2022年中国换电产业链全景图鉴:配套逐步完善,多领域应用逐步广泛「图」-不锈钢3D打印工厂

2022年中国换电产业链全景图鉴:配套逐步完善,多领域应用逐步广泛「图」-不锈钢3D打印工厂插图

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一、换电产业链及发展背景

1、产业地位

新能源汽车产业发展一直受限于电池续航和电能补充问题困扰,随着动力电池及充换电等相关技术持续发展,电池容量和补能方式持续加速,为新能源汽车快速打下基础设施扩张基础。当前国内新能源汽车补能方式按照补充方式可分为充电模式和换电模式,其中充电模式相对较为成熟,充电桩和充电站并行发展状态下,基本可满足大多数普通应用情况,换电模式按方式可分为固定换电(换电站)和移动换电(换电服务车),换电站为当前主要换电方式,按照换电方式主要可分为底盘换电、侧方换电、分箱换电,其中底盘换电为市场主流换电模式。

就当前移动充电和换电情况而言,当前移动充电车主要用于道路应急救援,整体规模较小,换电服务车受限技术和成本因素,整体尚未产业化,未来随着换电需求持续增长,换电服务车存在商业可能性。

新能源汽车补能方式分类

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资料来源:公开资料整理

换电模式具备降低购车成本、提高补能效率两大优势。相比充电模式,换电时间能够压缩至5分钟以内,极大程度提高效率;车电分离后新能源汽车可除去电池费用由高价转为平价降低成本;此外换电过程中还能更好利用峰谷电价差降低电费;换电站对电池进行集中监测能够延长电池寿命。换电模式痛点在于重资产、电池标准化程度低、车企配合难度大。以往换电的痛点主要包括换电站建设前期投入高,融资需求较大,同时换电电池的标准化程度低,难以开放使用形成规模效应,导致技术的应用推广存在难度,需要车企和电池企业之间加强配合。

换电模式和充电模式对比

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2、发展背景

换电逐渐纳入补贴考虑。2022年1月,十部委发布《关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》,拟围绕矿场、港口、城市转运等场景,因地制宜布局换电站,加快车电分离模式探索和推广,随着行业规范不断完善和利好政策不断推进,新能源汽车换电模式飞速发展。

《江苏省纯电动重型卡车换电电池包系统技术规范》成为全国第一个纯电重卡换电电池包标准。纯电乘用车换电标准起草组会议在厦门召开,加快推进《纯电动乘用车车载换电系统互换性》及《纯电动乘用车换电通用平台》系列标准的制定工作。

纯电商用车换电标准起草组会议在厦门召开,加快推进《电动商用车换电安全要求》的立项工作,加快推进《纯电动商用车车载换电系统互换性》系列标准的研究制定工作。

换电模式相关政策梳理

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回顾换电政策发展,2011年国家电网工作会议上就曾确定“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送”的新能源汽车基本运营模式,而2013-2014年由于新能源汽车数量不足、换电生态尚未建立等原因被搁置。2019年6月,国家发改委、生态环境部和商务部重新提及推广新能源汽车电池租赁等车电分离消费方式,鼓励企业研制充换电结合的新能源汽车产品。2020年4月,《关于调整完善新能源汽车补贴政策的通知》明确支持“车电分离”等新型商业模式发展。2021年4月,首个国家标准《电动车换电安全要求》发布,2021年11月起实施。2021年下半年,工信部与能源局开展新能源汽车换电模式应用试点工作,2022年来看,3、4月份国内政策持续推动,地区电池标准已出现。

中国换电行业相关政策发展历程

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3、产业链示意图

换电行业产业链上游由电池供应商、换电站基础组件供应商、配套充电系统等供应商组成,分别负责提供对应应用范围的动力电池和换电站设备、软件系统等;中游主要为整车制造商、运营商和电池银行,下游主要由换电服务用户和动力电池回收方组成,目前商用车、出租车等B端用户对换电模式需求较为强烈。换电技术不断迭代。换电时间最快已缩短至90秒;换电站自动化程度提高,已实现无人值守;换电过程未来趋于标准化,实现换电站对多种车型进行换电。

