電動(dòng)化作為工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一，成為近年來各方關(guān)注的焦點(diǎn)，雖然用戶視角下當(dāng)前工程機(jī)械電動(dòng)化存在續(xù)航、補(bǔ)能、配套體系的痛點(diǎn)，但是隨著行業(yè)發(fā)展，電池價(jià)格下降、電池技術(shù)的突破，配套體系完善，工程機(jī)械電動(dòng)化勢(shì)頭強(qiáng)勁。

痛點(diǎn)一：續(xù)航時(shí)間短，頻繁充電影響作業(yè)進(jìn)度

續(xù)航時(shí)間上，目前已經(jīng)上市的大部分電動(dòng)設(shè)備作業(yè)時(shí)長(zhǎng)約5-6小時(shí)，而實(shí)際工程機(jī)械設(shè)備每天作業(yè)時(shí)間約12個(gè)小時(shí)，因此，雖然個(gè)別電動(dòng)挖掘機(jī)續(xù)航時(shí)間達(dá)到8-10小時(shí)，個(gè)別電動(dòng)裝載機(jī)續(xù)航時(shí)間達(dá)到10小時(shí)，但除拖電設(shè)備外，其他電動(dòng)設(shè)備仍需每天利用午休時(shí)間沖電1次才可實(shí)現(xiàn)設(shè)備全天作業(yè)。

充電模式上，目前大部分電動(dòng)工程機(jī)械支持工業(yè)用電、民用電、汽車充電樁充電，三一部分產(chǎn)品還支持補(bǔ)電車充電，多種充電模式滿足不同場(chǎng)景下的電動(dòng)設(shè)備作業(yè)需要，但實(shí)際作業(yè)過程中，午休時(shí)間多臺(tái)電動(dòng)設(shè)備同時(shí)充電對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的電壓有一定要求。充電效率上，目前電動(dòng)設(shè)備正常充電至少需要4-6小時(shí)，雖然當(dāng)前大部分電動(dòng)設(shè)備支持直流快電和交流快電，充電時(shí)長(zhǎng)約1-2小時(shí)，以三一SY19E為例，直流快充需要1.5小時(shí)，交流充電需要2.5小時(shí)；柳工922F-EV 1小時(shí)可以充滿80%的電量，但快速充電時(shí)長(zhǎng)遠(yuǎn)長(zhǎng)于傳統(tǒng)燃油設(shè)備加油時(shí)長(zhǎng)。

雖然當(dāng)前電池技術(shù)下，設(shè)備續(xù)航無法滿足全天作業(yè)需要，但根據(jù)技術(shù)演進(jìn)來看，電池原材料和電池技術(shù)的突破，能量密度和電池容量將有效改善用戶里程焦慮。

痛點(diǎn)二：電池自然衰退不可避免，溫度環(huán)境和使用方式影響電池性能

電池容量衰減不可避免，目前磷酸鐵鋰電池的循環(huán)充電次數(shù)約2000次，普通鋰電池循環(huán)充電次數(shù)為400-600次，即使是性能較好的鋰電池循環(huán)充電次數(shù)也不會(huì)超過千次，在使用過程中電極活性材料的損失導(dǎo)致電池容量衰減，可循環(huán)離子損失或內(nèi)阻增加導(dǎo)致的極化現(xiàn)象，導(dǎo)致電池容量衰減和阻抗增加，從而影響電池容量和功率，電池特性帶來的性能自然衰退不可避免。結(jié)合上文提到電動(dòng)工程機(jī)械設(shè)備每天至少循環(huán)充電1次，自然使用磷酸鐵鋰電池的壽命約5年，與傳統(tǒng)設(shè)備相比仍有一定差距。

環(huán)境溫度影響電池性能，根據(jù)北京萬源石墨烯與儲(chǔ)能研究中心實(shí)驗(yàn)結(jié)論來看，低于0℃以下的環(huán)境中充電時(shí)電解液電導(dǎo)率的降低、電極界面膜阻抗的增大和電荷傳遞電阻的增大使電池的放電容量減少，充電環(huán)境溫度高于50℃時(shí)，LiFePO?與電解液發(fā)生氧化反應(yīng)而使Fe離子析出，SEI膜的溶解以及正極集流體被電解液與水反應(yīng)生成的HF腐蝕都將導(dǎo)致磷酸鐵鋰動(dòng)力電池容量快速衰減，影響電池的高溫性能，因此工程機(jī)械作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，夏季高溫和北方秋冬低溫作業(yè)環(huán)境下，都對(duì)電池性能有明顯影響。

快速充電影響電池壽命，根據(jù)調(diào)查顯示如果一直使用快速充電樁對(duì)動(dòng)力電池充電電池使用壽命會(huì)縮減70%左右，在實(shí)際使用過程中，為滿足施工進(jìn)度需要工程機(jī)械電動(dòng)設(shè)備利用午休時(shí)間進(jìn)行充電，使用快速充電的情況頻繁發(fā)生，也明顯影響電池壽命。

