中國電動汽車充電站的建設(shè)及運營分析

中國電動汽車充電站的建設(shè)及運營分析第一節(jié)電動汽車發(fā)展對充電技術(shù)的要求充電對電動汽車來說一直都是一個十分重要的組成部分，目前就是因為充電難等問題而使用得快速推廣電動汽車的計劃遭遇阻力，充電技術(shù)并不是一個簡單的事情，它涉及的方面很多，今天我們就專門對電動車充電技術(shù)的要求作一下詳細(xì)的說明，看看我們將來都會有哪些具體的要求。一、充電快速化首先充電的時間必須要短。雖然只要花上一定的時間就可以讓人們養(yǎng)成一個新的習(xí)慣，比如等待一段時間給電動汽車充電，但是除了習(xí)慣的問題以外，還有很多方面要求電動汽車的充電時間必須要短，人們的出行時間安排，人們的生活規(guī)律等都經(jīng)不起慢節(jié)奏。電動汽車的充電技術(shù)只有解決了快速充電的問題才有可能讓人們更加放心地使用這種交通工具，否則它將極難進入人們的日常生活中。二、充電通用化其次需要通用的充電接口。我們所說的充電接口不單單指外觀上的可對接性，這只不過是其中的一小部分，還有更多的部分需要解決的是一個充電接口要能適應(yīng)不同類型的電動汽車電池，要能適應(yīng)不同的配套電壓，要能適應(yīng)不同的電氣特性，未來如果需要在公共場合大規(guī)模布置這些裝置的話，現(xiàn)在的充電設(shè)備就完全不能滿足需求，因此現(xiàn)在就應(yīng)該制定相應(yīng)的規(guī)范、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)，以便將來執(zhí)行時有個參考。三、充電智能化充電技術(shù)還要做到智能化。將來的電動車市場肯定是各種車型共存的，就只是近二十年內(nèi)普通燃油車、混合動力車、純電動車都一定會存在，再加上新的老的車子共同存在，所以充電設(shè)備必須要做到智能地識別這些車輛同時給它們分配不同的電源，這一切的一切都要求充電技術(shù)做到智能化。四、電能轉(zhuǎn)換高效化最后充電技術(shù)應(yīng)當(dāng)做到小型化。如果將來需要大規(guī)模布置這些充電設(shè)備，那么占地問題就一定要考慮進去，現(xiàn)在城市里可謂是寸土寸金，充電設(shè)備能做到小一分尺寸就能節(jié)省下一大筆開支，另外巨大的充電設(shè)備擺放在城市里也不美觀，對人們的日常生活也會帶來很大麻煩。五、充電集成化現(xiàn)在的充電設(shè)備都還太簡陋，充電技術(shù)都還太簡單，如果要真正做到大步推進電動汽車行業(yè)的發(fā)展，那么在這方面就不得不投入精力來研發(fā)提高，只有充電問題解決了，電動汽車才算是有了一個穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。第二節(jié)電動汽車充電模式比較不同種類的動力電池具有不同的充電屬性，充電方式必須與電池的充放電曲線進行匹配，最佳充電屬性在０．１Ｃ～０．３Ｃ之間變化。電池系統(tǒng)額定電壓相同的情況下，最高充電電壓由于電池種類、結(jié)構(gòu)形式上的區(qū)別也體現(xiàn)出一定的差別。對于不同種類的電池，充電方式及電控制和管理策略也不同，因此應(yīng)根據(jù)電池的特性來確定不同的充電方法。由于電動汽車動力電池組的技術(shù)和使用特性的不同，電動汽車的充電模式存在一定的差別。通常有常規(guī)充電、快速充電和更換電池組三種充電模式。一、常規(guī)充電常規(guī)充電是指采用小電流（０．１Ｃ～０．３Ｃ）在較長的時間內(nèi)對蓄電池進行慢速充電，這種充電又叫普通充電。常規(guī)蓄電池均采用小電流的恒壓恒流三段式充電，一般充電時間為１０～１２小時，最長可達１５小時?！癯Ｒ?guī)充電的優(yōu)點：１）充電器和安裝成本較低，便于實現(xiàn)車載；２）可充分利用電力低谷時段進行充電，降低充電成本，保證充電時段電壓相對穩(wěn)定：３）充電設(shè)施體積小可攜帶，便于車輛在停車場以外的地方充電?！癯Ｒ?guī)充電的缺點：充電時間過長，難以滿足車輛緊急運行的需求?！癯Ｒ?guī)充電的適用性：１）設(shè)計電動汽車的續(xù)駛里程盡可能大，能滿足車輛運營一天的需要，僅僅利用晚間停運時間充電；２）由于常規(guī)充電以常規(guī)的電流為蓄電池充電，因此在家里、停車場和公共汽車站都可以進行充電；３）常規(guī)充電站的規(guī)模一般較大，以便能夠同時為多輛電動汽車進行充電。二、快速充電常規(guī)充電的充電方法一般時間較長，給實際車輛使用帶來許多不便?？焖俪潆娔Ｊ降某霈F(xiàn)，為電動汽車的商業(yè)化提供了技術(shù)支持。快速充電又稱應(yīng)急充電，是指以較大的電流（一般用１Ｃ～３Ｃ）在３０ｍｉｎ至２ｈ的短時間內(nèi)，為電動汽車進行充電的一種模式?！窨焖俪潆姷膬?yōu)點：１）充電時問短，場地周換快；２）充電站場不需要大面積的停車場?！窨焖俪潆姷娜秉c：１）充電效率較低，安裝成本和工作成本較高；２）充電電流大，對充電的技術(shù)和方法要求高，對電池的壽命有負(fù)面影響；３）充電電流大易造成電池異常，存在安全隱患。●快速充電的適用性：１）電動車的續(xù)駛里程適中，在車輛運行的間隙進行快速補充，滿足車輛安全運營需要；２）大電流快充使充電時間大為縮短，為后續(xù)的均衡充留出足夠的時間；３）由于相應(yīng)的大電流需求會對公用電網(wǎng)產(chǎn)生有害的影響，因而快速充電模式只適用于專用的充電站。三、機械充電 ①機械充電站的規(guī)模小型機械充電站可以結(jié)合常規(guī)充電站建設(shè)同時考慮，可以根據(jù)需要選擇更大容量的變壓器。