换电产业链示意图

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资料来源:华经产业研究院整理

换电模式主要指通过集中型充电站对大量电池进行集中存储、集中充电、统一配送,再于电池配送站内对电动车提供电池更换服务,当前换电站是换电模式的主要应用方式,主要组成主要包括充电系统和换电系统和动力电池(备用电池),换电站具备时间较短,可回收梯次利用等优势。

换电站示意图

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资料来源:华经产业研究院整理

4、商业模式

目前换电站有两种收费模式,面向C端车主的换电站大都采用包月套餐的模式,将电池租赁费及有限次数的换电费用包含在套餐价格中。由于换电套餐一般在购车阶段签订,换电站的盈利能力主要受换电车型销量的影响。B端换电站根据与所在城市运营车辆公司签订协议的不同,分为包月套餐收费和按换电度数(行驶里程)收费两种方式,运营车辆普遍有较高换电需求,同城市换电车辆基数基本决定该城市B端换电站的盈利能力,目前换电使用率高城市中部分换电站已达盈利。

换电站收入模式分类情况

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换电模式受限成本和盈利能力发展较慢,需求推动下行业积极探索车电分离、换电站建设、电池银行等产业创新模式。“车电分离”是实现锂离子动力电池梯次利用的商业运营模式基础,有利于大幅提升电池利用率以及降低用户购车成本,其中电池银行是关键组成部分,作为电池的所有者及管理者,业务为电池租赁和电池管理,收入包括电池资产租赁获得固定收益、电池运营管理获得运营收益、梯次利用及电池回收获得电池剩余价值等。

车电分离模式示意图

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二、换电站产业链上游端

1、整体概述及成本

换电产业链上游主要包括按照硬件可分为换电系统、充电系统、动力电池等主要设备及软件厂商。换电设备方面,相关软硬件技术已经成熟,整体技术水平无明显阻碍,部分自动化设备供应商已完成早期技术积累和少量产品交付。动力电池方面,换电站需要储备大量备用电池,产品市占率高且通用性好的头部龙头企业具备先发和规模优势。

小型自动充换电站软硬件系统结构图

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资料来源:公开资料整理

设备供应商以提供整套换电站产品为主,零部件自供率50%以上,核心设备包括自动化和充电设备等。其中自动化设备价值量占比50%,包括RGV加解锁平台、电池周转仓和液压举升机等;充电设备价值量占比20%,主要包括充电柜和充电模块,以外部采购为主;集装箱由于技术含量不高通常采用外部采购;其他系统主要包括站控、温控系统、消防和监控系统等。

中国换电站成本结构占比情况

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2、换电设备

为适配各型号换电车型(不同电池厂商的动力电池能量密度、结构、尺寸大小不同,尤其是乘用车领域),连接技术是关键。行业当前主要聚焦换电安全性和换电速度等指标,具体主要包括换电机构的可靠性和耐久性、连接器的机械寿命与可靠性以及车辆到位检测后的电池更换时长等,相关核心技术包括机械连接技术、电连接技术、液冷连接技术和监控技术等。

换电设备核心软硬件主要技术及基本性能

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细分换电路线及方式来看,可按电池包形态划分和按换电方向划分。按电池包形态划分,主要分为电池包整包换电和电池包分箱换电两种,其中乘用车主要采用电池包整体式换电和电池包分箱式换电,商用车主要采用电池包分箱式换电。按换电方向划分,可分为底部换电、顶部换电和侧方换电三种技术。多技术路线相互交叉融合之后当前底部换电成为主流换电技术。

换电技术路线分类状况

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资料来源:公开资料整理

全球换电产业发展较早,随着全球新能源汽车产业快速扩张,专利储备作为产业技术发展和成本降低并商业化扩张的关键需求整体表现为持续增长趋势,数据显示,2003年以来,全球换电产业相关专利数量持续提升,其中当年公开量从1315个增长至2021年的17865个,2022年来看,整体专利数量仍将保持持续增长态势,为换电产业扩张奠定技术基础。

