并尽快实现碳中和,挑战还是非常大的。

就二氧化碳的排放来看,中国最大的一块是电力和供热,占54%,国际上是45%;就制造和建筑来看,中国占29%,国际上占20%;就交通运输来看,中国占10%,包括飞机、船、公路运输(汽车),而国际上是26%。剩下的是其他,中国是6%,国际上是9%。

从能源消费结构讲,主要还是煤炭,中国还是以煤炭作为能源为主,所以做碳达峰的难度会比别的国家更大。

现在看到的电动汽车在不同领域里应用,碳交通这一块儿,汽车在10%当中大概占国家碳达峰排放中贡献度的7%。

大概是什么车呢?常规领域和特殊领域。为什么现在重卡成为主要被整治领域呢?因为重卡的排放是比较大的,像私家车排放别看数量大,但排放不多。B端的车像出租车、网约车、物流车、公交车,不停一天到晚在路面上跑,碳排放是很大的。将来在碳达峰这件事情上可能会分别对待。

新能源汽车发展势头很猛,势在必行,为什么政府热市场冷?电动汽车还是有些问题,是成本问题吗?手机、电动自行车、电动叉车、物流分拣系统发展都是投入大、成本高、附加值高的技术和产品替代了价格便宜的产品。

而电动汽车现在一谈就是价格高,实际上还是要考虑电动汽车的附加值在哪里。

市场的困惑有这么几点:

(1)电动汽车成本高,附加值没有显现出来,但是成本高。

(2)电动汽车的安全性事故频发,特别是和充电有关的事故占了很大一部分比例,或者充电过程中,或者是充电后。

(3)电动汽车充电时间长,里程存在忧虑。虽然有很多用户是夜里充电,夜里他也不用,但他总归想万一我要是着急用要充这么长时间是挺麻烦的,特别是冬季在室外充电,影响电池组的寿命和安全,这也是用户非常担心的。

(4)能耗高,节能减排效果不明显。由于现在电动汽车许多在追求长里程,原来的200、300觉得不够,现在400、500,500还不够,还要700、800、1000。这么长里程的电动汽车势必要带比较多的电池这样会增加车辆的重量,造成汽车的能耗更高,更加难以实现节能减排的目标。为了降低电池组的重量,需要提高电池的能量密度,但是在追求高能量密度的同时,电动汽车的安全风险也加大了,这也是用户很难接受的一个事实。

(5)另外特别敏感,马上又要进入寒冬时节了,去年的寒冬让很多电动汽车里程大幅度缩水,用户投诉非常多,这也是电动汽车的一大特点,冬季里程缩水。

(6)电动汽车充电场地紧张,特别是在大中型城市电动汽车与燃油车争停车位的矛盾非常突出,本来停车位就少,还要腾出来很多停车位给电动车充电,实际上平时又很少有车去,很多燃油车就停到了电动车的充电车位上,等电动车去充电的时候根本没车位,这也是矛盾。

(7)已建公共充电桩利用率、完好率比较低,有的公共充电桩比较集中用的地方可能会高一点,但是大部分的充电桩利用率非常低。

(8)电动汽车二手车残值低,传统燃油车二手车都在讲残值,有二手置换的问题,而电动车的二手残值非常低,不利于置换,大家买车的成本又高于燃油车,卖车的成本又远远低于燃油车,大家都觉得是很难接受的一件事。

(9)电动汽车动力电池标准进展不理想,谈了很长时间标准,严重制约了电动汽车的快速发展,这些问题不解决,电动汽车很难有更大的发展。

解决这些问题,包括降低二氧化碳排放难的问题,我们想到了三个途径:

第一,车辆整车轻量化。需要有新的材料和新工艺的支持,通过轻量化降低生产和使用中的能耗。

第二,使用节能电机驱动系统,大幅度降低能耗。

第三,大胆探索智能快速换电的服务模式,降低对电动汽车带电量的压力,大大提高用户的体验,不需要带那么多。

很多人也都在说这件事情,电动汽车到底要走多远,要带多少电池?实际上有个比较大量的用户统计,每天真正上班族私家车使用平均下来90%的人在110公里,意味着110公里的里程能够满足90%的需求。达到210公里的电动车里程可以满足99%的人,关键是节假日怎么办,其他时间上班是没有问题。

现在遇到比较讨厌的问题,比较难的问题是冬季缩水,现在按30%还是保守的,实际上去年那么寒冷的冬天北京电动汽车已经达到50%的缩水。

电动汽车在开快的时候,在爬山负重大的时候,在爬坡的时候能耗高。现在算算,如果纯正能够包括冬季缩水问题,能够保证车有300公里行程里程的时候,基本能够满足使用要求,如果配上换电站的快速补充能量方式,完全可以满足高速公路长距离长途行驶的问题,且其成本在没有政府补贴的情况下具备了跟同级燃油车竞争的条件。