大型機械充電站一般以80~100組充電電池同時充電配置一個大型機械充電站，主要適用于出租車行業(yè)或電池租賃行業(yè)，一天不間斷充可以完成對400組電池的充電。②充電站電力配套的典型配置（大型機械充電站）配電站2路10KV電纜進線（配3*240mm電纜），2臺1600KVA變壓器，10路380V出線（配4*240mm電纜、50M長、10回路）。第三節(jié)電動汽車充電站的選址布局一、影響電動汽車充電站布局的因素2.1電動汽車充電量的總體需求電動汽車充電量的總體需求是影響充電站布局的關(guān)鍵因素。只有充電量達到一定規(guī)模之后,充電站才可能實現(xiàn)經(jīng)濟地大規(guī)模布點。電動汽車充電量與電動汽車保有量及車輛的日均行駛里程、單位里程能耗水平等相關(guān)。以上海市為例,據(jù)預(yù)測,到2020年電動汽車年電力需求樂觀預(yù)測將達到73.7億kW?h,這將要求電動汽車充電站具有相當(dāng)規(guī)模才能滿足車輛的充電需要。2.2電動汽車運行模式在不同的運行模式下,電動汽車對其續(xù)駛能力和充電時間要求也不同,從而影響著充電的方式和電能的消耗,充電站建設(shè)方式和功率需求也將受到直接影響。根據(jù)不同的用戶類型,電動汽車可以分為以下幾類:(1)示范區(qū)用車。如果為示范運行配備的車輛數(shù)有限,則為了提高車輛運營效率,建議采用更換電池組的方式,但是這就需要增加電池組的投資;如果配備的車輛能夠滿足運營要求,建議采用整車充電方式,這樣就可以降低電池組的投資,減少電池更換操作造成的工作量。鑒于示范區(qū)用車數(shù)量少,運行范圍相對集中,可以在示范區(qū)內(nèi)建立集中的大型充電站(電池更換點),實現(xiàn)規(guī)模化運作。(2)集團車隊。建議采用整車充電方式。這是由于他們的行駛里程和路徑可預(yù)估,可充分利用夜間停運時段進行充電,滿足下一次的行駛里程需要。集團車隊一般可充分利用集團的固定停車場建立充電站,主要利用夜間谷電充電。(3)社會車輛。根據(jù)車輛運營的目的采取適合的方式。比如,出租車和載客大巴車,需要及時快速補充電能,盡量增加運營時間,獲得更大的經(jīng)濟效益,建議在始發(fā)站點建立專用充電站或電池更換點,提高運營效率;用于上下班的私家車,停放時間和位置相對確定,可充分利用?？康臅r間進行充電,因此,可以依托停車場所,建立簡易充電設(shè)施提供充電服務(wù),這樣,不用興建大規(guī)模的集中充電站,可以大大降低成本。(4)微型車輛。根據(jù)個體實際情況決定采用整車充電方式或電池組更換方式的充電方式。這類電池的容量較小,充電時間不會太長,電池的成本較低,補充電能的方式只要方便使用者即可。對于充電站而言,車輛進入充電站的運行機制也會影響著充電站功率需求。車輛進入充電隊列時間越集中,充電站電力負(fù)荷將越大,充電站功率需求將越大。這里特別要提及的是,電動車應(yīng)充分利用電網(wǎng)谷電階段進行充電,對車輛所有者而言,最大限度降低運行成本,而電網(wǎng)公司則可借此調(diào)節(jié)電網(wǎng)的峰谷差。2.3電動汽車能源供給方式對于能源供給方式的選擇,現(xiàn)今普遍存在整車充電系統(tǒng)(包括常規(guī)充電、快速充電兩種模式)和地面充電系統(tǒng)兩種模式。(1)整車充電系統(tǒng):常規(guī)充電蓄電池在放電終止后,應(yīng)立即充電(在特殊情況下也不應(yīng)超過24h),充電電流相當(dāng)?shù)?大小約為15A,這種充電方式稱為常規(guī)充電(普通充電)。常規(guī)蓄電池的充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電,一般充電時間為5～8h,甚至長達10至20多h。常規(guī)充電模式的優(yōu)點為:1)盡管充電時間較長,但所用功率和電流的額定值并不關(guān)鍵,因此充電器和安裝成本比較低;2)可充分利用電力低谷時段進行充電,降低充電成本;3)可提高充電效率和延長電池的使用壽命。常規(guī)充電模式的主要缺點為充電時間過長,當(dāng)車輛有緊急運行需求時難以滿足。(2)整車充電系統(tǒng):快速充電常規(guī)蓄電池的充電方法一般時間較長,給實際使用帶來許多不便。為了縮短蓄電池達到滿充狀態(tài)的時間,同時,盡量降低蓄電池正負(fù)極板的極化,以提高蓄電池使用效率,國內(nèi)外一直都在不斷地研究和開發(fā)快速充電方法和技術(shù)?？焖俪潆婋姵氐某霈F(xiàn),為純電動汽車的商業(yè)化提供了技術(shù)支持?？焖俪潆娪址Q應(yīng)急充電,是以較大電流短時間在電動汽車停車的20min～2h,為其提供短時充電服務(wù),一般充電電流為150～400A。快速充電模式的優(yōu)點為:1)充電時間短;2)充電電池壽命長(可充電2000次以上);3)沒有記憶性,可以大容量充電及放電,在幾分鐘內(nèi)就可充電至70%～80%;4)由于充電在短時間內(nèi)(約為10～15min)就能使電池儲電量達到80%～90%,與加油時間相仿,因此,建設(shè)相應(yīng)充電站時可不配備大面積停車場。但是,相對常規(guī)充電模式,快速充電也存在一定的缺點:1)充電器充電效率較低,且相應(yīng)的工作和安裝成本較高;2)由于采用快速充電,充電電流大,這就對充電技術(shù)方法以及充電的安全性提出了更高的要求,同時計量收費設(shè)計也需特別考慮。(3)地面充電系統(tǒng)又稱機械充電,通過電池租賃方式,直接更換電動汽車的電池組。