电动汽车换电模式方案的价值与意义.pdf

电动汽车换电模式方案的价值和意义 韩建方1 段万普2 1 清华大学政治经济学研究中心2 郑州千熙新能源科技公司 摘要 电动汽车已经到运行实施的阶段 本文分析了电动汽车推广工作中遇到的电池质量责任归属难题 提出了破解这个难题的 个方法 就是换电式 览子方案 并对采用这个方法的经济效益 文中作了说明 关键词 电动汽车 换电式 效益 l 总体思路 最近三年以来 电动汽车的研发在我国和世界各地已经遍地开花 性能优异的各类电动汽车已经在许 多城市开始了示范运行 但是除了价格昂贵的丰田普锐斯外 几乎没有 款电动汽车实现面对大众的大批 量销售 尤其是纯电动汽车 为什么电动汽车 只听楼梯响 不见人下来 是政府的补贴政策不到位吗 不是 中国的电动汽车 补贴政策已经非常具体了 国务院确定的2 0 多个 十城千辆 试点城市5 个面向个人用户的试点城市中 不仅国家补贴已经到位 地方政府也配套了更优厚的补贴 显然 已经不是有没有补贴的问题了 那么 是因为电动汽车没有造出来吗 也不是 到目前为止 已经有5 0 多家企业获得国家批准的电动汽车生产 资格 进入国家电动汽车产品目录的车型已经有1 0 0 多种 不存在不让卖的问题 那么 是因为充电站的 配套跟不上吗 还不是 过去2 年 我国2 7 个城市共兴建了8 9 个大型充电站 绝大部分都闲置至今 根 本没有投入使用 车有了 充电站也有了 政府补贴也有了 什么都不缺 却为什么见不到电动汽车面向私人销售呢 是因为没人愿意买吗 更不是 实际的情况是 当私人用户拿钱去买已经上了国家推荐目录的车时 造车的企业根本就不卖 汽车企 业为什么不卖已经上了公告的电动汽车 根本的原因是在车电一体的模式下 国家要求电动汽车保障3 年 安全运行15 万k m 的电池质量承诺 任何一家汽车企业都不敢为电池的使用寿命承担责任 动力电池是 全新的技术领域 让汽车企业为它承担责任 这样的行政管理方式是造成电动汽车止步不前的根本原因 电动汽车已经走入窘境 现在许多公司都生产出来了 可是都走到了商业化的门口 却谁都迈不过这 道门槛 这是为什么 就是因为国家的扶持政策搞错了方向 可以得出两个结论 一是要想将电动汽车推进到商业化的轨道上 就必须将 车 和 电 分离开来 车电分离的电动汽 车商业化的唯一出路 二是国家的电动汽车产业政策应把重点放在电池上 放在车电分离的商业模式上 一旦进行政策调整 电动汽车的产业化 商业化就会在很短时间里实现 我们就会在电动汽车的国际 较量中迅速取得领先优势 并成为全球新能源技术的领导者 不仅对我国的持续经济增长意义重大 还对 于我国国家地位的提高 对于国家安全的保障 对于让世界终结石油时代 建立起后石油时代新秩序具有 极其深远的历史意义 2 车电分离技术路线的优越性和现实性 电动汽车要想实现商业化 最重要的条件就是要降低电池的使用成本 而电池的使用成本又包括两个 方面 一是电池的制造成本 二是电池的使用寿命 5 1 按照动力电池技术条件的要求 电池必须有较高的能力密度和较好的安全性 这就限制了电池材料的 选择范围 在当前的技术水平下 所能选择的电池材料和工艺 已经决定了电池的制造成本不町能非常廉 价 在这种情况下 最重要的努力方向只能寄托在延长电池的循环寿命上 而在这个方面 客观上具有极 其巨大的潜力 2 1 锂电池的循环寿命使用潜力很大 锂离子电池生产厂家提供的数据表明 单体磷酸铁锂电池的实验室循环寿命可以达到7 0 0 0 次以上 按照2 0 0 0 次来设定成组电池的出厂 标准是完全可以实现的 但是 在车电一体 