电动汽车为什么不使用换电池模式？

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run_fast

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发表于 2016-05-12 21:10

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楼主电梯直达楼

之前做过相关题目的Research和发过Paper，尝试着答一下吧。

充电和换电模式其实在电动汽车界经过了很长一段时间的斗争，只是后来换电模式因为涉及到多方利益的冲突和消费者不买单渐渐败下阵来，淡出了人们的视野，从而造就了现今的电动车界以插电式为主的局面。

换电模式曾经因为以色列电动汽车生产商Better Place而一度成为了电动车界的热点话题。Better Place的模式类似现在的电信运营商，不管电动车车主使用的是哪个牌子的电动车，Better Place希望对客户所有电动车车主提供电池的维护、更换和充电服务。而Better Place的主要业务则是换电模式，车主在进入Better Place换电站可以通过机械手在三分钟内完成自动进行换电业务。

Better Place CEO夏嘉曦（Shai Agassi）
图片来源：Chutzpah Destroyed Agassi’s Better Place

这家企业成立于2008年，由被称为以色列“天才连环创业家”的夏嘉曦（Shai Agassi）创立，他在25岁时所创办的企业门户网站TopTier后来以4亿美元的价格被SAP收购。而TopTier被SAP收购后，夏嘉曦在SAP里曾经被认为是SAP的CEO最佳继承者。2007年SAP CEO选择留任后夏嘉曦离开SAP。

08年正值金融危机，底特律欠下巨额债务。通用、克莱斯勒和福特三大汽车制造商遭受重创让新能源汽车再次站上热点。夏嘉曦利用自己第一次创业成功的名望进入了正值热点的电动汽车行业，很快得到了各方面的支持。

Better Place迅速筹得8.5亿美金，而以色列前总统佩雷斯也为Better Place背书，Better Place成为了当时以色列推广自己的“创业之国”的主要宣传材料，佩雷斯甚至承诺夏嘉曦：“如果你筹到20亿美元的资金，汽车制造商愿意生产200万辆符合Better Place换电模式的汽车，我可以给你整个国家来投资。”夏嘉曦也在2009年被《时代》杂志评为2009年最重要人物之一。

夏嘉曦登上《连线》科技杂志封面
图片来源：Better Place board ousts Shai Agassi as CEO

好的一个开始并没有让Better Place成为火箭，很快换电模式的一些特殊问题让Better Place像流星一样陨落了下去。

和燃油车的油箱差异，电动车的电池和对应的电池管理系统（BMS）是各大车厂的核心技术，也是电动车价格的大头，是整车厂不会轻易同意剥离出去的部分。。

特斯拉的出色续航能力和得益于其对大量电池出色的分布式控制能力，这与其大部分工程师都来自硅谷，擅长管理多台计算机和分布式计算的互联网血统密不可分。而比亚迪则直接以电池起家，在磷酸铁锂电池领驭也有多年的深耕，电池自然也是其核心技术。

电池高昂的造价也是整车生产企业的核心利润来源，电池价格之高在一些车型中甚至可以达到车价的50%，居高不下的电池成本也是电动车至今没有特别普及的原因。而在上周三（2016.5.4），亲民版特斯拉Model 3的订单已超过40万辆的特斯拉把超大型电池厂Gigafactory的完工日期从2020年提早到了2018年，因为通过Gigafactory规模化生产的低成本电池是实现Model 3亲民价格的关键，Gigafactory的完工对于价格亲民的Model 3来说至关重要。而这一激进的举措也让各个投资机构震惊于这家硅谷初创公司的雄心。

特斯拉Gigafactory原计划，2020年量产50万辆车。

显然，将电动汽车的电池这块大头从车内剥离出来是不符合汽车制造商的核心利益的。所以一直只有雷诺Fluence ZE这一款雷诺非主流的电动车配合Better Place的换电设计。Better Place也向雷诺定了10万台Fluence ZE，遗憾的是最终这款不入流的电动车的最终销量不到计划的1%。
2013经营惨淡的Better Place关闭了位于加州Palo Alto的总部，转而专注于以色列和丹麦市场。但Better Place在以色列的销量也不足1000辆，丹麦只有几百辆。而少量的用户还需要庞大的支出去支撑换电网络的设备和人员，Better Place的一个换电站造价200万美元以上，有的高达500万美元。转战以色列和丹麦的Better Place在以色列预计建40座换电站，总耗资2000万美元，在丹麦20个站点，计划投入1000万美元。大量的融资也开始变得不经花。
最终，Fluence ZE最后只卖出了1400多辆，而心灰意冷的雷诺公司CEO卡洛斯·戈恩(Carlos Ghosn)则称Fluence ZE是雷诺最后一款根据换电设计的电动车，其新一代热销电动车产品Leaf则采用了插电式。

