中金|换电设备：提升补能效率，优化资源配置

换电设施是对充电设施的良好补充。截至3Q21期末，我国新能源汽车保有量约678万辆，充电桩数量约222.3万个，车桩比约1:3，处于全球领先水平。但考虑单次充电时长及土地、电力等资源限制，随着新能源汽车保有量上升，我们认为换电有望成为充电以外的重要补能方式。截至2021年10月，我国换电站建设数量为1,086座，仍处于初期阶段。

换电模式具备更高补能效率并有助于资源分配，但短期受限于成本和标准问题。对消费者而言，换电能明显加快补能效率，并能够降低购车成本、享受电池升级等；对社会而言，换电模式有助于降低配电容量、协助电网调峰、加强土地集约利用和加强电池统一管理。然而，换电站初始建设成本较高，且当前电池等标准不一对换电站运营效率提出了较大考验。

早期换电实践表明放量车型等为换电站建设前提，现阶段我国实践者主要针对高端车型和营运车型。早期Better Place因缺乏放量车型而难以为继，特斯拉受制于法律不支持车电分离而商业模式受限。当前我国政策端对换电模式表达支持，例如补贴前售价30万元以上的新能源乘用车，仅换电车型可继续获得补贴。截至2021年10月，蔚来、奥动新能源分别建设有换电站609/370座，且产品已实现升级换代。蔚来规划2025年全球建设4,000座换电站，国内3,000座。奥动规划2025年建设万座换电站。

换电站盈利高度依赖于利用率，预计2025年稳态需求量2.2-2.6万座。结合换电站成本项，我们保守估计，日服务次数100次约为盈亏平衡点，超过160次则能够获得较好利润。结合对换电车型保有量和换电频率的估计，同时考虑换电站超前布局的特征，我们预计2025年我国换电站数量将达到2.2-2.6万座，对应市场规模约330-520亿元。

风险

换电站投资建设不及预期；新能源汽车销量不及预期；政策法规变化。

2H20以来新能源汽车销量呈现快速增长态势。根据中汽协统计，1H20我国新能源汽车销量同比下降约41%，而2020年7月起恢复正增长且增速呈现扩大趋势，2H20销量同比增长65%，2020全年销量同比增长约10%。2021年我国新能源汽车销量保持快速增长态势，2021年1-10月累计销量达到254.2万辆，同比增长1.8倍。

伴随新能源汽车销量增长，充电设备保有量同步跟进。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟（EVCIPA）统计，截至2021年10月，我国公共充电桩和私人充电桩保有量分别为106.2/119.1万个，同比增加59%/43%，合计222.3万个，同比增加50%。

图表1：我国新能源汽车销量

资料来源：中汽协，中金公司研究部

图表2：我国公共+私人充电桩保有量

资料来源：EVCIPA，中金公司研究部

从车桩比来看，2015年以来我国车桩比持续改善，在全球范围内保有量水平已不低。根据公安部统计，2015年底我国新能源汽车保有量为58.3万辆，彼时充电桩保有量仅6.6万个，车桩比约1：8.9。截至3Q21，我国新能源汽车保有量约678万辆，车桩比已提升至约1：3.0。

从公共桩角度来看，扣除私人充电桩数量所对应的新能源汽车保有量，分摊到单个公共充电桩的新能源汽车数量由2015年的10.0降至3Q21的5.4。从国际对比来看，根据BloombergNEF和欧盟替代燃料研究所（EAFO）统计，从公共桩所对应的车桩比来看，2020年美国为1：19.5，欧洲新能源汽车保有量前三大国家（德国、挪威、英国）分别约1：13/ 1：24:/1：13，车桩比水平均明显低于我国。

考虑汽车销量、充电时长等因素，我国充电基础设施建设仍有较大提升和改善空间。尽管我国车桩比（公共桩）已达到全球领先水平，但我国充电基础设施远未饱和。一方面，我国新能源汽车销量仍处于快速增长态势，中金汽车组预计2025/2030/2050年我国汽车销量有望达2,241/2,419/2,621万辆，新能源汽车渗透率分别有望达到30%/61%/90%，对应新能源汽车销量约672/1,476/2,359万辆，进而带动新能源汽车保有量和充电需求持续较快上升；另一方面，较长的单次充电时长（不考虑排队时间，慢充5-8小时，快充0.5-2小时，而加油或换电过程仅几分钟）使得充电桩的短时内服务能力有限，难以应对充电需求的“潮汐现象”（如节假日需求倍增导致排队时间较长）。