用免维护的方式来进行 充电的情况下 却不能保证1 0 0 0 次的电池的循环寿命 甚至连3 0 0 次也不敢担保 这是因为电化学反应 本身就会造成个体的不一致 而这种不一致会导致电池的早期失效1 2 2 蓄电池的一致性总是向劣化发展 国内外的汽车制造厂家都试图从电池质量和电池自动化管理入手 解决电池组的寿命问题 但是 提 高电池的出厂质量和一致性并不能从根本上延长电池寿命 因为无论出厂质量和一致性再好的电池 都会 在使用和充电过程中出现随机性个体差异 最终导致电池组均衡性被损坏 而电池管理系统如果细化到对 每一单体电池进行监测和控制 其造价将与电池相差无几 这就意味着本来就很昂贵的电池 又增加了一 倍的成本 而且 在电池均衡性不好的情况下 高性能的电池管理系统本身要消耗和限制1 5 一 2 0 的能量 输出 这就意味着电池里程寿命已经损失了仅2 0 了 限制数量的大小取决于电池容量的差别 这还不算 就是安装了高性能的电池管理系统 也不叮能将电池寿命提高到理想的千次以上 丰田普锐斯承诺不超过 3 年1 0 万公里的电池寿命就是最好的例证 因此可以说 虽然通过提高电池质量和优化电池管理可以有限 提高电池组的寿命 但想通过这个途径使电动汽车在综合成本上具有对燃油汽车的竞争优势 是根本不可 能的 这条技术路线必将永远依赖政府补贴才能持续下去 2 3 二元动力难以商业化 由于采用车电一体的路线 电池寿命就无法实现理想的指标 国外汽车巨头就把主攻方向放在以电池 为辅的混合动力和增程式电动汽车上 采用小电池承担辅助功能 弱化了电池的作用 但由于混合动力汽 车二元切换的复杂结构 使其成本永远也降不到与燃油汽车相当的程度 而其节油性又非常有限 它绝对 不可能成为电动汽车商业化的主流模式 美国通用公司推出的增程式电动汽车v o l t 虽然比混合动力汽车 前进了一步 由于结构较为简单 使制造成本明显低于混合动力汽车 节油效果也更好一些 其市场前景 比混合动力汽车更光明 些 但是 二元动力 必然推高制造成本 而不进行维护的电池 仍然是致命的 软肋 增程式电动汽车也不能从根本上摆脱在成本上对燃油汽车的劣势 因此 它也很能难实现商业化 2 4 车电分离是根本出路 车电分离的技术路线对电动汽车商业化的意义远远超出了国外车企最初的设想 他们没有想到 这种 方式不仅在我国的试验中获得了效果的证明 而且具有多重作用 一是可以实现快速补充能源 二是可以 通过专业的电池维护使电池寿命大大延长 实现千次循环寿命不成问题 三是可以按照电池专业维护后的 平均寿命进行以丰补歉的操作为车主提供服务 这个作用是个体车辆分别盲目充电模式无法抗衡的 原 因是 由于电池的工作是电化学反应 对电池的冲击要比机械磨损具有更大的离散性 机械磨损在不同个 体问的差异非常小 作为汽车核心部件的发动机可以很容易实现绝大部分个体3 0 万公里以上的使用寿命 而动力电池则不然 即便是平均使用寿命达到了3 0 万公里 也仍然无法实现商业化操作 因为 超过3 0 万公里和不足2 0 万公里的个体都有可能达到3 0 达标者不诉 而大量电池寿命不达标的车辆将群起投 诉 必使汽车企业无法应对 价格比车身结构还贵的电池赔是赔不起的 这就是许多汽车企业的样车早已 下线 吆喝了许多年也不敢向私人用户出售的根本原因 相比之下 在充电运营商用自己的电池而不是车 主的电池在充电站循环使用 为车主提供电池保用服务 除了快速补电 提高电池寿命之外 无形之中带 来了第三个功能 只要电池的平均寿命达标 就可以实现低成本指标 这要比车电一体车型必须使几乎所 有车辆的电池寿命达标才能实现商业化 