在2012年年底，Better Place的汽车销量远低于预期，盲目换电站扩张也导致Better Place的现金流短缺，Better Place开始查找新的投资者。与此同时，夏嘉曦离开了Better Place。他的继任者Evan Thornley也在两个月后辞职。
13年5月26日，入不敷出的Better Place最终宣告停止运营，Better Place尽管融资8.5亿美元，终究昙花一现，也给换电模式蒙上了一层阴影。

Better place换电站与雷诺Fluence ZE
图片来源：Better Place Pulled Down Israel and Denmark Electric Car Markets, Say Local Drivers

如果说Better Place的昙花一现很大一定程度上败在于公司盲目扩张而用户寥寥无几上的话，同一时期的发生在国内的换电大潮可能会带来另一个差异角度的解读。

在2009年元月，科技部、财政部、发改委、工业和信息化部启动“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”，简称“十城千辆工程”。计划用三年时间，每年发展10个城市，每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行，力争使全国新能源汽车的运营规模到2012年占到汽车市场份额的10%。而电动汽车也大规模以出租车、公交车、公务车等形式出现在人们的视野。

在202011年工作会议上，国家电网总经理刘振亚表示：
“国家电网电动汽车充、换电站的基本商业模式确定为：换电为主、插电为辅、集中充电、统一配送。202011年，公司将在北京、天津等城市建设电动汽车换、充电服务网络。”

而其中最具代表性的两个城市，就是以国家电网和众泰汽车在杭州主导的换电模式，及南方电网、中国普天和比亚迪在深圳主导的充电模式。

和私家车不一样，公交系统或者特殊的工作车辆工作时间直接与价值创造成正相关，行驶距离、能量磨损相对容易预测。而出租车也是进行24小时无休运转的司机倒班运转，时间对于电动出租车来说就真的是金钱。

在出租车行业上应用换电模式虽然需要更高的成本进行换电站设置，但在有出租车的体量保证和稳定而迫切的能量补给需求下，强大的服务能力很快让换电站显现出比充电站更强的盈利能力。

在之前的一个项目中，我曾经对一个标准充电站（八充电桩）与一个标准换电站（两换电位）在电动出租车领驭的盈利能力进行预测，结果显示换电站虽然需要更高的初期投资，但其表现出更强的盈利能力，动态投资回收期比充电模式更短。而利用算法控制，在保证换电服务不受影响的情况下，对换下来的电池尽可能使用晚上低谷电价充电，动态投资回收周期会更加短，杭州的换电模式似乎在出租车领驭更加具有竞争力。

而我在实际和深圳电动出租车司机的访谈中发现，由于大部分出租车司机都会选择在固定的一些时间段进行充电（比如午休、交班前），而出租车司机也喜欢选择一些特定的充电站进行充电（如市中心的充电站因为配套比较齐全，具备休息室等）。司机充电站的会出现突然爆满的情况，加上面分充电桩的损坏及充电位的不足，争抢充电桩而起争执的情况时有发生，不少司机希望能推行换电模式。

但换电模式的并不是一点问题都没有。
由于杭州电动出租车采用的是纯电动版的众泰朗悦，续航里程满打满算只有100公里，而随着电池衰减，很多出租车司机只敢跑70多公里就进行换电，司机的里程焦虑导致电动出租车多次出现拒载的情况。相比于具有300公里续航里程的比亚迪E6深圳电动出租车，杭州的电动出租车的服务水平要打不少折扣。

另一方面换电模式虽然具有更强的盈利能力，但这份利润却被换电服务商给拿走了，传统车企不但也失去了销售电池这一个大头，连后续的换电服务营收都被别人拿走，还要配合国家电网安全性、标准不明的电池系统，自然是不愿意配合。

因此，在国家电网发布以换电模式为主的路线时，曾经一度引起了不少整车生产企业的反弹，而国家电网也是选择了众泰汽车这个相对不太强势的车企作为合作伙伴。国家电网的电池控制方式也被质疑为垄断行为，当时刚上任的工信部部长苗圩也曾表示，插电式和换电式两条路都在探索，但绝不会出现被“新能源汽车行业被电网公司牵着走”的情况。

