Tech Talk | 传统能源巨头为何开始建设换电站？

上月底，蔚来与壳牌集团签署战略合作协议，在全球范围内开展电动汽车能源领域的合作，包括在中国及欧洲进行换电站的建设、运营试点工作。此前，中石化、中石油已在全国开始布局电动车补能设施建设，与蔚来共建的首批充换电站已投入使用。

传统能源巨头入场的的动机是什么？换电模式为何写入中国政府工作报告？

本期Tech Talk中，我们邀请到bilibili知名科技Up主——极客队长GeekLead，从他的视角和大家分享“加油站建换电站”背后的一盘大棋。

传统能源巨头入场只是为了经济效益吗？

2021年4月15日，蔚来全球首座第二代换电站在北京中石化朝英站交付使用，同时，中石化宣布，将在2025年建设5000座充换电站。主营原油加工与销售的中石化利用自身积累几十年的网点资源布局电动车行业，看似是颠覆自己的“壮士断腕”，实则是央企在国家战略驱动下的提前布局。

众所周知，为推动世界可持续发展，在2020年9月的第七十五届联合国大会上，中国承诺力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。所谓碳达峰是指到某一时期，该组织产生的二氧化碳的排放量不再增长，并在此后逐渐下降；而碳中和是指到某一时期，该组织通过各类节能减排形式（如能源结构优化、植树造林等），实现自身产生的二氧化碳“收支相抵”。蔚来在社区中发起的蓝点计划，正是激励用户力所能及的参与碳减排行动。

从碳达峰到碳中和，欧美发达国家大多用了50-70年，而中国想要在30年完成，就必须持续在更多领域进行产业结构升级。在新能源出行领域，2020年3月，换电站作为新基建的重要组成部分，首次被写入政府工作报告。2021年10月，工信部印发《关于启动新能源汽车换电模式应用试点工作的通知》，在11个城市启动新能源汽车换电模式试点。

在这样的背景下，以中石化为代表的“国家队”入场就不只是为了赚钱。一方面，做综合能源服务转型，顺应时代趋势，为更多新能源车辆提供能源服务；另一方面，国企带头在出行领域持续“尝新”，也彰显着中国碳减排的决心。

“中国方案”为何青睐换电模式？

不可否认，即使当下电动车的续航里程已经接近燃油车水平，“里程焦虑”仍然是电动车用户的主要痛点。究其原因，电动车充电便捷性、充电用时与加油存在较大差距。而相比之下，换电更具优势。

首先是速度快。当前电动车用快充桩加电至80%用时需要近一个小时。而换电用时大约在5到8分钟，和加油时间接近，不用长时间等待。

其次是效率高。一座换电站占地仅4个车位面积，每日可最高可提供超300次换电服务，相比在停车位安装充电桩的土地利用率更高。且换电模式可利用城市波峰和波谷供电实施分阶段充电，配电优势明显，能提高能源的利用效率。

最后是门槛低。以蔚来的BaaS模式为例，通过车电分离模式，电池由资产公司所有与管理并租给消费者，购买者只需支付不含电池的车辆购买费及电池租金，购置门槛降低数万元，而且不必承担电池贬值的损失。

长远看，换电模式还能让车主以更低成本升级电池，持续享受电池发展的技术红利。

2007年，以色列人沙伊·阿加西（Shai Agassi）创办了全球首个提供换电服务的电动车公司——Better Place，但在2013年终因缺乏大的消费市场实现规模化运营而宣告破产。

2013年特斯拉也曾在发布会上展示换电技术，此后不了了之。除了追求更低的单站/桩基建成本外，美国大部地广人稀的人口分布也让换电站使用、维护的经济性大大降低。最终特斯拉选择了超充模式。

在中国，更低的基建成本、更稠密的人口分布、公共出行领域的前期试点再搭配国家持续加码的政策引导，让换电模式的大规模商业化成为可能，并将运营成本控制在合理范围内。

其实早在2009年，国家电网就提出“换电为主、插电为辅、集中充电、统一配送”的商业模式。而利用加油站布局新能源出行，更要考虑到如何更高效的盘活网点的地利优势，类似加油站“加满就走”的换电模式显然更具优势。

中石油与中石化的入场，让大规模的换电基建拉开序幕。而伴随着换电站渗透率的提升，消费者的购买换电车型意愿也将水涨船高，进而推动换电站加速布局，形成供给侧与需求侧的良性循环。

“换电模式”需要哪些硬核科技？

这样的“中国方案”需要哪些核心技术支持？我认为，一是大能量密度电池，二是换电站技术。

换电池方案的一个重要好处就是可以让电池“常换常新”，但这对电池的体积有了明确的要求——在每一代电池容量增加的时候，体积不能变。这就需要电池持续增加能量密度。其中一个重要的创新角度，就是电池结构。

目前传统电池结构是要把一组电芯包起来，形成一个“模组”，再由“模组”组成整个电池包。但模组其实会消耗很多空间。宁德时代与蔚来联合开发的电池包采用CTP技术，能够节省更多空间。以100kWh电池包为例，它能在不改变电池包外壳尺寸和几乎不增重的前提下，相比70kWh电池包，能量密度提升37%。

再来看换电技术，以蔚来今年发布的第二代换电站为例，是全球首个量产实现车辆自动泊入的换电站，已经可以实现泊入、换电、检测的全自动操作。239个传感器，4大云端系统协同作业，能利用包括识别在内的各项人工智能技术和高效的机械设计，实现自动、快速换电。

通过AI识别车身，一秒定位，4秒就可以校准位置。之后，10个拥有专利技术的螺栓可以同时被拧紧或者松卸，15秒就可以完全把电池脱下。

为了保证冬天和夏天都能让电池在最高效下运行，换电站需要实现22摄氏度的恒温，搭配的液冷恒温系统，确保仓内电池一直处于最佳工作温度。而通过3D视觉识别技术，二代站能够自动识别误入工作区的生命体，确保换电过程安全。

电池的容量极限与超高速充电如何突破，可能还需要更长时间破解。但对于中国承诺的碳中和日期日益临近，我们需要改变思路，抓住时间窗口。

凭借中国的制造业优势，打造成体系的电动车换电网络，应该不是难事；有了便捷的续航支持，车主满意，电动车快速发展，才能推动能源产业升级，带动汽车供应链各个产业繁荣。