電動汽車新型充電方式現狀分析與發展趨勢

覃俊樺　鮑瑩　戴永強　邱鵬

摘 要：隨著新能源產業被納入“十四五規劃”，電動汽車的發展前景一片光明。然而，目前電動汽車還面臨著許多的問題，如續航里程短、車輛價格高、充電困難等。其中，充電問題是上述諸多問題中的重中之重，因為其是電動汽車產業發展的基礎和保障。充電方面目前主要的困境包括設備數量不足、充電位置被燃油車占據、充電速度過慢、電價過高等。針對電動汽車的充電痛點，目前行業上出現了一些新型的充電方式，本文即對此進行描述，探討了它他們的現狀和未來的發展趨勢。

關鍵詞：電動汽車 充電 現狀

Analysis of Current Situation and Development Trend of New Charging Methods for Electric Vehicles

Qin Junhua Bao Ying Dai Yongqiang Qiu Peng Shao Jie

Abstract：As the new energy industry has been included in the 14th Five-Year Plan， the development prospects of electric vehicles are bright. However， at present， electric vehicles still face many problems， such as short range， high vehicle price， charging difficulties and so on. Among the above issues， charging is the most important， because it is the basis and guarantee of the development of the electric vehicle industry. At present， the main difficulties in charging include insufficient equipment， charging position occupied by fuel vehicles， too slow charging speed， and too high electricity price. Aiming at the charging pain point of electric vehicles， some new charging methods have appeared in the industry at present. This paper describes and discusses the current situation and future development trend.

Key words：electric vehicle， charging， current situation

1 引言

隨著我國經濟的快速發展，汽車保有量逐年攀升，2020年已經達到了2.81億輛，與美國并列世界第一。其中，新能源汽車截止2020年的累積保有量為492萬輛，比2019年增加了111萬輛，略少于2019年120萬輛的增長量。當前，受疫情及國家補貼退坡的影響，我國新能源汽車的增速已呈現出一定的放緩趨勢，我們需高度重視目前遇到的行業發展問題。據《2020年新能源汽車行業白皮書》統計，充電問題是用戶購買電動汽車的主要考慮因素之一。優化充電技術、解決充電痛點是推動電動汽車發展的重要動力。充電技術的提升，還能起到弱化用戶對電池續航里程依賴的作用。

2 我國電動汽車充電現狀

根據行業統計，用戶在選擇充電樁時將充電價格、充電速度和停車費用作為主要的考慮因素（圖1），體現出用戶對效率和費用的敏感程度。在所有的充電痛點當中，充電樁數量少、部分充電樁無法使用和充電速度排在前三（如圖2），表明目前充電樁的數量及充電速度仍不能滿足用戶需求，部分充電樁無法正常使用給用戶帶來了不便。

我國目前的充電樁建設還相對不足，大規模使用的充電樁占地面積大，導致本就稀缺的土地資源利用效率低下。充電樁（特別是直流充電樁）在充電前需要人力拖拽粗壯的線束進行操作，操作自動化程度低，耗費用戶體力[1]。然而，充電樁模式因其可推廣性和政策支持性等因素，仍是目前充電體系建設中最重要的模式。

由于充電樁模式有一些問題等待優化與補充，許多新的充電模式應運而生，其中最引人關注的有移動補電車模式、換電模式等、自動充電機器人模式等。多樣化的充電模式既能解決用戶痛點，又能讓潛在用戶被各種高科技成分吸引，有利于電動汽車的推廣。

3 新型充電模式分析

3.1 移動補電車模式

移動補電車模式在中國已經走過了幾個年頭，并在近兩年獲得較為廣泛的關注。移動補電車作為分布式儲能系統或應急電源，相當于一座小型“充電站”，能夠隨時隨地為電動汽車應急充電，并為變電站分擔壓力。移動補電車還可利用低價電對電源補電以降低用電成本。移動補電車主要分為兩類，一類是國內較為流行的利用小型貨車搭載小型儲能系統與便捷充電設備的移動補電車，可同時為一至兩輛電動汽車車充電，主要用途是道路救援，可為家用或商用、尤其是網約車進行臨時補電以提升續航。另一類是使用貨柜車搭載大型儲能系統與常規充電設備的移動補電車，該種補電車一次性生產成本較高，可同時為多臺電動車提供快充服務，主要由一些豪華車品牌小批量制造。目前，移動補電車模式因為其較高的造價、無標準化和不成熟的盈利模式等原因還難以推廣應用，但在政策加持、廠家關注及用戶的呼喚中有望在未來幾年成熟商用。

3.2 換電模式

換電模式是指采用更換電池的方式為電動汽車提供能源，具有降低用戶購車成本、提高用戶便捷性、減少電動車補電時間、延長電池全壽命周期、提高電力系統整體運行效益、提高土地使用效率等優點[2]。如圖3所示，換電站是將電池存放在電池倉內，通過機械臂給換電室內的電動車更換電池的裝置。換電站可在用電低谷時期給倉內電池充電，并使用符合電池充電特性的柔和電流。該充電方法可以延長電池壽命，同時降低電費支出。換電模式帶來了一種全新的電動車購買方式，消費者可以在購車時不購買動力電池，而是通過租賃的方式使用各續航擋位電池，以降低一次購車成本。這種電動車購買方式的出現與應用將大大刺激電動汽車市場、促進銷量的穩定提升。盡管由于換電模式涉及產業鏈協調、電池制造技術、標準化體系、能源供給網絡建設、城市規劃等一系列問題仍難以爆發，然而從長遠來看，換電模式作為電動汽車的一種重要能源供給模式，憑借其優良的屬性，一定會成為電動汽車產業的重要參與者[3]。

3.3 自動充電機器人

自動充電機器人分為機器人和能量塊兩部分，由遠程中央控制模塊、充電對準及執行系統、智能行走驅動系統、雙向充電轉換模塊、電池模塊組成。擺放在規劃好的充電區域，自動充電機器人可以在有限的停車區域內（如小區地下停車場、商超地下停車場等）為汽車提供全自動充電服務。用戶可以通過APP一鍵召喚自動充電機器人，機器人自主攜帶滿電能量塊移動到車輛停靠位置，打開車輛充電口后插入充電槍開始充電。這種充電模式是“智能駕駛”和“移動儲能”技術的結合，有著節約土地資源，提高土地利用率，降低充電電費等優點。目前，自動充電機器人因為電動汽車充電口位置視覺定位技術、尋車軌跡規劃技術、插拔充電器槍柔順技術等有待突破而無法實際應用到場景中商用，但隨著識別與控制技術的發展，相信在未來不久就可以與用戶們在各類停車場中相見。

4 結語

本文針對電動汽車用戶在充電過程中的痛點，提出了三種新型充電方式，它們目前雖然因為技術開發、標準化、電網匹配等原因暫時無法大規模商用，但是隨著用戶的需求的推動、技術的快速進化，它們正為優化電動汽車充電生態而蓄勢待發。

基金項目：廣西創新驅動發展專項資助項目（桂科AA18242039）;柳州市科學研究與技術開發計劃資助項目（2018AD10501）

參考文獻：

[1]唐葆君，王翔宇，王彬，等.中國新能源汽車行業發展水平分析及展望[J]. 北京理工大學學報（社會科學版），2019，21（02）：6-11.

[2]涂軼昀，李燦，承林.電動汽車接入電網技術綜述[J].上海電力學院學報，2012，28（04）：345-368.

[3]潘樟惠;高賜威.電動汽車換電網絡規劃研究綜述.電力與能源.2014.415-419電動汽車換電網絡規劃研究綜述[J].