電動汽車充電服務淺析

魏志宇

摘要：電動汽車發展的最大技術障礙是純電動汽車的動力電池，系統的優化配置與控制。以充電站為例，充電設施、充電技術的滯后直接影響城市電動汽車的充電和運行。文章以現今汽車運營模式為切入點，可以更好地發現汽車的發展趨勢，為服務商提供有效的信息參考，從而更好地滿足客戶對于未來汽車的多元要求。

關鍵詞：電動汽車;充電站;充電服務;動力電池;基礎建設;運行模式 文獻標識碼：A

中圖分類號：U469 文章編號：1009-2374（2016）04-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.040

1 概述

電動汽車（Electric Vehicle，EV）以電代油，可有效減少車輛環境污染，緩解交通對石油資源過度消耗。電動汽車環保節能，是未來建設資源節約型社會的重要工具，如今世界面臨資源枯竭、環境污染等問題，電動汽車因為其優越的性能和比肩傳統汽車的駕駛體驗而成為了世界汽車行業新寵。越來越多的國家、地區、企業投入到了電動汽車的發展行列中，我國也大力支持電動汽車的研制，尤其是純電動汽車。國際上電動汽車技術日益成熟，已成為新型、實用、環保的代名詞，也是未來我國汽車工業需要努力的方向和需要搶占的先機。電動汽車能源是電力，因此電力資源的補充在電力汽車發展中也顯得尤為重要。電動汽車的迅猛發展，使得與之配套的充電站正成為一種新型產業，也是電動汽車商業化、產業化過程中的重要環節。

本文主要從配套設施建設和對客戶的服務方面對充電站的建設做了初步研究。

2 國內外發展研究現狀

電動汽車充電站配套設施建設和對客戶的服務方面的研究伴隨著國內外充電站的迅速發展而引起廣泛關注。“十二五”提出中國電動汽車發展趨勢是以純電動為主要發展方向，混合動力汽車是商業化重點。北京市預計在未來5年內新建可供3.5萬輛新能源汽車充電的站點。為了促進電動汽車的發展，有關國家分別制定了一系列政策，雖然政策實施在很大程度上促進了電動汽車技術的發展，但是一些技術上的瓶頸依然限制著電動汽車的蓬勃發展和快速進步，這些問題中最大最難解決的問題就是電動汽車的動力電池以及電力汽車整體系統的重新優化設計和效率提升。并且客觀來說，電動汽車并不是最理想的汽車模型，其只是相對于原來傳統汽車環保水平有所提高而已。

3 電動汽車充電站現狀

目前國網北京市電力公司已在高安屯、馬家樓、四惠、西黃莊等地建立了70多處的電動汽車充電服務站。為了提高北京電動車充換電服務網絡建設、運營的效率與執行力，落實充換電服務網絡建設運營中的重大事項，協調解決各項問題，國網北京市電力公司成立了國網北京電動汽車服務有限公司統一負責北京地區公交站、環衛站、出租車站、乘用車站運營。服務對象涵蓋電動公交車、出租車、環衛車、乘用車等車型。

4 電動汽車充電分析

4.1 電動汽車運行模式

電池分類方式的多樣化、客戶對于充電的質量和速度的要求，促使充電方式多樣化。如果電動汽車作為公交車則很方便，在公交車專用停車場里可設充電站，于公交夜間不運營時充電，充電的量和時間根據公交所需運行的里程和時間來確定，做到高效、精準，至少保證每次充電可以使公交車單程運行一次。

在出租電動汽車運行模式下，可在集中停放的出租車公司內設集中式充電樁群，在停運時間段充電;運營時間段內，適時計算其電量及對應地可以提供動力的里程數，如果計算出電量不足以支撐其運營，可在一定范圍內設定固定的充電站，保證出租車的平穩運營。

在環衛電動汽車運行模式下，電動汽車由單位、中心的駕駛員駕駛，應在垃圾存放站和居民小區間建設相應的充電設施。因其使用時間較為固定，可以利用低谷時段進行普通充電，對快速充電設施的需求不大，因此集中式的充電樁群可滿足正常需求。

4.2 動力電池

衡量電池性能的指標包括容量、比能量和循環壽命。不同類型的動力電池充電特性不同，通常電流在0.2～2.0C之間（C是以電池標稱容量對照電流的一種表示方法）。對不同類型動力電池充電方法及充電控制策略也不同：動力電池充放電工作效率在常溫下充電接受能力較強，但是一些城市氣候較為寒冷，無法滿足條件就會造成一些電量的浪費，因此在設計時，充電站也應該保持處于人工氣候下，從而提高充電效率。普通慢充一般允許的充電時電芯溫度在0℃～55℃之間，快速充電的允許充電時電芯溫度在10℃～55℃之間，因此建設快速充電站時應充分考慮環境溫度對動力電池的影響。

4.3 充電時間

不同充電時間需要不同充電方式。在充電時間要求不高時，如環衛車、部分私家車等，可以采用使用家庭電壓慢速充電，充電時間為5～20個小時不等。充電所需功率和電流相對較低，充電設備和安裝成本低，可在電力低谷時段充電或在停駛時間利用電力低谷普通充電;在充電時間較緊迫的情況下，如出租車、公交車等，可以使用效率更高的直流快速充電方法，大電流短時間（20～150分鐘）充電。但是這樣一來，大功率的充電設備會對原有的電網造成一定的沖擊，也會對設備整體運營的成本和配套安全措施提出更高要求。