蓄電池更換站為續(xù)駛里程長而又沒能及時充電的客戶提供更換蓄電池的服務(wù),對卸載下的電池采用地面充電系統(tǒng)進行補充充電。這種模式下,備用電池組存儲空間及如何真正實現(xiàn)電池快速更換是問題考慮的關(guān)鍵。由于電池組重量較大,更換電池的專業(yè)化要求較強,更換站需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機械來快速完成電池的更換、充電和維護。采用這種模式,具有如下優(yōu)點:1)電動汽車用戶可租用充滿電的蓄電池,更換已經(jīng)耗盡的蓄電池,有利于提高車輛使用效率,也提高了用戶使用的方便性和快捷性;2)對更換下來的蓄電池可以利用低谷時段進行充電,降低了充電成本,提高了車輛運行經(jīng)濟性;3)從另一個方面看,解決了充電時間乃至蓄存電荷量、電池質(zhì)量、續(xù)駛里程長及價格等難題;4)由于電池的更換、充電和維護工作由專業(yè)人員完成,可以及時發(fā)現(xiàn)電池組中單電池的問題,進行維修工作,對于電池的維護工作將具有積極意義,電池組放電深度的降低也將有利于提高電池的壽命。這種模式面臨的最大障礙不是技術(shù)上的,而是管理上的,要解決的幾個主要問題是:電池與電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)化;電動汽車的設(shè)計改進、充電站的建設(shè)和管理,以及電池的流通管理等。以上3種充電模式各有自身的特點和適用范圍。在實際應(yīng)用中,可以將上述三種方法進行有機結(jié)合,以達到每天的行駛要求,即設(shè)計車輛續(xù)駛里程適中,滿足車輛技術(shù)、經(jīng)濟和運營的需要。在實際的運行中,以一定的實際放電深度為基準(zhǔn),能滿足下一個往返需求的,則繼續(xù)行駛;電池容量不能滿足要求而時間允許的,可進行快速充電;時間緊的,可進行電池快速更換。但這種綜合運行方案在電池剩余能量測量技術(shù)不成熟的情況下,必須建立每輛車的行駛檔案,以便估計車載電池的剩余電量情況。而多種方案相結(jié)合,對于運營的組織和管理也將帶來一定的難度。2.4動力電池特性不同種類動力電池具有不同的充電特性,最佳充電率在0.2～2.0C之間。電池系統(tǒng)額定電壓相同的情況下,最高充電電壓由于電池種類、結(jié)構(gòu)型式上的區(qū)別也體現(xiàn)出一定的差別。充電電流越大、充電電壓越高,單車充電功率需求越大,導(dǎo)致充電站容量需求越大。對于不同種類的電池,充電方法及充電控制策略也不同。應(yīng)根據(jù)其電池特性不同采用不同的充電方法,如恒流法、恒壓法、恒流限壓法及特定曲線法等。電池組充電控制的策略,無論側(cè)重于電池安全,還是保證最佳續(xù)駛里程,或是兩者間折中,確定的充電參數(shù)都存在一定差異。2.5充電時間不同運行模式的電動汽車對充電時間提出了不同的要求,而充電時間的不同需要不同的充電方式來滿足。在對充電時間要求不高的情況下,可在停運時間利用電力低谷進行常規(guī)充電,延長車輛的續(xù)駛里程,如夜間停止運行的公交車輛、公務(wù)車、特種車輛或社會車輛等;在充電時間較為緊迫的情況下,需要采用快速充電或電池組快速更換及時實現(xiàn)電能補充,如出租車和在線路上運行的公務(wù)車或社會車輛等。2.6充電場所及其他環(huán)境條件動力電池充放電工作效率受充電場所及環(huán)境條件的影響,尤其是受環(huán)境溫度的影響。在常溫下,電池充電接受能力較強,隨著環(huán)境溫度的降低,其充電接受能力逐漸降低。低溫時電池放電效率降低,在同樣的運行機制和行駛里程下,車輛能耗高、電池放電深度大。同樣,在低溫下動力電池充電效率也降低。因此,隨環(huán)境溫度降低,充電站功率需求將增加。建設(shè)充電站時應(yīng)盡可能保證其環(huán)境溫度有利于電池充電要求。2.7充電技術(shù)發(fā)展對充電站的要求(1)充電快速化在目前動力電池不能直接提供更多續(xù)駛里程的情況下,如果能夠?qū)崿F(xiàn)電池充電快速化,從某種意義上也就解決了電動汽車?yán)m(xù)駛里程短這個致命弱點。對電動車用動力蓄電池的充電快速化要求不同于對常規(guī)蓄電池的要求,它應(yīng)具有充電時間短、充電效率高以及對蓄電池使用壽命影響小的特點。(2)充電通用性在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi),電動汽車用蓄電池仍將是多種類型電池共存的局面。各種電動汽車所采用的電池中有鉛酸電池,鋰離子電池、鎳氫類電池,還會有其他種類的電池。此外,即使是同一類型的電池,也存在不同的電壓等級。公共場所的充電裝置必須具有適應(yīng)多種類型蓄電池系統(tǒng)和適應(yīng)各種電壓等級的能力,即充電系統(tǒng)需要具有充電廣泛性,具備多種類型蓄電池的充電控制算法,可與各類電動汽車上的不同蓄電池系統(tǒng)實現(xiàn)充電特性匹配,能夠針對不同的電池進行充電。在電動汽車商業(yè)化的早期,就應(yīng)該制定相關(guān)政策措施,規(guī)范公共場所用充電裝置與電動汽車的充電接口、充電規(guī)范和接口協(xié)議等。(3)充電智能化制約電動汽車發(fā)展及普及的最關(guān)鍵問題之一是儲能電池的性能和應(yīng)用水平。與電動車身、驅(qū)動電機、控制技術(shù)等方面的發(fā)展相比,電池的充、放電技術(shù)仍很落后,需要在優(yōu)化現(xiàn)有電池智能化充電方法和開發(fā)新型高性能電池等方面努力。優(yōu)化電池智能化充電方法的目標(biāo)是要實現(xiàn)無損電池的充電,監(jiān)控電池的放電狀態(tài),避免過放電現(xiàn)象,從而達到延長電池的使用壽命和節(jié)能的目的。