因为走300公里,哪怕300多一点,现在配的电也就是30、40度电,30、40度电的成本按照去年材料涨价之前的成本,也就是在3万块钱左右,不像人们想象的电动汽车会增加很多成本。

不少也认为动力电池生产链能耗高,这确实是,费电池处置时能耗也很高。加大带有电量延长电动汽车行驶里程的纯电动车会背离节能减排的初衷,当时推电动汽车就是要节能减排,但是现在长里程行驶的车反而加重了碳排放,并且不节能。

插电式混动车型因为它有两套动力系统,导致车重、能耗多、节能减排效果不是特别理想。当然了,国际上有些插电混动车技术水平高的确实比传统燃油车能耗低了50%-60%,相当于传统燃油车的30%多到40%的能耗,还是不错的,我们国家现在也在追求这方面的技术发展。

电动汽车的能量补充方式有几种,分为:

(1)直流大电流充电,这是公共领域,包括像出租车、网约车,包括像公交车。

(2)交流慢充方式,就是现在大部分家庭充电的,给你一个220的交流电,你接上之后用车上DCDC转换成给电池组充电的电流和电压,然后给电池充电。

(3)电池更换方式,其实更换的方式也是充电的一种,它叫换下来充,非车载充电。

(4)无线充电

现在主要就是这四种主流充电方式。

传统充电方式充电时间长、受环境温度影响较大,实际上在低温的环境里充电对电池的影响还是非常大的,要引起大家的注意。

大规律快速充电会加速电池组的老化、降低电池组安全。其实,大规律充电不是充电机有没有问题,而是电池受得了受不了的问题,现在可以看到很多电动车公共领域充电着火还是比较频繁的,就是因为大功率充电电池受不了。

而电池组更换方式的电动汽车在补电时间、电池使用率、整车采购成本等方面具有明显的优势,可以做到车电分离。另外电池在有效无死角监控的管理下,使用率和使用年限,以及电池维护都会达到比较高的水平。

换电模式既符合推动电动汽车模式创新的要求,又能解决纯电动汽车在普及过程中的难点问题。不是说换电就一点没毛病,但确实通过换电能够解决一些原来充电解决不了的问题,为用户的绿色智慧出行带来全新的选择,跟充电不是完全对立的,实际上是一种新的选择,具有可观的社会效益。

电池组的寿命加大了,安全性提高了,这里面会有效益的。因此,换电模式的乘用车在换电站普及之后将会被广泛应用于市场。不仅B端车,C端车私人车也会逐渐追上这个需求。

看充电服务模式也分为充电技术、安装地点、安装方式、充电接口数。实际上,在换电站里就不叫桩了,叫充电接口,充电桩里面的东西变到了换电站里给电动车、电池组充电的这部分设备中去了,不是单独在那儿看的一个一个桩了。

传统桩分为壁挂式、落地式。安装地点是公共和专用,公共和专用一般都是直流的,而私人的一般都是交流的。还有充电接口,一桩多充和一桩一充,一般私人家都是一桩一充,因为考虑到停车位的问题。这是充电桩的分类。

交流充电桩基本是属于慢充的,电动车通过车载充电机充电。交流充电桩只提供电力输出,没有充电功能,此时的输出电压是220V,充电功率基本在7kW以下,由于功率低,所以一般充电时间比较长,8-10个小时甚至可能更长,这种特点导致交流充电桩大多安装在居民小内停车场内。此外,交流充电桩的结构和技术较为简单,安装成本不高,不含线路改造和扩容时每个交流充电桩的安装成本大概在800-1200左右,有的直接接220V的3kW的更低。

直流充电桩俗称为“快充”,直接电网交流电变成直流,不经过车载的DCDC,直接对电池组。这种充电桩的输入一般都是380V的,充电机的功率都是60kW以上,不像乘用车交流的都是5、6kW,7kW以下的。

现在大功率充电桩有的达到400kW,如此高的功率极大地缩短了充电时间,这是人们的想象。实际上,充得越快,你当时看时间短,但实际上电池寿命会大大降低。正常情况下充满电大概只需要20分钟到90分钟,快的话不同的车可能会更快。直流充电桩技术和装备都比交流桩要复杂,不仅需要大体积的变压器、直流转换模块,还需要配备谐波抑制装置等。直流充电桩的造价比较高,大家也都知道这个问题,一般的直流充电桩都是临时快充一下,没法普及到家里用直流充电桩。特别是出租车、公交车集中式充电的一般都是用直流充电桩在充电。

传统充电模式遇到了一些比较头疼的问题,充电慢、运营效率低、里程焦虑、价格高昂、电动车载货量减少,尤其受到电池组的影响,载货量大幅降低,这也是用户不太满意的一件事,关键是安全隐患,社会上无人值守的充电桩给电池充电(交流充、直流充)都存在着比较大的隐患。