要容易得多 结论不言而喻 在2 0 到3 0 年内 在更新的技术没有到来之前 能够快速更换电池的纯电动汽车和与 之配套的电池租赁 电池维护 充电服务的运营模式 是电动汽车完全实现商业化的最佳途径1 5 2 3 换电式电动汽车的制造成本 换电式电动汽车系统能否实现足吼让市场为之沸腾的先进指标 这才是成败的关键 公里计算 每1 0 0 公里耗电1 5 k w h t1 6 0 公里为 田l 几种车囊謦瞬对比 2 4 k w h 但是 由于电池管理和控制系统增加耗电2 0 再加上必要的辑余应有 2 0 设计的电池彝量就应该达到3 5 k w h 按照目前动力电池的市场参考价每伏安时2 5 元训算 仅单体 电池就需要4 万元 再加上电池管理系统的价格2 万元 电池系统的总成本为6 万元 而续使1 6 0 k m 是不 能满足出租车的要求的 要满足出租车单班行驶的要求 续驶里程至少应该达到2 5 0 k i n 以上 这样 电池 的成本价格就达到了8 1 0 万元左右 而车辆其它部分的造价比燃油汽车的整车还要高一些 大约为8 l o 万元左右 使插电式纯电动汽车的总制造成本达到1 6 2 0 万元 再加上销售费用 售后服务费用和利 税 自主品牌电动汽车的合理售价应在2 0 万元左右 而换电式电动汽车是不包古电池的 车辆制造成本显著下降 棵车售价在初期可控制在8 1 0 万元 大批量投产后即使没有政府补贴 其售价也可降到6 万元左右 与同类燃油汽车基奉相当 4 换电式充电站的建设成本 在换电模式确定后 还存在两种选择 一的自动化程度很高的大型充换电站及其系统 二是人工作业 的小型充换电站及其系统 二者的建设成本和运行成本存在巨大差异 换电式电动汽车充电系统可以根据城市规模设计成若干个独立的充电站 也可以设计成少量的中心充 电站和网状分布的换电站点 也可以是一者的结合 41 大型自动化充挟电站的建设成奉 根据我们的了解 大型自动化充换电站的建设成本非常高 上海在世博会投入使用的换电站投资为 8 6 0 0 万元 新乡市建设的为电动出租服务的换电站已经投入瓷金5 0 0 0 万元 按照这样的资金投入 不仅 永远不可能收回投资 而且会使运行费用届高不下 充电成本达到每度电5 元以1 远远高过燃油成本 因此 这样的充换电站 必须永远依靠政府补贴 古则 就不可能维持 42 人工维护的小型充电站的建设成本 1 c p 心站及配套换电站建设成本 每e l 为4 6 0 辆车更换电池 中心站厂房 1 5 0 0 平方米轻钢结构 6 0 万元 1 2 6 0 k v a 箱式变压器及工程费用7 0 万元 充电架1 5 0 个2 0 万元 布线投其它 t 程4 0 万元 智能充电机2 4 0 个2 4 0 万元 电池更换 转运装卸设备2 4 套 15 万元 办公 空调和信息管理设备2 5 万元 电池检测成套专用设备及 具3 0 万元 换电站电池接1 0 0 个8 万兀 两算 结姓 家 标计 墟有国 指行 统哺会照 务进 系 不脚 器 蔗一 黧黧 的了车 散合毙利座瓣罴篷 电池转运车辆4 台3 2 万元 合计 5 4 0 万元 2 小型独立站建设成本 每日为i 0 0 辆车更换电池 2 8 0 平方米轻钢结构厂房 3 1 5 k v a 箱式变压器及工程费 充电架 6 0 个 布线及其它工程 智能充电机6 0 个 电池更换 转运 上下架设备4 套 办公 空调 信息管理设备 电池检测专用设备及工具 流动服务车辆1 台 合计 1 0 万元 1 8 万元 5 万元 5 万元 9 0 万元 2 万元 4 万元 8 