同時,對電池進行實時的或定期自動檢測、診斷和維護,最大限度的保證電池的可靠運行。(4)電能轉(zhuǎn)換高效化提高充電裝置的電能轉(zhuǎn)換效率,采用高效充電裝置對降低電動汽車運行能耗具有重要意義。不同類型充電裝置機的電能轉(zhuǎn)換效率存在巨大差別。對于充電站,從電能轉(zhuǎn)換效率和建造成本上考慮,應(yīng)優(yōu)先選擇具有電能轉(zhuǎn)換效率高,建造成本低等諸多優(yōu)點的充電裝置,如集中隔離型充電裝置等。(5)充電集成化目前電動汽車充電系統(tǒng)是作為一個獨立的輔助子系統(tǒng)而存在的,但是隨著電動汽車技術(shù)的不斷成熟,本著子系統(tǒng)小型化和多功能化的要求,以及電池可靠性和穩(wěn)定性要求的提高,充電系統(tǒng)將和電動汽車能量管理系統(tǒng)集成為一個整體,集成傳輸晶體管、電流檢測和反向放電保護等功能,無需外部組件即可實現(xiàn)體積更小、集成化更高的充電解決方案,從而為減少充電站的設(shè)備占地,提高充電站單位土地面積的充電服務(wù)效率。二、電動汽車充電站的選址原則電動汽車充電站布局包括“需求”和“可能性”兩個因素。衡量充電站需求的主要指標(biāo)是交通量與服務(wù)半徑兩個要素,決定可能性與否關(guān)鍵在于交通、環(huán)保及區(qū)域配電能力等外部環(huán)境條件與該地區(qū)的建設(shè)規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃。3.1充電站分布與電動汽車交通密度和充電需求的分布盡可能一致交通密度是指在單位長度車道上,某一瞬間所存在的車輛數(shù),一般用輛車道表示。根據(jù)定義,密度基本上是在一段道路上測得的瞬時值,它不僅隨時間的變化而變動,也隨測定區(qū)間的長度而變化。為此,常將瞬時密度用某總計時間的平均值表示。該區(qū)域的電動汽車交通密度越大,說明在區(qū)域內(nèi)運行的電動汽車數(shù)量越大,從而對充電站點的需求也會越大。充電需求是指一定數(shù)量的電動汽車在特定時間和特定地點對充電的需求。充電需求和交通密度密切相關(guān),但又受到電動汽車的運行方式的制約。例如,對于電動公交車來說,其起(終)點站為其充電需求區(qū)域,會增加其運營線路上的電動汽車交通密度;企業(yè)班車以企業(yè)所在地為其充電需求區(qū)域,會增加其行駛線路上的電動汽車交通密度。充電站網(wǎng)點數(shù)量控制應(yīng)考慮與充電需求的分布盡可能保持一致,應(yīng)與各區(qū)域的電動汽車交通密度成正比。3.2充電站的布局應(yīng)符合充電站服務(wù)半徑要求電動汽車充電站的分布可以參考建設(shè)部《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》(1995)中的加油站服務(wù)半徑規(guī)定,結(jié)合電動汽車自身的運行特點以及各區(qū)域的計算服務(wù)半徑按實際需要設(shè)定。由于各交通區(qū)域的交通密度不一樣,反映充電站網(wǎng)點密度的服務(wù)半徑也各不相同。動力電池的續(xù)駛能力是影響充電站服務(wù)半徑的另一大因素。目前,電動汽車動力電池的理論單次充電行駛里程在150～200km左右,實際上,考慮電池的壽命老化、交通擁堵等現(xiàn)實因素,從保證電動汽車使用者連續(xù)行駛角度出發(fā),充電站的服務(wù)半徑應(yīng)以電動汽車單次充電行駛里程100km(甚至更短)計算。只有這樣才能有效保障電動汽車的持續(xù)行駛能力。3.3充電站的設(shè)置應(yīng)滿足城市總體規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃要求充電站布局是對不同區(qū)域的充電站需求條件分析后得出的結(jié)果,但是充電站具體選址定點還須考慮其實施的可能條件。充電站的選址定點應(yīng)結(jié)合地區(qū)建設(shè)規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃,以網(wǎng)點總體布局規(guī)劃為宏觀控制依據(jù),經(jīng)過對布局網(wǎng)點及其周圍地區(qū)規(guī)劃選址方案的比較,確定網(wǎng)點設(shè)置用地。從長遠(yuǎn)考慮,充電站的設(shè)置應(yīng)有與城市規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃相匹配的統(tǒng)籌規(guī)劃。政府應(yīng)對充電站的建設(shè)應(yīng)采取市場準(zhǔn)入制度,根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃及電動汽車推廣應(yīng)用情況對充電站布局建設(shè)做出科學(xué)規(guī)劃安排,防止出現(xiàn)“一窩蜂”的重復(fù)投資現(xiàn)象,減少投資浪費。3.4充電站的設(shè)置應(yīng)充分考慮本區(qū)域的輸配電網(wǎng)現(xiàn)狀電動汽車充電站運營時需要高功率的電力供應(yīng)支撐,在進行充電站布局規(guī)劃時,應(yīng)與電力供應(yīng)部門協(xié)調(diào),將充電站建設(shè)規(guī)劃納入城市電網(wǎng)規(guī)劃中。城市電網(wǎng)規(guī)劃是城市電網(wǎng)發(fā)展和改造的總體計劃。