此外，相较于国外，我国的人口密度较高，特别是大城市的中心城区土地等资源相对紧张，使得私人桩建设潜力受到土地、配电容量等因素的制约。

图表3：截至3Q21我国车桩比约1：3

资料来源：公安部，EVCIPA，中金公司研究部。注：公共桩车桩比=（新能源汽车保有量-私人充电桩保有量）/公共充电桩保有量。

图表4：2020年中美欧各国车桩比

资料来源：BloombergNEF，EAFO，中金公司研究部。注：仅考虑公共充电桩，不包括私人充电桩。

从提升补能效率来看，除了布局更多充电桩、提升充电桩充电速度外，换电有望成为新能源汽车的重要补能方式之一。顾名思义，换电即直接更换上充满电的电池，而无需等待充电过程。不考虑排队时长，换电过程本身仅需三分钟，相较于充电具有较明显的时间优势。

蔚来加快换电站布局，贡献行业主要增量。根据EVCIPA统计，截至2021年10月，纳入统计的三家换电运营商的换电站总量为1,086座，同比、较年初增加558/524座，从汽车保有量来看，单座换电站的平均服务车辆超过6,200辆，当前换电站建设仍处于早期阶段。

从地区分布来看，北京（237）、广东（151）、浙江（103）、江苏（78）、上海（75）数量较多，合计占59%。从运营商主体来看，目前换电站运营数量达到一定体量的企业较少，主要为蔚来汽车、奥动新能源、杭州伯坦，2021年10月换电站数量分别为609/370/107座，较年初分别增加427/84/13座，增量主要来自蔚来。特别的，2021年6月以来，蔚来单月新增换电站数量从上半年的个位数快速增加至80-90台。

图表5：我国换电站数量

资料来源：EVCIPA，中金公司研究部。注：不含重卡换电。

图表6：换电站数量占比

资料来源：EVCIPA，中金公司研究部

现阶段充电和换电作为可行的补能方案，均尚未形成稳定可靠、可盈利的商业模式，二者处于各自发展和探索阶段。从发展现状来看，换电模式的成熟度低于充电模式。

从优劣势对比来看，换电模式的主要受益为消费者，提高了消费者的使用体验舒适度和降低初始购置成本，并且对于社会电力、电池、土地等资源分配和管理具有一定调节作用。从这个维度来看，在充电桩尤其是私人充电桩需求难以实现的情形下，换电站作为一项补充性补能方式，有其存在的价值和基础。此外，考虑社会外部性，换电模式具备成为国家鼓励和支持方向的良好条件。

同时，换电模式也具有相对明显的弱势或瓶颈，目前较为突出的两项分别为高投入成本和现阶段电池等各项标准的不统一。

图表7：换电模式的优势和劣势

资料来源：中金公司研究部

换电模式兴起的源头即是解决或缓解充电速度慢的痛点，消费者是换电模式的直接受益者。具体来看：

►缩短补能耗时：换电所需时长仅3-5分钟，明显优于充电特别是慢充模式，而快充模式会导致电池内部结构偏离常态进而影响电池循环使用寿命，因此当充电需求不紧急时，为了保护电池，车主一般会选择慢充模式。从北京市2020年充电设施运营情况来看，除了在停留时间较长、充电需求不紧急的居住生活类和公共服务类场所外，其他场所中快充的功率利用率[1]高于慢充。从不同功率的充电设施来看，在15kW以上的充电设施中，功率越高，消费者使用偏好越强。当换电站分布密度足够大时，换电作为短时停车补能的重要补充方式，有助于缓解消费者的“里程焦虑”，提升电车在长途行驶场景中的可靠性。

►降低购车价格：换电模式实现了“车电分离”（消费者可购买不含电池的车体，通过租赁或其他方式获得电池）。例如2020年蔚来发布了BaaS（Battery as a service）商业服务，消费者可以以电池租赁的方式购买蔚来全系车型（支付电池月租费980元），而购车价格一次性降低7万元，降低了消费者初始购车压力。此外，BaaS服务为“可充可换可升级”，换电模式下，消费者可免费享受后续的电池容量和性能升级，而无需额外购买新款电池。