万元 8 万元 1 5 0 万元 若在对象城市中 小型充电站和中心充电站的权重各占一半的话 平均每服务1 0 0 辆电动出租车或4 0 0 辆私家车 所需的建站投资为1 4 0 万元 两种充电站比较 在同样的功能下 人工维护的充电站建设成本仅相当于自动化大型充电站的2 0 3 0 分之一 而且还增加了电池维护功能 更加确保电池的长寿命 因此 国家不仅应该明确支持换电技术路 线和商业模式 还应该旗帜鲜明地支持人工维护的小型充电站及其商业模式 5 换电加维护商业模式的财务指标 由于出租车具有比私家车高得多的使用强度 可以更加充分地使用电池 因此 电动汽车的商业化应 该选择出租车作为突破口 换电式电动汽车的系统运行不同于传统汽车和插电式电动汽车 在传统汽车的系统中 车辆是独立的 主体 只要有加油站配套服务 所有车辆都可以畅行无阻了 而在换电式出租车的体系里 对系统的运转 起主导作用的是充电站 因为充电站是电池的所有者 因此 这个系统能否成立 关键要看充电站 充电 运营商 能不能赚钱 车主能不能省钱 这两个条件有一条达不到 就失去了商业价值 5 1 充电服务的收费标准 每次充电收费1 0 0 元 可保证出租车跑2 5 0 公里 平均每百公里为4 0 元 比同类燃油汽车节省4 0 比燃气出租车略高 但由于节省了一个小时排队等候时间 对车主仍然是最好的选择 这个收费标准足可 以使车主感到满意的 5 2 小型独立充电站充电运营商的主营业务收入 电动出租车 双班 的充电费收入 1 0 0 辆车 每日1 0 0 元 2 班 i 0 0 辆2 万元 月收入为 6 0 万元 合计 日收入2 万元月收入6 0 万元 5 3 小型充电站的费用支出 元 月 工资 每站定员1 4 人 含夜班 平均工资及福利2 5 0 0 元 每月 3 5 万元 电费 按照工业用电标准 分时计费 每日 o 5 元 1 0 0 0 0 度o 5 万元 月电费支出为 1 5 万元 财务费用 电池占用的贷款利息与电池企业各摊一半 1 5 万元 两组电池的总价格 0 0 0 6 月息 0 5 1 0 0 5 4 月贷款利息为4 5 万元 电池折旧 c a 池按3 0 万公里折完 残值按3 0 计算 日电池折旧为 0 7 万元 月电池折旧为 2 1 万元 设备折旧 每月 1 5 万元 低值易耗品及设备修理 每月o 5 万元 办公 管理费用及杂费 每月1 5 万元 其它费用 每月o 5 万元 税金 每月1 5 万元 合计 4 9 5 万元 其中电池残值的增值收入 在使用期限超过3 0 万公里的电池中 还有相当部分可以继续使用 同时 到期淘汰的电池仍然具有8 0 的残余蓄电能力 可将这些电池二次利用 组装成电动自行车的电池块 用在 大型电动汽车上 通信机站等 至少可以按照铅酸电池的价格卖掉 这部分收入 使电池的残值率达到4 0 减去经营费用后 能实现的增值收入至少相当于电池原值的3 0 5 4 净利润 月充电收入6 0 万元一月支出和税金4 9 5 万元 月净利润为1 0 5 万元 年净利润为1 2 6 万元 每个充电站1 4 0 万元的投资只需要1 4 个月就可收回 6 财务分析的最终结论 6 1 换电式技术将重新组合生产要素 此商业模式可实现电池企业和汽车企业利益的最大化 因为它为电动汽车和动力电池的大批量生产 销售找到了突破口 使电池企业和汽车企业有机会在大批生产中显著提高质量 降低成本 从而实现利润 的倍增 特别是在此商业模式运转成功的情况下 有可能带来目标城市上万辆出租车的定单 就会给汽车 企业带来8 亿元左右 给电池企业带来1 5