將充電站布局規(guī)劃納入到城市電網(wǎng)規(guī)劃中,可以提高充電站電能供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性,為充電站運營提供可靠的電力供應(yīng)保障。另外,由于電動汽車充電設(shè)備是一種非線性負(fù)荷,工作時產(chǎn)生的諧波電流很高,諧波注入電網(wǎng)會造成電能質(zhì)量降低等負(fù)面影響。在充電站快速短時充電時,由于負(fù)荷變化太快,沖擊電壓也可能對電網(wǎng)造成影響。這些都需要在建設(shè)充電站時予以考慮。以上海地區(qū)為例,據(jù)預(yù)測,到2020年電動汽車年電力需求樂觀預(yù)測將達到73.7億kW?h。因此,未來的電力配送體系和充電站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)能支撐電動汽車巨大的電能需求。同時,電動汽車充電量的需求也將影響著供電系統(tǒng)中充電方式及導(dǎo)線、開關(guān)電器和變壓器等設(shè)施的選擇,以保證供電系統(tǒng)安全運行。3.5充電規(guī)劃應(yīng)充分考慮電動汽車未來發(fā)展趨勢隨著國家強力推動,電動汽車行業(yè)將會出現(xiàn)長足發(fā)展。在進行電動汽車充電站布局規(guī)劃時應(yīng)充分考慮到電動汽車的推廣應(yīng)用對充電站建設(shè)的推動作用,規(guī)劃應(yīng)具有前瞻性和全局性,應(yīng)留有潛力,能夠適應(yīng)未來數(shù)年內(nèi)電動汽車的發(fā)展要求。以充電機整流模塊(PUM)設(shè)計為例,目前該模塊的安裝尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),從技術(shù)上看,既可以安裝在車內(nèi),也可集成于地面充電機內(nèi)。作為充電設(shè)施供應(yīng)商,從經(jīng)濟角度來說,當(dāng)然希望將PUM安裝在車內(nèi),這樣可以簡化充電機設(shè)計,并且降低生產(chǎn)成本。但車內(nèi)安裝PUM將占用車輛空間,降低車輛的有效載荷,同時,這部分成本將轉(zhuǎn)嫁到電動汽車使用者一方,提高了消費者購車成本,不利于電動汽車的推廣應(yīng)用。三、電動汽車充電站的規(guī)劃總結(jié)電動汽車充電站是電動汽車發(fā)展所必須的基礎(chǔ)設(shè)施。布局合理的電動汽車充電站規(guī)劃對電動汽車的普及發(fā)展將起到不可替代的作用。在國內(nèi),電動汽車行業(yè)還處于萌芽階段,對城市范圍內(nèi)的充電站布局規(guī)劃研究剛剛起步。第四節(jié)電動汽車充電站的建設(shè)一、電動汽車充電站的結(jié)構(gòu)組成充電站按照功能可以劃分為四個子模塊：配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)、充電站監(jiān)控系統(tǒng)。充電站給汽車充電一般分為三種方式：普通充電、快速充電、電池更換。普通充電多為交流充電，可以使用220V或380V的電壓?？焖俪潆姸酁橹绷鞒潆?。充電站主要設(shè)備包括充電機、充電樁、有源濾波裝置、電能監(jiān)控系統(tǒng)。建設(shè)電動汽車充電計費系統(tǒng)，系統(tǒng)的實現(xiàn)由三部分組成，下面分別進行介紹：1、建設(shè)充電計費系統(tǒng)管理平臺，對系統(tǒng)涉及到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行集中式管理，例如電動汽車信息、購電用戶信息、資產(chǎn)信息等。2、建設(shè)充電計費系統(tǒng)運營平臺，用于對電動汽車的充放電及購電用戶的充值進行運營管理。3、建設(shè)充電計費系統(tǒng)查詢平臺，用于對管理平臺及運營平臺產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)進行綜合查詢圖表：電動汽車充電站的結(jié)構(gòu)組成資料來源：極數(shù)據(jù)咨詢(需要最新數(shù)據(jù)或者其他報告的大人，——極數(shù)據(jù)咨詢tony)

整理、行業(yè)相關(guān)協(xié)會二、電動汽車充電站基礎(chǔ)設(shè)施的功能為適應(yīng)電動汽車的廣泛使用，政府相關(guān)部門與企業(yè)應(yīng)根據(jù)電動汽車的流量與續(xù)航里程，在交通線路上設(shè)置具有適當(dāng)間距、數(shù)量足夠的電動汽車充電站。所建設(shè)的充電站至少應(yīng)具備補充能源（主要為電能）和提供維修服務(wù)兩大基本功能，并配備相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人員來完成這項工作。在充電站的基礎(chǔ)設(shè)施方面，需配備電力輸入設(shè)備（接口與纜線）、快速充電機、電能輸出設(shè)備線路（接口與纜線）、動力源性能檢測與診斷儀器、專用滅火器材以及電動汽車零配件等。此外，還應(yīng)與電動汽車動力源供應(yīng)商通力合作，為有更換需要的電動汽車提供備用動力源。充電站必須正確選擇供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線、開關(guān)電器及變壓器等設(shè)施，以保證供電系統(tǒng)的安全運行。需要準(zhǔn)確分析電動汽車的電能需求，這對未來不同區(qū)域的電力配送、負(fù)荷預(yù)測具有意義。