►其他：除上述两项迫切而直接的益处外，对于消费者而言，由于省去了电池价值的评判问题，因此二手车保值率会相对上升；在专业化的电池统一管理模式下，电池的安全性、使用寿命会相对提升；对于部分因电力负荷不足或停车位不足而无法满足私人桩安装需求的小区而言，换电有望成为一项较为有效的补充。

图表8：北京市主要场所快慢充使用偏好对比（2020）

资料来源：北京市城市管理..，中金公司研究部。注：纵轴代表功率利用率高低。

图表9：北京市充电设施功率使用偏好（2020）

资料来源：北京市城市管理..，中金公司研究部

图表10：蔚来汽车换电模式车辆购置价格更低

资料来源：蔚来汽车，中金公司研究部。注：首付按制造商建议零售价的15%，月供按2.99%费率，36个月计算。

对于社会资源配置角度而言，相较于充电模式，换电模式在配电容量、电网调峰、土地资源、电池管理等方面起到更好的调节作用：

►降低配电容量：随着新能源汽车保有量增加，部分地区特别是老旧小区出现了充电桩安装难等问题。我国各地住宅小区对居民区的供电配置容量基本按照建筑面积大小划定，如山东省为80㎡及以下每户4kW，81-120㎡每户6kW，120-150㎡每户8kW，150㎡以上每户12kW。一般的家用慢充充电桩功率为7kW（快充充电桩功率在30/60/120kW甚至更高），相当于一户住宅的配电容量。而老旧小区早期设计配电容量时未考虑对新能源车充电桩的大量预留，因此当小区内已有充电桩数量达到一定程度时，会出现配电容量不足的现象，进而限制新桩建设。解决这一问题，需要在早期设计阶段预留更多容量，或对小区进行电力增容改造，但会延伸出费用支出和支出义务归属等问题。由此，随着新能源汽车保有量和密度上升，私人桩建设瓶颈或逐渐显现，特别是一些大城市已经出现了类似矛盾，而此类场景需依托于公共桩建设或换电站建设来满足相应需求。例如从2020年北京市关于私人充电设施的舆情反馈来看[2]，在1,647条舆情中，民众反映的主要是建设类问题（占85%），建设类问题中86%为自用桩安装难问题，约1,200条。

►协助电网调峰：一般而言，晚间是新能源汽车充电高峰期。以北京市为例，上午4时起全市新能源汽车充电量开始逐渐上升，下午16时前后为一天中充电高峰期，前置于用车高峰期，同时也避开晚间高峰期电价。而北京市夏季下午16时-17时实施尖峰电价（我国实施分时电价制度，分为低谷、平段、高峰、尖峰四类，电价依次升高），电度电价明显高于平段和低谷。在换电模式下，换电站可充分利用夜间0时-7时的低谷电价对电池进行充电，一定程度上达到削峰填谷的作用，同时可利用低电价降低补能成本。

►土地集约利用：换电站如同加油站，除排队时间外，车辆开入后基本不会额外花费时间停留。而充电站需要为每个桩位预留较大的土地面积，且车辆对车位的占用时长难以控制，例如2020年北京市关于公共类充电设施的舆情反映中，增设充电桩为第一大问题，其次即为油车或电车占位问题，占舆情总量的21%。以奥动新能源4.0换电站为例，单站占地面积约150㎡，最多可服务3,000辆车，折合每辆车占地面积0.05-0.5㎡。而当使用充电桩，每辆车占用的土地面积为12㎡，明显高于换电模式。由此，换电站对于城市特别是大城市的土地集约利用具有明显帮助。

►电池统一管理：换电模式下，电池由专业车企或第三方运营商进行统一管理和监测，能够提升对电池安全性的管理和控制，同时便于电池的梯级利用和回收，例如在新能源汽车领域循环使用寿命或电池衰减达到一定程度时，电池可在储能领域继续使用。由此，对于电池资源的整合、调配和管理，换电模式有助于实现资源优化配置，对社会存在正外部性。