2003-2022年全球换电相关专利数量公开量变动

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注:截止2022年11月22日

资料来源:佰腾网,华经产业研究院整理

就国内换电专利现状而言,我国是全球换电相关专利最多的国家,占比超9成,就整体数量变动情况而言,数据显示,目前我国大陆地区专利数量超17万个,其中实用型新型专利数量最多,约为8.5万个,占比近一半;发明授权和公开专利分别为3.4万个和5.1万个,分别占比19.7%和29.9%;外观专利1400多个,占比1.5%左右。

2022年中国大陆换电相关专利数量占比情况

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注:截止2022年11月22日

资料来源:佰腾网,华经产业研究院整理

3、主要企业

目前换电产业链上游企业主要有设备制造商和动力电池企业,其中换电设备企业有山东威达、科大智能、瀚川智能等。

换电产业链上游设备主要相关企业一览

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资料来源:公开资料整理

就我国当前换电产业链上游整体现状而言,作为全球新能源汽车发展最快的国家,我国拥有全球最多的换电产业相关技术储备和经验,近两年国内政策逐步将换电纳入补贴并持续完善换电产业相关技术标准(目前已有行业首个换电领域基础通用的国家标准《电动汽车换电安全要求》和首个地区重卡电池标准《江苏省纯电动重型卡车换电电池包系统技术规范》),为我国换电产业发展奠定坚实基础,未来随着国家级电池标准逐步出现并完善,上游技术设备将保持良性高速发展,带动换电产业快速扩张。

当前国内换电站整体规模和数据较小,上游设备需求仍存在较大扩张空间,产业仍处于成长期,整体增速较快,数据显示,2021年,中国换电设备市场规模达45亿元,同比增长2020年增长近1.5倍,其中乘用车换电站设备市场规模约19亿元,同比增长1.71倍,商用车换电站设备市场规模约26亿元,同比增长1.36倍。

2020-2021年中国换电站设备市场规模变动

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资料来源:公开资料整理

三、换电站产业中游端

1、市场规模

就我国换电站整体规模现状而言,随着国内新能源汽车爆发,整体换电站规模持续扩张,目前运营市场规模占比较高。

2021年,中国用电市场规模达16亿元,同比增长1.67倍,其中乘用车换电站用电市场规模约6.3亿元,同比增长1.63倍,商用车换电站用电市场约9.5亿元,同比增长1.38倍。中国运营市场规模达45.7亿元,同比增长近1.2倍,其中乘用车换电站运营市场规模约22.3亿元,同比增长1.8倍,商用车换电站运营市场规模约23.3亿元,同比增长75%。

2020-2021年中国换电站细分市场规模变动

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资料来源:公开资料整理

2021年中国换电站市场规模细分车型结构占比

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资料来源:公开资料整理

2、换电站保有量

龙头企业纷纷入局,三足鼎立局面形成。在利好政策的推动下,换电赛道得到各方支持,大量资本涌入,各大车厂先后进入换电领域,逐步形成以整车企业、电池厂商以及第三方服务商三足鼎立的市场格局。整车企业代表如蔚来、吉利、北汽,电池厂商代表如宁德时代,第三方服务商代表如协鑫能科、奥动新能源。根据中国充电联盟数据,截至2022年10月,全国换电站保有量为1827座。

2019-2022年10月中国乘用车换电站保有量走势图

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资料来源:EVCIPA,华经产业研究院整理

细分主要省市来看,北京、广东和上海等相对经济发达的省份整体保有量数量较高,具体来看,截止2022年10月,换电站保有量超100的仅北京、广东、浙江、江苏和上海五个省份。

2022年10月中国换电站保有量主要省市分布情况

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资料来源:EVCIPA,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2023-2028年中国换电站行业市场全景评估及投资战略规划研究报告》;