因此，在設(shè)計充電機時，應(yīng)以電動汽車動力源充電功率需求為基礎(chǔ)。同時，充電站建設(shè)必須考慮每臺充電機所需功率，按照點東莞汽車充電運行機制及每臺車的功率需求變化曲線進行分析，最終根據(jù)市場上電動汽車的類別與運行規(guī)律安排充電站建設(shè)和對應(yīng)的充電模式。此外，借助先進的計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行充電站通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與建設(shè)，實現(xiàn)充電站運行與管理的智能化，也是一項有意義的工作。電動汽車充電站主要由配電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)、充電系統(tǒng)和充電站監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。其中，配電系統(tǒng)主要完成將高壓交流電壓變?yōu)榕c充電裝置相適應(yīng)的低壓直流電或380V(220V)交流電。電動汽車電池調(diào)度系統(tǒng)用來服務(wù)可更換電池的電動汽車，包括電池存儲、電池更換、電池維修。三、充電站外部接入方式的影響因素充電站的外部接入方式受到許多因素的影響，包括供電可靠性、建設(shè)規(guī)模、建設(shè)成本等。(1)供電可靠性要求供電可靠性是指供電系統(tǒng)持續(xù)供電的能力，是考核供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。反映了電力工業(yè)對國民經(jīng)濟電能需求的滿足程度，已經(jīng)成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)達程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。充電站的外部接入在電力安全方面應(yīng)滿足供電可靠性要求。⑵建設(shè)規(guī)模電動汽車充電站的建設(shè)規(guī)模是指充電站的占地面積、電力負(fù)荷容量、電壓等級、站內(nèi)充電機的型號數(shù)量等。這些因素直接影響到外部接入的電力設(shè)備選型。充電站建設(shè)規(guī)模越大，對外部接入的要求也越高。⑶建設(shè)成本電動汽車充電站的建設(shè)成本是指充電站在投入使用前的所有建設(shè)費用和投入的總和。其中，電力外部接入建設(shè)費用占有一定的比例。在保障供電運行可靠性和靈活性要求的基礎(chǔ)之上，充電站的外部接入應(yīng)選建設(shè)成本低、經(jīng)濟性好的電氣接線方式及配電設(shè)備。四、各類充電站的外部接入方式⑴獨立設(shè)施獨立充電設(shè)施包括多為商業(yè)運營，充電終端數(shù)目多，其停電影響比較大，可考慮由兩回路電源供電，供電變壓器亦應(yīng)有兩臺(兩臺變壓器不一定在同一變電所)。從供用電的安全可靠性及充電站投資成本兩方面綜合考慮，可采取雙路高壓電源進線單母線分段的外部接線方式。⑵獨立設(shè)備對于獨立充電設(shè)備，如居民小區(qū)停車場、社會停車場等處安裝的電動汽車充電終端等，其供電可靠性要求要低于獨立充電設(shè)施，并且從實際情況考慮，往往不具備條件新建專門的供電變壓器等，只能利用原有的供電配套設(shè)施進行改造。必須根據(jù)充電設(shè)備安裝點現(xiàn)有的負(fù)荷容量來考慮，包括谷電的負(fù)荷。具體方案應(yīng)根據(jù)實際的供電設(shè)施、小區(qū)的建筑環(huán)境具體來確定。五、充電站電力配套資金的投入⑴常規(guī)充電①典型常規(guī)充電站的規(guī)模根據(jù)目前電動汽車常規(guī)充電的數(shù)據(jù)資料，一般以20~40輛電動汽車來配置一個充電站，這種配置是考慮充分利用晚間谷電進行充電，缺點是充電設(shè)備利用率低。在高峰時也考慮充電，則可以60~80輛電動來配制一個充電站，缺點是充電成本上升，增加高峰負(fù)荷。②充電站電力配套的典型配置（前提充電柜具有諧波等處理功能）a方案：建造配電站設(shè)計2路10KV電纜進線（配3*70mm電纜），2臺500KVA變壓器，24路380V出線。其中二路為快速充電專用出線（配4*120mm電纜、50M長、4回路），二路為機械充電或備用出線，其余為常規(guī)充電出線（配4*70mm電纜、50M長、20回路）。b方案：設(shè)計2路10KV電纜線（配3*70mm電纜），設(shè)置2臺500KVA用戶箱變，每臺箱變配4路380V出線（配4*240mm電纜、20M長、8回路），每路出線設(shè)置一臺4回路電纜分支箱向充電柜供電（配4*70mm電纜、50M長、24回路）。⑵快速充電①典型快速充電站的規(guī)模根據(jù)目前電動汽車快速充電的數(shù)據(jù)資料，一般以同時向8輛電動汽車充電來配置一個充電站。②充電站電力配套的典型配置a方案建造配電站設(shè)計2路10KV電纜進線（配3*70mm電纜），2臺500KVA變壓器，10路380V出線（配4*120mm電纜、50M長、10回路）。b方案設(shè)計2路10KV電纜線（配3*70mm電纜），設(shè)置2臺500KVA用戶箱變，每臺箱變配4路380V出線，供充電站（配4*120mm電纜、50M長、8回路）。⑶機械充電①機械充電站的規(guī)模小型機械充電站可以結(jié)合常規(guī)充電站建設(shè)同時考慮，可以根據(jù)需要選擇更大容量的變壓器。