图表11：公共类充电设施舆情信息分类

资料来源：北京市城市管理..，中金公司研究部。注：为2020年北京市数据，共2,714条。

图表12：私人类充电设施舆情信息分类

资料来源：北京市城市管理..，中金公司研究部。注：为2020年北京市数据，共1,647条。

图表13：北京夏季一般工商业分时电价

资料来源：国家电网，中金公司研究部。注：横轴代表时间，为0时至24时。

图表14：北京新能源车冬夏季充电时段分布（2020）

资料来源：北京市城市管理..，中金公司研究部。注：横轴代表时间，为0时至24时；纵轴高低代表充电量多少。

现阶段，换电模式的尝试仍处于早期阶段，且尝试换电的车企仍在少数。相较于充电桩建设，换电站建设在成本、标准、设计等方面提出了相对严苛的要求，使得车企不敢轻易尝试换电模式。具体来看：

►建设成本较高：交流充电桩价格为几千元，考虑安装费用一般不到1万元。直流充电桩的功率较大，保护性元器件数量更多，设备成本在几万元。而换电站硬件投入需200-300万元，主要构成包括换电机器人、电池仓、换电..等；人工方面，充电桩基本可以无人运营，现阶段换电站存在人工运营费用（行业正向无人运营趋势发展）；此外，换电站需额外承担较高的电池折旧或租赁成本。同时，考虑作为一项系统性的基础设施，换电站需要适度超前布局，且仅当布局密度达到一定程度时才具备现实意义。因此，换电模式下，车企或相关企业须承担较高的前期投入费用。

►多项标准不一：现阶段，我国电池标准、接口标准等尚未统一，进而不同品牌电池和车型难以共用换电站，而充电桩接口的统一性相对较高。对于电池标准而言，统一意味着失去差异化，可能丧失或削弱获取超额利润的机会。此外，不同品牌产品之间互用意味着搭载在电池基础上的算法、数据等共享，涉及电池和车企的技术知识产权，此在企业间尚不易达成共识。而当标准不一时，意味着不同品牌、不同型号车辆需要定制设计换电站，一方面增加了换电站的建设数量和成本，另一方面增加了换电站的设计时间和成本。根据我们的调研，行业中一些专业化的设备供应商认为，未来换电站建设或无法以统一化的加油站为模板，而是如4S店一般，对于车企而言，换电站或将是差异化、独立化的建设方案。

►设计要求较高：并非所有车型都支持换电模式，除了销量达到一定规模的前提外，一些已经开发好的车型可能因为兼容性、尺寸等种种原因而难以适用于换电模式。例如一些车型的电池与车体的一致性较差，同一款电池装到另一辆同车型的汽车上时无法较好地正常使用。当前蔚来、北汽等已成功试验换电模式的车企均采用正向研发思路进行换电车型研发，即在将换电作为基础设想的前提下进行车型设计和研发。而行业中一些尝试采用改装车实施换电路径的做法均未能获得较好成效。2020年7月，工信部副部长辛国斌表示，工信部下一步将继续大力推进充换电基础设施建设，进一步完善相关技术标准和管理政策，鼓励企业根据使用场景研发换电模式车型[3]，显示了国家对于换电模式的支持态度。2021年4月30日，国家标准委批准发布了我国换电领域首个基础通用国家标准《电动汽车换电安全要求》，自11月1日开始实施，该标准规定了可换电电动汽车所特有的安全要求、试验方法和检验规则。

考虑换电模式的两大核心缺陷，一定程度上，当前换电模式更适合于营运车型及高端车型：

►对于营运车型而言，由于车辆的使用频率较高、持续和中长途行驶的需求场景较多，因此对于短时补能的需求较强；而对于主要进行中短途行驶且路线相对固定的车主而言，夜间固定点位的慢充模式即可满足绝大部分的补能需求。同时，对于营运车型而言，除补能需求量大以外，车型数量相对单一，使得换电站可以达到较高的使用率，进而更容易跨过盈亏平衡点。例如截至1H21期末，北汽集团新能源汽车保有量接近60万辆，奥动新能源与北汽集团合作建设针对纯电动出租车的换电站。2021年9月，北汽推出了EU5快换版车型，根据北京市交通委下发的《2021年北京市纯电动出租汽车推广应用工作方案》[4]，其将成为2021年北京市计划新增和更新的1.72万辆巡游出租汽车的升级车型。

►对于高端车型而言，由于售价较高，因此换电站等成本增加项折合的额外费用率相对更低，车企对此类费用的承受力相对较高。例如，根据蔚来汽车测算，采用换电模式下，单台车辆全生命周期的额外成本大概占车辆售价的1%-1.5%。而当售价较低时，成本占比翻倍至5%-6%，几乎侵蚀传统车企常态化水平下的所有利润。