此外，充電電壓、充電電流過放電、暴力駕駛等都影響電池性能。

電池BMS系統(tǒng)正不斷完善，提供的充放電溫度保護(hù)、能量監(jiān)控管理、電池狀態(tài)檢測(cè)等功能，有效實(shí)現(xiàn)電池的智能化管理和維護(hù)，能提高能量利用效率，提升電池性能，延長(zhǎng)電池壽命。

痛點(diǎn)三：工程機(jī)械電動(dòng)化配套設(shè)施和服務(wù)滯后

工程機(jī)械電動(dòng)化配套設(shè)施對(duì)電動(dòng)化設(shè)備滲透率有直接影響，目前新能源汽車配套設(shè)施和服務(wù)發(fā)展迅速，充電設(shè)施方面，《中國主要城市充電基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)報(bào)告》中顯示32座全國主要城市公用樁的平均密度為21.5臺(tái)/平方公里。32座城市中心城區(qū)公用樁的平均覆蓋率為73.3%。換電設(shè)施方面，截至2022年2月份，我國主要換電運(yùn)營(yíng)商換電站數(shù)量達(dá)到1405座，同比增長(zhǎng)111.92%，連續(xù)5個(gè)月?lián)Q電站數(shù)量增長(zhǎng)超過100%。而電動(dòng)工程機(jī)械設(shè)備的充電和換電配套基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)發(fā)展明顯滯后于新能源汽車。

配套設(shè)施和服務(wù)玩家與新能源乘用車重疊，工程機(jī)械配套環(huán)節(jié)缺失影響市場(chǎng)滲透率

目前電動(dòng)工程機(jī)械配套設(shè)施和服務(wù)的企業(yè)主要包含三類，一類是頭部主機(jī)廠，類似目前三一重工和徐工布局充/換電站制造環(huán)節(jié)；一類是專業(yè)的電力方案提供商，類似國電投和南方電網(wǎng)主要布局充換電設(shè)備制造和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)環(huán)節(jié)；還有一類是以新能源汽車配套服務(wù)為主的企業(yè)，這類企業(yè)主要為新能源汽車提供配套的電池資產(chǎn)管理、電池運(yùn)營(yíng)、充電樁運(yùn)營(yíng)服務(wù)，隨著電動(dòng)工程機(jī)械設(shè)備的研發(fā)問世，擴(kuò)展出工程機(jī)械領(lǐng)域業(yè)務(wù)。因此從行業(yè)玩家的情況來看，電動(dòng)工程機(jī)械配套基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)市場(chǎng)存在大片空白市場(chǎng)：第一，目前市場(chǎng)上提供新能源基礎(chǔ)設(shè)施和配套服務(wù)的數(shù)量即使對(duì)于新能源汽車而言，仍有較大的市場(chǎng)空間；第二，雖然新能源汽車的基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，但電動(dòng)工程機(jī)械與新能源汽車的基礎(chǔ)設(shè)施無法通用，并且使用場(chǎng)景只存在少量重疊，因此，工程機(jī)械電動(dòng)化配套設(shè)施和服務(wù)帶來全新的增量市場(chǎng)。目前配套設(shè)施的短缺，也加劇用戶的里程焦慮，配套服務(wù)的短缺影響用戶的購機(jī)意愿。

換電模式需求迫切，電池標(biāo)準(zhǔn)有待統(tǒng)一

目前工程機(jī)械的主要補(bǔ)能方式是充電，只有部分重卡車輛能支持換電，工程機(jī)械換電模式全面落地顯得尤為迫切。一是工程機(jī)械作為生產(chǎn)物資，換電模式快速完成補(bǔ)能能帶來更好的作業(yè)效率，有效緩解用戶的里程焦慮；二是相對(duì)于新能源乘用車而言電動(dòng)工程機(jī)械設(shè)備初始購買價(jià)格更高，換電模式能分擔(dān)用戶的初始設(shè)備購買壓力；三是電池運(yùn)營(yíng)公司既能進(jìn)行專業(yè)的電池養(yǎng)護(hù)延緩電池壽命又能分擔(dān)電池折舊。

工程機(jī)械領(lǐng)域換電模式無法快速推廣主要有兩方面原因：一是設(shè)備多樣性帶來的設(shè)備結(jié)構(gòu)差異，對(duì)換電站設(shè)計(jì)提出挑戰(zhàn)；二是電池材料和電池pack等沒有公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此換電站在設(shè)計(jì)過程中需要兼顧到復(fù)雜的電池性能差異。