3、地区分布

细分地区来看,华东地区整体保有量最高的同时近年来整体增长量最高,数据显示,我国华东地区换电站数量从2019年8月的48座增长至2022年8月的620座。

华北地区保有量位列第二,数据显示,我国华东地区换电站数量从2019年8月的114座增长至2022年8月的375座。

华南地区保有量位列第三,数据显示,我国华南地区换电站数量从2019年8月的53座增长至2022年8月的272座。

另外,截止2022年8月西南、华中、东北和西北地区换电站保有量分别为174座、138座、66座和40座。

2019年8月-2022年8月中国换电站地区分布走势图

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资料来源:EVCIPA,华经产业研究院整理

4、收费情况

换电站售电服务费用的收费方式可分为单次收费以及套餐收费。就单次收费而言,面向C 端用户主要按换电度数进行收费,面向 B 端用户主要按行驶里程进行收费。就套餐收费而言,用户按月或按年缴纳费用,并在此期间享有一定的换电次数或换电总度数或行驶里程,在套餐服务限额内的换电不单独收费,超过限额后进行单次计价。目前,面向C 端用户,蔚来的套餐收费为 0.9-0.98 元/kWh,奥动新能源的套餐收费为 0.35-0.45 元/公里;面向 B 端用户,协鑫能科的换电服务及电池租用服务费共计 0.35 元/公里。

部分换电站售电服务费收费情况

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资料来源:公开资料整理

在车电分离模式下,客户购买整车后,以租赁方式获得电池使用权,因此需要支付电池租用服务费。电池租用服务收入包括电池包租用以及电池保障收入,其中电池包租用收入约 10-17 元/kWh。根据蔚来的电池租用服务条款,未购买换电服务无忧套餐,采用单次换电模式的用户,还需额外支付 80 元/月电池保障费用。

部分公司车电分离模式下电池租用服务费

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资料来源:公开资料整理

5、主要企业

细分企业我国换电站保有量情况来看,据EVCIPA不完全统计,截至2022年10月,蔚来/奥动/伯坦科技换电站数量为1023/516/108个。随着政策鼓励、标准加速落地,换电模式加速推广,诸多企业开始布局换电站,布局换电站企业类型包括专业运营商、能源企业、主机厂和电池厂四种,其中主机厂的换电站布局建设多与专业换电运营商和能源企业进行战略合作。根据各企业建设规划,预计2025年换电站保有量将超过3万个。随着换电基础设施的不断完善,新能源换电车辆预计也将快速放量。

2019年8月-2022年10月中国换电站主要企业保有量走势

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资料来源:EVCIPA,华经产业研究院整理

截至2022年10月中国换电站保有量主要企业占比

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资料来源:资料来源:EVCIPA,华经产业研究院整理

四、下游端

1、换电重卡

新能源重卡整体来看,虽然我国新能源重卡相较乘用车发展较晚,但整体速度较快,渗透率提升较快,细分车型来看,牵引车(含半挂)和自卸车(含自卸垃圾车)占比较高。月度销量来看,2021销量持续走高,一度在年底12月超3000辆,2022年整体波动较大,月度稳定在1500-2000辆左右。整体销量来看,2021年整年销量为10513辆,占比重卡约0.75%。2022年1-10月销量为13354辆,占比重卡约2.33%。

2021-2022年10月中国新能源重卡销量走势

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资料来源:电车资源,华经产业研究院整理

新能源重卡按照动力组成可分为纯电、换电、氢能源、混动等,随着换电认可度和短途需求带动,占比持续提升。车型来看,2022年1-10月中国新能源牵引车(含半挂)、自卸车(含垃圾车)、搅拌车和载货车销量分别为9720辆、4010辆、1328辆和390辆。

2022年1-10月新能源重卡销量车型结构占比

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资料来源:电车资源,华经产业研究院整理

换电重卡作为新能源重卡的主要组成部分,随着整体需求扩张,占比新能源重卡持续走高,细分换电重卡类型来看其中牵引车占比最高,是主要增长动力。比充电式纯电动重卡,换电模式更有优势。一方面,换电重卡消除里程焦虑,实现“无限续航”;另一方面,换电模式可大幅减少充电时间,提高运输效率。换电重卡在专线运输、港口内倒、支线短倒等短途运输场景下,拥有较大推广价值。