大型機械充電站一般以80~100組充電電池同時充電配置一個大型機械充電站，主要適用于出租車行業(yè)或電池租賃行業(yè)，一天不間斷充可以完成對400組電池的充電。②充電站電力配套的典型配置（大型機械充電站）配電站2路10KV電纜進線（配3*240mm電纜），2臺1600KVA變壓器，10路380V出線（配4*240mm電纜、50M長、10回路）。⑷便攜式充電①別墅具備三相四線表計，獨立的停車庫，可以利用已有的住宅供電設(shè)施，從住宅配電箱專門放一路10mm2或16mm2的線路至車庫的專用插座，來提供便攜式充電電源。②一般住宅具有固定的集中停車庫，一般要求地下停車庫（充電安全考慮），可以利用小區(qū)原有的供電配套設(shè)施進行改造，必須根據(jù)小區(qū)已有的負(fù)荷容量來考慮，包括谷電的負(fù)荷。具體方案應(yīng)根據(jù)小區(qū)的供電設(shè)施、方案以及小區(qū)的建筑環(huán)境具體來確定。第五節(jié)電動汽車充電站的運作一、綜述目前，隨著電動汽車迅猛發(fā)展，與電動汽車相配套的充電站正成為一種新興產(chǎn)業(yè)，各種資本正競相進入該領(lǐng)域。國家電網(wǎng)已將電動汽車充電站并入智能電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃，率先宣布2010年將在全國27個城市建設(shè)充電站網(wǎng)絡(luò)，擬建公用充電站75座、交流充電樁6209臺以及部分電池更換站。南方電網(wǎng)也在大規(guī)模鋪開充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，據(jù)了解，僅深圳市2009～2015年要興建250個充電站，12500個充電樁，共需采購設(shè)備5億元，其中充電設(shè)備價值約3.39億元（扣除變配電設(shè)備）。除了兩大電網(wǎng)公司外，兩大能源央企（中石化和中石油）也開始布局充電站市場。然而，“一項新的、先進的技術(shù)或方法不能指望潛在的消費者能夠廣泛地認(rèn)識到它所謂的顯而易見的利益，它是一個社會過程，涉及到人的價值觀、消費習(xí)慣、生活經(jīng)驗甚至是人際關(guān)系影響，它是整個社會系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化的過程?！币虼?，一項新的產(chǎn)業(yè)僅有技術(shù)的創(chuàng)新是不夠的，它還需要商業(yè)運營模式的創(chuàng)新。技術(shù)進步只是產(chǎn)業(yè)增長的外在表現(xiàn)，基于制度基因的商業(yè)模式的創(chuàng)新才是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在我國，電動汽車充電站的業(yè)務(wù)才剛剛起步，運營模式還沒形成，各個相關(guān)的利益群體對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的傾向也不盡相同。根據(jù)國外電動汽車充電站的實際情況來看，根據(jù)技術(shù)與充電方式的不同，電動汽車充電站的運營模式基本上可以分為“整車充電”與“電池更換”兩種模式。二、整車充電模式1.1整車充電模式思想整車充電模式是很多國家研究試驗的重點，這種模式把電池與車輛作為一個整體來考慮，其規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵是能夠研制生產(chǎn)出“容量大、成本低、充電快、壽命長”的電池產(chǎn)品，在便捷性上滿足用戶的需求，具體又包括常規(guī)充電和快速充電兩種類型。1.1.1常規(guī)充電蓄電池在放電終止后，應(yīng)立即充電，充電電流相當(dāng)?shù)停笮〖s為15A，這種充電叫做常規(guī)充電（普通充電）。常規(guī)蓄電池的充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電，一般充電時間為5～8h，甚至長達10至20多個小時。盡管充電時間較長，但因為所用功率和電流的額定值并不關(guān)鍵，因此充電器和安裝成本比較低；可充分利用電力低谷時段進行充電，降低充電成本；可提高充電效率和延長電池的使用壽命。這種充電方式通常適用于：設(shè)計電動汽車的續(xù)駛里程盡可能大，需滿足車輛一天運營需要，僅僅利用晚間停運時間充電?，F(xiàn)階段技術(shù)條件下，電池的續(xù)駛里程大約為200km，像私家車、市內(nèi)環(huán)衛(wèi)車、企業(yè)商務(wù)車等車輛日均行駛里程都在電池的續(xù)駛里程范圍之內(nèi)，均可采用常規(guī)充電的方式。1.1.2快速充電快速充電又稱應(yīng)急充電，是以較大電流短時間在電動汽車停車的20min至2h內(nèi)（具體的充電時間由電動汽車動力電池的接收能力而定），為其提供短時充電服務(wù)，一般充電電流為150～400A。充電時間短；充電電池壽命長（可充電2000次以上）；沒有記憶性，可以大容量充電及放電，在幾分鐘內(nèi)就可充70%～80%的電；由于充電在短時間內(nèi)（約為10～15min）就能使電池儲電量達到80%～90%，與加油時間相仿，使電動汽車使用起來非常方便。這種充電方式適用情況為：電動汽車的日平均里程大于電池的續(xù)駛里程即200km，即在車輛運行的間隙進行快速補充電，來滿足運營需要；比如公交車、出租車等車輛它們的日平均行駛里程在300km左右，則還有100km左右的電量需要在峰、平時段通過快速充電的方式進行補充。當(dāng)然也可以采用更換電池的方式來進行能量的補給。