雖然目前工程機(jī)械電動(dòng)化配套設(shè)施和配套服務(wù)相對(duì)缺乏，但是隨著未來越來越多資本的投入和市場(chǎng)的培育，工程機(jī)械電動(dòng)化配套環(huán)節(jié)會(huì)涌現(xiàn)更多專業(yè)玩家。

四、關(guān)于目前工程機(jī)械電動(dòng)化痛點(diǎn)的展望

短期電池原材料價(jià)格上漲給主機(jī)廠帶來成本壓力，長(zhǎng)期看電池價(jià)格下降或帶來電動(dòng)化設(shè)備售價(jià)下降

雖然去年二季度以來鋰、鎳、鈷等原材料的價(jià)格直線上漲，不少新能源車企的售價(jià)也隨之上漲，但是對(duì)工程機(jī)械行業(yè)而言，龍頭主機(jī)廠與電池供應(yīng)商簽署長(zhǎng)期合作協(xié)議，可平滑電池成本，但短期看電池價(jià)格上漲給主機(jī)廠帶來一定成本壓力。寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群表示過去十年電池性能提高了3倍，成本下降了90%，參考新能源乘用車的價(jià)格趨勢(shì)，預(yù)計(jì)未來2-3年后電動(dòng)化設(shè)備批量生產(chǎn)，屆時(shí)動(dòng)力電池規(guī)模化生產(chǎn)和動(dòng)力電池的回收體系逐步完善，動(dòng)力電池成本將出現(xiàn)明顯下降，傳導(dǎo)至下游主機(jī)廠電動(dòng)化設(shè)備售價(jià)也出現(xiàn)小幅下降，電動(dòng)化工程機(jī)械設(shè)備價(jià)格優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn)。

綜合使用成本可平衡電動(dòng)設(shè)備初始購買成本

純電動(dòng)裝載機(jī)比燃油裝載機(jī)年運(yùn)營(yíng)成本節(jié)約30萬元：一臺(tái)燃油裝載機(jī)價(jià)格約35萬元，工作1小時(shí)的油耗約16升柴油；一臺(tái)純電動(dòng)裝載機(jī)價(jià)格約80萬元，工作1小時(shí)耗電約40度電。按柴油7元每升，電0.6元每度，每天工作10小時(shí)，燃油裝載機(jī)和純電動(dòng)裝載機(jī)每天的能源成本分別為1120元、240元。若全年運(yùn)營(yíng)330天計(jì)算，燃油裝載機(jī)年比純電動(dòng)裝載機(jī)多花費(fèi)29.04萬元的能源成本，此外加上維修保養(yǎng)等費(fèi)用，純電動(dòng)裝載機(jī)比燃油裝載機(jī)每年可節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本30.54萬元，綜合使用成本，純電動(dòng)裝載機(jī)與燃油裝載機(jī)購車差價(jià)回收周期約2年。

表1. 燃油裝載機(jī)與純電動(dòng)裝載機(jī)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

電池原材料、技術(shù)不斷突破，電池容量、密度和安全性有明顯提升

目前電動(dòng)工程機(jī)械鋰離子電池正逐步替代鉛酸電池，而鈉離子電池電芯能量正逐漸接近磷酸鐵鋰電池，且在極寒地區(qū)具有耐低溫的突出優(yōu)勢(shì)，將為動(dòng)力電池提供更多選擇可能性；電池技術(shù)方面，大圓柱4680動(dòng)力電池依靠“無極耳”的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，推動(dòng)了動(dòng)力電池的技術(shù)突破，有望未來5年帶動(dòng)相關(guān)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)0到1到N的快速增長(zhǎng)；在安全方面，動(dòng)力電池電解液正在由液態(tài)電池到半固態(tài)電池最終固態(tài)電池的方向演進(jìn)，根據(jù)億歐智庫判斷最早2023年半固態(tài)電池可批量搭載于乘用車，而2030年左右固態(tài)電池的技術(shù)應(yīng)用將徹底解決電池安全問題。

新能源賽道備受關(guān)注，未來更多跨界玩家布局

對(duì)于未來萬億級(jí)的工程機(jī)械電動(dòng)化市場(chǎng)，配套設(shè)施和服務(wù)還有廣闊成長(zhǎng)空間，在“雙碳”背景下，多項(xiàng)政策明確支持電動(dòng)化發(fā)展，預(yù)計(jì)隨著主機(jī)廠電動(dòng)化設(shè)備批量上市投產(chǎn)的同時(shí)，作為新能源賽道門檻較低的環(huán)節(jié)，配套設(shè)施和配套服務(wù)環(huán)節(jié)將迎來更多跨界玩家。預(yù)計(jì)隨著資本市場(chǎng)的投入，配套設(shè)施和服務(wù)環(huán)節(jié)將經(jīng)過資源整合并購，形成更完善的配套體系。