同时,加快了电池衰减,特别是冬季,慢充冬季都会出问题,更别说直流的充电冬季更会出问题。由于电池衰减快,导致了电动汽车二手残值,大家都担心我买电动车需要去准备换一组电池。

社会上有很多“僵尸桩”,网上也都有,利用不上,矛盾是经常需要充电的话充电桩不够,而没有车去的充电桩就成为“僵尸桩”。另外城里需要安装充电桩的地方没地方安,郊区有地方安装的地方车不去,所以造成了“僵尸桩”。

目前我国充电桩普及情况,中间也遇到了很多问题,特别是小区用户,包括上海那次特斯拉在地库着火以后,上海很多小区地库里不允许电动车进去。其实电动车在地库里充电,如果出现问题确实是很头疼的问题,火会蔓延到很多车上,因为顶底会压下来把别的车都弄着。

停车位占比以及遇到了该装没法装的地方。没法装有几个问题,一个是居民没有固定车位,我小区挺大,我们家门口没有车位,我不能把充电桩安得非常非常远,每天下班走得很远,这也是个问题。

另外,这个车位如果不归你的话,你充电安了桩也没用,别人停在那儿你充不了。还有就是物业不匹配,物业担心你出问题不愿意你去安装。还有就是报装,居住地报装换电难度大,工作地没有固定停车位的问题,导致有三分之一左右的用户没法安充电桩。

另外小区安充电桩还有一个问题,就是产品质量控制,缺乏系统的维护与管理,电网负荷,很多小区电网负荷给的负荷都不够,再安充电桩就会超负荷,需要改整个小区的供电能力,不是因为你一个桩安上去就有很多工作要做,还有就是多方利益难以协调,特别是有的小区物业管理换来换去的,造成了推诿扯皮的事情。

这里面问题比较多,大家也要想办法解决。

目前,充电桩运营的盈利主要来源于服务费、电力差价补贴、增值服务。其中收取充电电费和服务费是大部分运营商最基本的盈利方式,但由于充电桩前期投入成本高高,投资回收周期长,充电桩使用率等问题,掣肘运营商的盈利,这也是现在很热闹但看不到挣钱的原因。

另外,投资回收周期长,影响充电桩投资回收期主要因素之一为充电桩的使用率。大家都在算,从单桩的盈利能力看,以60kW的直流快充桩为例,假设单桩设备成本为6万,不考虑运维、土地、建设等其他成本,据各地的充电服务费指导价,假设充电服务费为0.6元/kW,则如果单桩利用率为5%的话,即每天使用1.2小时,投资回收期需要3.8年,如果利用率提高到30%,则投资回收率只需要0.6年。

但是,这是非常不均匀的,很少有这么高的利用率,个别桩一天的利用率能达到比较高,大部分桩都很低,到不了5%。

目前,全国公共充电桩的应用平均利用率比较低,导致企业盈利能力不足,大大延长了投资回收期时间。后面的人看前面不盈利,后面的人就不敢投,造成了恶性循环。

换电站的情况类似于加油站,主要安装在公共区域,为一种或者多种型号的电动汽车提供换电服务,按照功能的不同换电站有不同的服务方式,常见的服务方式如下,其中用得最多的是按照换电方式和电池包形式进行的分类。从换电方式来看,分为底盘垂直、底盘侧方、引擎舱和后备箱模式。从电池包的形式来看,分为整包和分箱两种模式。

现在主要推的还是底盘垂直换电整包比较多,全自动的、手动以及半自动的不多。针对的主要是运营车辆,私家车比较少,这是现在的实际情况。

换电可以解决车辆成本高的问题,解决行驶里程的问题,解决充电长的问题等等,B端车公共领域时间短的问题,以及电池的寿命问题,还有投资回报率,还有电池安全的问题,它能解决这些问题。

换电模式的应用价值打造生态圈,“车、电分离”的换电模式参与方众多,将上下游所有企业紧密联系起来,共同努力提取动力电池的全生命周期的价值,主要是把动力电池的全生命周期的价值充分挖掘出来。

有梯次利用企业、电池回收企业、电网、消费者、电池资产公司、动力电池企业。大家如何形成联动,摊薄每一次收费,最终总获利,同时把获利周期加长,通过长时间获利支撑支出。里面有车企、电池企业、消费者,公共领域的消费者是受益的。

实践证明换电模式先从公共领域车辆开始是比较合适的,如车组车、网约车、物流车、公交车、清扫车。然后取得经验后在家用无法安装充电桩的私家车渗透,不是说现在换电把所有都替换掉了,很多人私家车在家里充很方便。


目前来讲,

【责任编辑:(Top) 返回页面顶端
观展预登记
听众注册
演讲赞助
赞助方案
 
BACK TOP
BACK TOP