图片来源：江苏南通首座电动汽车充换电站启用

2012年，国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012―2020年）》，确立了以充电为主的电动汽车发展方向。
主要任务第四条：
积极推进充电设施建设：完善的充电设施是发展新能源汽车产业的重要保障。要科学规划，加强技术开发，探索有效的商业运营模式，积极推进充电设施建设，适应新能源汽车产业化发展的需要。

迫于各方的压力下，国家电网也渐渐开始了妥协。

2015年1月10日，国家电网公司发起电动汽车“京沪行”活动，带领北汽新能源、比亚迪公司、比亚迪—戴姆勒公司、东风日产公司等四家车企组建由北汽EV200、比亚迪E6、腾势、启辰晨风等纯电动汽车的车队，从上海嘉定安亭快充站出发，途经上海、江苏、山东、河北、天津、北京等六省（市），历时4天，行程1262公里。活动最终于2015年1月14日APEC首都机场充电站完美收官。活动全程都使用充电桩，预示着国家电网从换电模式的战略转向充电模式，也意味着国家电网和整车生产企业转为合作关系。而国内首个高速道路跨城际快充网络——京沪高速道路快充网络也随着这次活动的结束被证明已全线贯通。至此，曾经在国家战略上与充电模式平起平坐的换电模式，也从战略到执行上全面退居于充电模式之后。

电动汽车“京沪行”活动终点

在Better Place和国家电网的两个例子可以看出，换电模式除了需要庞大的市场基础和成熟的技术以外，还要有强大的整车整合能力才能不受整车生产车企的制约。那么是不是打通上述的所有瓶颈，换电模式就可以顺利突围呢？

较之Better Place和国家电网，拥有核心技术、用户群体、基础设施和整车生产能力的特斯拉也在13年6月推出了换电技术。

其实特斯拉对换电技术早已有了铺垫，从一开始设计和生产Model S时就考虑了换电的功能，所以当时只是发布了换电站而已。

图片来源：Tesla May Stop Battery Swapping Program

但较之特斯拉成熟的充电服务，换电模式似乎显得非常不用户友好。一次换电服务的价格为60-80美金之间，比汽油车还要贵，更不用说要面向已经习惯了完全免费的超级充电站服务的车主了。而更加用户不友好的是车主需要返回换电站换回电池，如果不想去的话邮寄回来还要收邮费，如果是土豪不想换回来的话，还要补上新旧电池差价。
而超级相比之下特斯拉的完全免费的超级充电站服务要友好得多，大多数的超级充电站设在高速出入口和购物中心的边上。即使是经常开长途的车主经过一早上的驾驶，中午找到一个超级充电站一边充电一边吃饭，半小时后吃完饭车也满电可以继续下午的行程了。

在超级充电站发布不久后，第一条美国的打通美国东西海岸的超级充电站线路被建成，特斯拉也发起了一个只利用超级充电站，从洛杉矶横跨美国开到纽约的活动（Coast to Coast)。活动最后大获成功，也证明了利用超级充电站进行长途旅行的可能性。

图片来源：Tesla team attempts Guinness World Record by driving from Los Angeles to New York City : TreeHugger

拥有核心技术、用户群体、基础设施和整车生产能力的特斯拉则是败在了糟糕的用户体验和应用场景上。与驾驶时间和收入成正相关的公共交通用车差异，对于私家车来说，电能补给很多时候并没有我们想象中那么迫切。在和不少特斯拉的车主交谈中我发现，私家车的使用时间远远少于停放时间，只要停下来之后插上充电桩，不少车主几乎都是每天满电出门。不少车主在用车前的里程焦虑在实际用车后都消失了，因为大部分车主的日常使用中并没有经常出现特别迫切的电能补给需要，而四五百公里的续航加上五六十公里的完全没电后的储备续航足够杜绝绝大多数的抛锚情况。在21世纪，电总是比油要易得的。

面对错误的应用场景和糟糕的换电服务体验，车主们都不买单。在2015年六月的一次股东大会上，Musk表示并不太可能（unlikely）会在未来推行换电模式，而换电站在Harris Ranch 修建了之后也再无扩张计划。
”We built the pack swap into the car because we weren