4.4 電動汽車發展對充電技術的要求

充電站可以滿足多數汽車的充電要求，因此也會是未來汽車主要的充電方式。充電站應該滿足以下條件：充電快速化、充電通用化、充電智能化、充電集成化、環境友好化、電能轉化高速化。

充電快速化：15分鐘可達電池容量的80%。該方法主要應用于鉛蓄電，因這種老式電池技術已經相當成熟，具有一定的性能優勢，如容量大、適應性強，但是其同樣存在著續航能力弱等問題，必須解決實現汽車的快速充電等問題。

充電通用化：公共場所充電裝置需要具有充電的廣泛性，可以為多種電池進行充電，并且實現效率充電和精準充電的統一。這些如果能在電動汽車上市的初期就實現，那么必然會大大促進電動汽車行業的規范有序發展，同時為人們的生活提供極大的便利。

充電智能化：實現無損充電、避免過放電、電池故障的自動診斷和維護、延長電池的使用壽命的節能。智能化充電要求在充電過程中最大限度地延長電池壽命，不能損害電池的結構，這要求實時監控電池的狀態，不能過度充電或者放電，這樣有利于避免電池的浪費和廢舊電池污染環境，其主要包括如下內容：（1）可以通過建立更加可控的充電站和充電技術來進行無損充電;（2）優化電池實時監控技術，提供更加合理的電池電量管理方案;（3）電池問題的快速申告和精準維修以及日常保養。

電能轉換高效化：在充電過程中往往存在著熱能等能源的損失，高效化的電能轉化，可以有效減少這些損耗并且能夠大量節約充電站成本。因此采取一定措施建立更高效的電能轉換模式是電動汽車控制成本的重要方式。

充電集成化：集成化的充電系統可在更加微小的體積內包含大量的充放電原件，減小電池空間，既為其他汽車部件提供空間，又能壓縮車體大小。該設計還能使得充電過程中損耗更小，實現快速充電和高效充電，并延長電池的使用時間，降低汽車維護使用成本。

5 充電站的構成

充電站包括供電系統、充電設備、監控系統段相應的配套設施。在充電站建設方式上，大、中型充電站建設采用配電變壓器，兩路電源供電;小型充電站采用單路低壓電源供電，不設配電變壓器。充電設備電氣接口、通信規約、電氣連接件符合相關技術標準要求。

設計規范一致：完整的充電站包括供電系統、充電系統、監控系統及相應配套設施。供電系統可為電動汽車充電站的動力設備、監控系統和辦公場所等提供交流電源。這一電源是充電站運營最基礎的部分，也是充電站的關鍵所在，供電系統設計中，電壓的轉換裝置、電池的監控裝置、費用的計算裝置、諧波治理裝置等必不可少。在電力分級上，可以采用二級，在供電時使用兩條線路供電，無需其他電源，其輸出為0.4kV、50Hz。

充電系統，其功能是整個充電站最為核心的部分;它為每一輛來此充電的汽車提供符合要求的無損的動力系統，滿足多樣化的充電需求。它配置要求：滿足多種形式的充電需求，提供安全、快捷的能量補給服務，主要包括交流充電樁、充電機、計費裝置、電池更換設備。

監控系統是充電站安全高效運行的保證，它實現對整個充電站的監控、調度和管理，主要包括配電監控系統、充電監控系統、煙霧和視頻安保監視系統。

配套設施主要包括充電工作區、站內建筑、消防設施及電池維護、客戶休息服務設施。

而充電站規模大小是一個值得討論的問題，根據現有情況來看在公交站配置的充電站可以為30輛左右的公交車進行多種充電。配置10個左后的直流快充樁（20個左右的直流快充口），保證發車間隔及公交集團的日常運行。一般50～100輛電動出租電動汽車，配置25～50個交流充電樁（50～100個交流充電口）滿足一車一口和2臺直流快充樁（10個直流快充口）。這種配置充分考慮利用晚間停運期間的谷電進行充電，在白天運行高峰期間使用直流快充樁快速補點，因為充電時間集中，應使充電柜具有諧波等處理功能。一般10～50輛環衛電動汽車建設一個充電站，配置5～25個交流充電樁（10～50個交流充電口）。這樣的配置方式可以充分利用夜間公交車休息的時間進行充電，但是會造成部分設備在一些時段的大量閑置。通過主動建設智能充換電服務網絡，優化充換電站選址和配置類型，顯著降低配電網改造投資，與車輛全部采用充電方式相比，配電網末端負荷增量減少。

6 結語

本文通過對電動汽車充電服務的初步探究，解析了電動汽車充電過程中普通充電、快速充電模式各自的運用情況以及適用范圍等，充電服務環節的運維服務單位如何推動電動汽車的發展，進而闡明電動汽車產業需要運維服務單位與使用客戶的共同協作才能獲得發展。但隨著電動汽車充電服務的不斷發展和市場的逐漸成熟，電動汽車充電服務產業鏈仍將不斷調整，其中的參與者也會有一定程度上的變化。

參考文獻

[1] 劉振亞.智能電網知識讀本[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2] 馬銀山.電動汽車充電技術及運營知識[M].北京：中國電力出版社，2011.

（責任編輯：秦遜玉）