1.2整車充電模式的運營及盈利方式透析電動汽車整車充電模式中的常規(guī)充電和快速充電的盈利方式是一樣的，只是向用戶所收取的充電費用不同而已。該模式運營需要行業(yè)方方面面的企業(yè)和個人的參與，主要包括電動汽車制造商、電池生產(chǎn)商、中間運營商（建站企業(yè)）、能源供給企業(yè)及充電站、電動汽車用戶及政府部門。該模式在運營過程中首先是能源供給企業(yè)通過向中間運營商（建站企業(yè)）支付一定的建站費用來建設(shè)電動汽車充電站。當(dāng)用戶來充電站對電動汽車充電時能源供給企業(yè)及充電站向用戶收取一定的充電費用來實現(xiàn)自身的盈利。能源供給企業(yè)及充電站利潤值=（用戶的充電費用+政府部門建站補貼）-（電動汽車充電站建設(shè)費+電動汽車充電站日常運營費）。1.3整車充電的管理與繳費整車充電的管理與繳費是通過刷卡的形式進行的。電動汽車用戶可通過能源供給企業(yè)提供的IC卡進行汽車充電繳費。目前，電動汽車充電電價還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，不過各省市可以按當(dāng)?shù)仄胀ㄉ虡I(yè)用電其他類別收取。當(dāng)用戶需要充電時，將IC卡置于插卡口內(nèi)，充電樁根據(jù)IC卡內(nèi)的信息進行用戶身份確認(rèn)，得到確認(rèn)后提示用戶進行正確的連接；然后用戶把充電樁上的充電槍與車輛進行連接，同時在充電樁操作界面上進行充電參數(shù)設(shè)定，選擇充電模式（定量充電、定金額充電、自動充滿）等；當(dāng)用戶完成設(shè)定工作并啟動充電后，充電樁執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取、記錄等處理工作，并控制電氣回路為輸出連接器加電；充電過程啟動后，用戶取走IC卡，充電樁自動進行充電及相關(guān)數(shù)據(jù)計量、記錄處理；當(dāng)充電過程達到結(jié)束條件后，充電樁停止充電。當(dāng)用戶再次刷卡后，操作界面顯示完整的充電信息，提示用戶斷開充電樁與車輛的連接，并進行有關(guān)費用結(jié)算操作，打印收費單據(jù)等（在此時如果用戶直接把卡取走而不進行費用的結(jié)算，那么在用戶下次進行充電時，計費系統(tǒng)會自動扣掉上次充電應(yīng)交的充電費用，否則不再給當(dāng)前用戶進行充電服務(wù)）。二、更換電池模式2.1更換電池模式思想更換電池模式也稱租賃電池模式，是一種把車輛與電池分開考慮的思路。用戶只購買汽車，由專門的電池租賃公司負(fù)責(zé)電池的購買、租賃、充電、快速更換及管理?？梢宰層脩粝瘛捌嚰佑汀币粯臃奖愕氐玫侥茉垂┙o。它的運營模式是通過各個電池更換站集中對標(biāo)準(zhǔn)化的電池充電，電動汽車用戶需要補充能源時，可以非常方便地到任意一個更換站更換充好的電池。2.2更換電池模式的運營及盈利方式透析電動汽車更換電池模式的運營與整車充電模式的運營所需要參與的企業(yè)和個人是一樣的，在上面已經(jīng)具體的給出在這不再一一介紹。能源供給企業(yè)及換電站利潤值=（用戶的所用電費+電池租賃費+賣廢舊電池所得利潤+政府部門補貼）-（電池購買費用+電池更換站建設(shè)費+電池維護費用+電池更換站日常運營費），具體的運營過程如圖3所示，其具體的運營過程包括電池的租賃、電池的更換、電池的維護和電池的回收。2.2.1電池租賃能源供給企業(yè)購買電池后通過向中間運營商（建站企業(yè)）支付一定的建站費用來進行更換站的建設(shè)。電動汽車用戶在購買“裸車”后，去電池更換站辦理相應(yīng)的“租賃手續(xù)”及交一定的租金就能使電動汽車投入使用。租賃的手續(xù)及租金由相關(guān)部門協(xié)商而定，對于租金可以肯定的是，因為換給消費者的是一塊充滿電的電池，加上一些其他成本，租賃電池的價格肯定要比消費者自己在家充電貴，但是絕對遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燃油的費用。用戶在電池的使用過程中不僅要交租金，每次更換電池時根據(jù)電池電量的消耗情況用戶還要向電池更換站交納相應(yīng)的所用電費。2.2.2電池的快速更換為了使得更換更加快捷，需要更換電池的車輛進站之前應(yīng)向站臺提出電池更換請求，以便站臺調(diào)度安排停車位置、通知電池更換庫準(zhǔn)備整車更換電池并運至更換電池區(qū)、準(zhǔn)備卸載設(shè)備。當(dāng)車輛進站后，根據(jù)調(diào)度指令將車開到更換電池區(qū)準(zhǔn)確位置，準(zhǔn)備更換電池。在更換電池前，必須仔細(xì)翻閱車載監(jiān)控裝置故障記錄，檢查車輛電池在運營過程中是否故障。如果有故障記錄，則記錄故障信息（包括故障位置和類型）。然后清除故障記錄。然后進行更換電池，首先斷開整車的高低壓供電，然后才能卸載電池。卸載的時候，將故障電池和無故障電池分開擺放。對于故障電池箱，將故障電池和故障信息一并送維護車間，無故障的電池箱送充電區(qū)充電。卸載完畢后，將已經(jīng)準(zhǔn)備好的電池裝車。接通整車的高低壓供電，再進行一次故障診斷，確保更換完電池之后整車運行正常后將車駛出更換電池區(qū)。2.2.3電池的維護當(dāng)電池在使用過程中，個體電池的容量會出現(xiàn)嚴(yán)重不均衡的現(xiàn)象。這樣在電池串聯(lián)充電時，只要有一只電池的充電電壓達到最高限制電壓，就要立即停止充電，而此時電壓較低的個體電池還處于欠充狀態(tài)；反過來在電動汽車行駛過程中，只要有一只電池