電動汽車充電站需求影響因素及預測方法

許文超 ，牛 濤 ，顏淋麗 ，韓 鑫

（1.江蘇省電力設計院，江蘇南京211102；2.東南大學交通學院，江蘇南京210096）

電動汽車在節能減排方面表現優異，成為部分購車者在選擇新能源汽車時的首選[1]。隨著電動汽車的融入，其對城市供電能力的需求也在日益影響著城市現有的供配電體系。因此，對電動汽車充電站的建設規模進行規劃研究具有重要意義。目前對電動汽車充電站的需求預測、充電站建設規劃還沒有比較成熟的方法。由于電動汽車充電站的建設規模與其能提供的配電系統直接相關，充電站的需求電量不能完全反映充電站的建設規模。在實際的充電站建設中，不同配電功率的充電設備對應不同的供電需求。將不同配電功率的充電設備進行等級匹配，可以滿足絕大部分的電動汽車需求，同時也直接影響了充電站的規模。因此，假設充電站的服務時間固定不變，采用配電功率作為充電站需求預測的中間目標是合理的。

1 充電站規模影響因素分析

（1）電動汽車保有量。保有量對充電站規模的預測有著顯著的影響。隨著經濟的快速發展和保障新能源汽車發展政策的推行，電動汽車的保有量將逐年上升，對充電站的需求大幅增大，對充電站的配電功率要求也逐漸提高?，F已對江蘇省充電站建設發展較快的城市進行了相關調研，各地方2015年關于電動汽車保有量與配電功率需求的數據如表1、圖1所示。在統計分析的基礎上，在其他影響因素不變的情況下，得出電動汽車保有量與充電站規模成正相關關系。從表1、圖1中可看出，隨著電動汽車保有量的增長，充電站的配電功率呈現上升趨勢。

（2）電動汽車每次充電功率。根據前文分析，取配電功率作為充電站需求預測的變量指標。顯而易見，每輛電動汽車每次充電功率的大小對充電站規模的影響成線性關系。在其他相關因素相同的情況下，電動汽車每次充電功率越大，充電站配電功率呈線性增長，充電站的規模也將越大。

表1 電動汽車保有量因素

圖1 電動汽車保有量與充電站配電功率關系

（3）電動汽車動力電池特性。動力電池特性包括平均日充電次數、一次充電完成后的續駛里程、充電時間和每公里耗電量[2]。對于同樣的日行駛里程，電動汽車每日充電次數越多，說明其一次充電完成后續駛里程越短，每公里耗電量越多，若充電時間較長，則電動汽車不能滿足日常正常行駛的需要[3]。因此在某種程度上，應限制電動汽車一次充電時長。在這種情況下，配電功率的需求越大，充電站的規模也隨之越大。

（4）電動汽車日平均行駛里程。一般意義而言，每天行駛里程越長，電動汽車動力電池需提供的動力能量越大，在充電時間及其他相關因素無差別的情況下，充電站配電功率越大。理論分析表明，充電站的規模將隨電動汽車的日行駛里程數的增長而增長，在其他影響因素不變的情況下，電動汽車每天平均行駛里程與充電站規模成正相關的關系。為驗證分析結果，對江蘇省各城市電動汽車的日行駛里程進行了調查，得到各地方2015年關于電動汽車日平均行駛里程與配電功率需求的數據，如表2和圖2所示。

表2 電動汽車日平均行駛里程因素

圖2 日平均行駛里程與配電功率關系

電動汽車充電站的需求預測不能通過現有的仿真軟件實現，如何考慮單因素變化下電動汽車充電站配電功率的變化是建立需求預測模型的前提和基礎。通過對充電站規模影響因素進行分析，尋找直接影響因素，將其作為需求預測模型的自變量，從而提出預測模型。

2 充電站需求預測模型

電動汽車充電站規模必須考慮每臺充電機能提供的充電功率。若充電站只配置一臺功率最大的充電機，在若干臺動力電池特性不統一的電動汽車需要同時充電時，會造成極大的資源浪費。降低充電機工作功率可減小此類浪費情況，但卻將延長充電時間，而且并不能滿足快速充電的要求[4]。