我国换电重卡销量持续增长,2021年整年销量为3228辆,占比国内整体新能源重卡30.7%,占比整体重卡渗透率约0.23%。2022年1-10月中国换电重卡销量为8123辆,占比国内整体新能源重卡47.1%,占比整体重卡渗透率约1.42%。

2021-2022年10月中国新能源换电重卡销量变动

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资料来源:电车资源,华经产业研究院整理

换电牵引车在港口、钢厂、电厂等短运输场景中,弥补了续航里程不足和补电效率低的劣势,干线运输同等里程下,相比柴油牵引车、氢燃料牵引车,换电牵引车年均能源费用能节省5.2万元。作为换电重卡市场的主要推动力销量持续增长。

2022年1-10月中国换电牵引车(含半挂)、自卸车(含垃圾车)和混凝土搅拌运输车销量分别为5824辆、2046辆、253辆。

2022年1-10月中国新能源换电重卡销量结构

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资料来源:电车资源,华经产业研究院整理

2、乘用车

乘用车换电模式极速补能和运营成本低的优势极为切合运营车辆需求,换电模式在B端运营车辆中推广迅速,2021年推出换电主要车型多用于出租车。C端来看,主要以中高端车型为主。我国纯电动一直是我国新能源汽车的主要组成,2016年以来整体产销量持续增长,一直占比整体新能源汽车产销在80%左右,数据显示,2022年1-9月我国纯电动汽车销量达411.9万辆,占比整体新能源汽车销量78.01%。

国内当前乘用车主要以B端出租车和网约车为主,整体保有量超20万辆,C端乘用车极少数,以蔚来换电车型为主。销量来看,2021年国内换电乘用车销量约15万辆,同比2020年增长超170%。

2016-2022年9月纯电动汽车产销量变动

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资料来源:中汽协,华经产业研究院整理

2016-2022年9月中国纯电动占比整体新能源汽车走势

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资料来源:中汽协,华经产业研究院整理

3、网约车

国内网约车快速发展,驾驶人员、驾驶员证和运输证持续上升。月订单量受整体疫情影响较大,随着2022年各地疫情反复波动影响,相较2021年下降明显,基本稳定在4-7亿单。当前国内各地换电网约车补贴政策推进,将带动换电网约车数量持续增长。

如武汉对巡游出租车、网约车等应用领域示范应用项目超过100辆的部分按照2万元/辆给予奖励;海南支持换电企业推广网约车、出租车等。

2021-2022年10月中国网约车驾驶员证和运输证数量

2022年中国换电产业链全景图鉴:配套逐步完善,多领域应用逐步广泛「图」

资料来源:全国网约车监管信息交互平台,华经产业研究院整理

2021-2022年10月中国网约车完成订单量走势图

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资料来源:全国网约车监管信息交互平台,华经产业研究院整理

4、公交车和出租车

目前国内换电乘用车受整体需求和成本影响,应用仍主要以出租车、网约车等高频使用公共服务用途为主,除开蔚来等少数品牌中高端私人车型外,基本由出租车组成。截止2021年底国内在运营换电出租近6万辆。2021年国内整体巡游出租为139.13万辆。

公共出行需求推动下,我国公共汽电车数量持续增长,数量从2016年的60.86万辆增长至2021年的70.94万辆。其中纯电动车占比最高,2021年占59.1%。各地政策推动下我国公交车电动化趋势持续加速,换电需求持续增长。

2016-2021年中国公共汽电车和巡游出租汽车数量

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资料来源:交通运输部,华经产业研究院整理

2021年中国公共汽电车细分类型结构占比

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资料来源:交通运输部,华经产业研究院整理

华经产业研究院对中国换电行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2023-2028年中国换电站行业市场全景评估及投资战略规划研究报告》。

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