充電站需求預測，首先分析城市電動汽車的車輛現狀，根據車輛保有量的預測，確定電動汽車充電站的各種影響因素，將其量化，然后建立量化的影響因素與充電需求的數學模型關系，最終得出電動汽車充電站的合理規模。在模型建立階段，將配電功率定義為變量X。根據上述分析，電動汽車充電站的總充電需求應該滿足地區電動汽車用電量的總消耗，類似于加油站需求預測[5]，充電站的需求預測模型為：

式中：X為配電功率，kV·A；M為模型修正系數，數值范圍0～1；Q為區域內電動汽車保有量，臺；S為單次充電平均續駛里程，km；P為每公里耗電量，VA·h/km；T為平均充電時間，h；N為充電次數，次；L為每臺電動汽車日平均行駛里程，km。

考慮家庭自充等因素，并不是所有電動車在充電站充電，因此需要模型修正系數M，其數值為0～1。同時，不同城市不同類型的電動汽車日平均行駛里程有很大差異，不同類型的電動汽車動力電池性能也有很大差異，從而每公里耗電量也不一樣。此外，隨著技術革新，動力電池的性能會不斷提高，單次充電續駛里程、充電時間都將會發生變化。充電站的充電需求將隨著城市經濟的發展、科學技術的更新而不斷發展變化。

3 充電站建設規模

根據充電站建設的實際經驗，按照充電站的配電功率和設備數量可將充電站規模分為3類：大型充電站、中型充電站和小型充電站；同時根據充電機的充電能力、功率，將充電設備分為大型充電機、中型充電機、小型充電機以及交流充電樁等。各類充電站規模和充電機的配電參數如表3、表4所示。

表3 充電站規模分類

表4 充電機配電參數

為更好地應用充電站需求預測模型，建議在充電站充電功率需求預測完成之后，按照表3和表4的分類規則，在充分考慮區域經濟和電動汽車發展的前提下，合理分配充電功率，確定電動汽車充電站的建設規模。

4 算例

采用本文所提出的預測方法對江蘇省“十二五”期間及遠景的電動汽車充電站建設規模進行了初步預測。

首先在江蘇省內現有數據基礎上，將與機動車保持同樣增長比例的預測方法與專家預測法預測結果相結合，預測江蘇省2015年電動汽車保有量和充電需求分別為45 900臺和16 049臺，2020年分別為70 200臺和24 577臺。

針對江蘇省實際情況，預測方法中各參數取值如表5所示，根據本文模型得出配電功率總需求量后，根據表3充電站規模分類，結合考慮江蘇省電動汽車充電站實際的建設需求和建設條件，江蘇省“十二五”期間及遠景電動汽車充電站需求預測如表6所示。

表5 江蘇省充電站需求預測參數

表6 江蘇省充電站需求預測

5 結束語

電動汽車保有量、單次充電平均續駛里程、充電次數、每公里耗電量、平均充電時間以及日平均行駛里程等因素都對電動汽車充電站配電功率需求有重要影響。本文所構建的電動汽車充電站需求預測模型，可作為充電站規模及類型合理的預測參考依據之一。鑒于國內電動汽車發展尚處于起步階段，電動汽車充電站需求預測需結合專家經驗法、彈性系數法、類比法等多種方法進行綜合判定。隨著電動汽車和車輛電池性能的不斷完善，充電站預測模型中各指標值的精度和范圍還有待于進一步研究。

[1]歐陽明高.我國節能與新能源汽車發展戰略與對策[J].汽車工程，2006,28(4)：317-321.

[2]陳清泉,孫逢春,祝嘉光.現代電動汽車技術[M].北京：北京理工大學出版社，2002.

[3]何洪文,余曉江.電動車輛動力電池的性能評價[J].吉林大學學報（工學版）， 2006， 35(5)：659-663.

[4]王震坡.電動公交客車耗能與使用經濟型研究[D].北京：北京理工大學機械與車輛工程學院，2005.

[5]王 煒，陳學武.交通規劃[M].北京：人民交通出版社，2007.