摘要：电动汽车是未来新能源汽车的发展方向，能实现交通领域能源利用的多元化和清洁化。充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要支撑和前提。将国内外典型的集中充电模式进行分类，介绍了不同充电模式的功能特点；指出今后电动汽车充电模式的发展趋势及前景。
关键词：电动汽车；充电模式
0前言
目前汽车燃油消耗已成为石油消耗的主体，根据预测，到2020年我国汽车对石油的消耗将达到全国石油消耗总量的55%，电动汽车替代燃油汽车将大幅降低对石油的依赖，提高能源安全性，实现交通领域能源利用的多元化和清洁化。电动汽车充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节，对电动汽车的产业发展具有重大影响。电动汽车充电技术由于受不同国家和地区电网系统的影响，在充电过程中发展起来的充电模式也不相同，目前，电动汽车在充电型式上主要有传统充电、感应充电、交换充电三种模式。本文将国内外典型的集中充电模式进行了分类，介绍了不同充电模式的具体的功能特点；指出了今后电动汽车充电模式的发展趋势及前景。
1 电动汽车主流充换电模式
电动汽车以蓄电池储能作为驱动力，由于电池储能水平短期内难以突破，与内燃机汽车500km的设计续航里程相比，电动汽车续航里程是一个明显的短板。电池的动力特性决定了当前电动汽车小型化、轻量型和低配置的发展方向，选择适合的电能供应方案可以弥补电动汽车续航里程不足的短板，是电动汽车使用的关键问题。电动汽车电能供应有四种主要模式：快速充电、慢速充电、电池更换、非接触式充电等。
1.1 快速充电模式
快速充电模式采用公共充电设施对电池充电，也即非车载充电模式。充电设施有一体式直流充电机、分体式直流充电机两种类型。按现有电池充电技术水平，电池充电容辆0.5C，电池深度充放电情况下充满时间约为2小时，理论上最高可减少至半小时。一般布置于市区内部、高速公路、城际公路等，为客户提供快速充电服务。
主要优点：技术较为成熟，接口标准要求较低；充电速度快，增加电动汽车长途续航能力，是一种有效的补充方案。
主要缺点：充电功率较大，接口和用电安全提高，电池散热成为重要因素；电池不能深度充电，一般为电池容量的80%左右，容易损害电池寿命，需要承担更多的电池折旧成本；短时用电消耗大，对配电网要求较高，基础设施配套需求巨大；一般在白天和傍晚时间段充电，属于城市电力负荷高峰时段，对城市电网的安全性是一种威胁，而且不享受夜间电价打折；快速充电模式技术较为成熟，接口标准逐渐统一。
1.2 慢速充电模式
慢速充电模式采用车载充电设备对电池充电，也即车载充电模式或插电式充电模式。与快速充电模式相比，慢速充电模式功率低，约6.6kW，同时充电时间加长，一般为8小时～10小时。
主要优点：慢速充电技术成熟，技术门槛低，使用方便，容易推广普及；充电设施配置简单，占地较小，投资少；电池充电过程缓和，电池能够深度充满，续航能力更长；充电时电池发热温和，不易发生高温短路或爆炸危险，安全性较高；接口和相关标准较低；充电功率相对低，对配电网要求降低，基础设施配套需求小；一般选择夜间充电，可避开傍晚用电高峰期，享受低谷电价优惠，节能效果较好。
主要缺点：充电时间长，续航里程有限，使用受到限制；充电设用于有慢速充电需求的停车场所，如住宅小区停车场，社会公共停车场等。
1.3 电池更换模式
电池更换模式采用动力电池更换迅速补充车辆电能，电池更换可在3分钟以内完成，理论上无限提升了车辆续航里程。
主要优点：电池更换客户感受接近传统的加油站加油；用户只需购买裸车，电池采用租赁，大幅降低了车辆价格；采用适合的充电方式保证电池的健康以及电池效能的发挥，电池集中管理便于集中回收和维护，减小环境污染；选择夜间用电低谷时段慢速充电，降低服务机构运行成本，对电网起到错峰填谷作用。
主要缺点：基础设施建设成本较高，占用场地大，电网配套要求高；需解决电动车更换电池方便问题，例如电池设计安装位置、电池拆卸难易程度等；需要电动汽车行业众多标准的严格统一，包括电池本身外形和各项参数的标准化，电池和电动车接口的标准化，电池和外置充电设备接口的标准化等；电池更换容易导致电池接口接触不良等问题，对电池及车辆接口的安全可靠要求提高；电池租赁带来的资产管理、物流配送、计价收费等一系列问题，运作复杂性和成本提高。
2电动汽车充电设施发展
目前，电动汽车充电设施各项关键技术已趋成熟，在政府部门支持下，电力供应商主导了充电基础设施和服务网络的建设运营，推动电动汽车产业的发展， 电动汽车示范工作得到稳步推进。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆国家电网公司提出了“换电为主、插充为辅、集中充电，统一配送”的总体思路，对电动汽车大规模推广应用起到了积极作用。采用何种充电模式主要由以下三点决定：一是使用的便利性和经济性是否达到消费者的要求；二是运营企业的投入成本，这决定电动汽车充电站的可持续发展能力；三是对城市电网的安全、高效运行是否造成影响。从以上三个因素综合考虑，给出如下建议：
(1)换电模式在目前动力电池的尺寸和技术规格尚未统一的情况下尚不具备规模推广的条件，而且换电站对场地面积有较高要求，再加之额外购买换电设备会推高其投资成本，因此建议暂不开展换电站的建设。
(2)快速充电目前可充分满足消费者使用的便利性，其投资成本也远低于换电站，虽然快速充电会带来谐波，但目前抑制谐波的技术措施已较为成熟，不会阻碍其长期发展，因此建议将快速充电作为目前公共充电设施主要的建设方向。
(3)慢速充电虽然投资成本较低，但无法满足消费者的紧急充电和长距离行驶需求，只适合于居民小区等地点进行分散建设，但此类地点建设充电桩存在较大的协调难度，因此建议将慢速充电作为快速充电的补充进行少量示范建设。
3 电动汽车充电设施运营方式的分析
目前电动汽车充电基础设施建设运营的商业模式主要有电动汽车制造厂商主导模式、电网企业主导模式和第三方建设运营企业主导模式，以下将针对这三种模式选取典型案列进行分析。
3.1 特斯拉超级充电站
特斯拉超级充电站是由电动汽车制造厂商主导的模式，它由特斯拉公司自已投资建设“超级充电站”，站点主要建设在位于大城市之间的高速公路旁的服务中心和城市商业中心附近，它只为其自己旗下的电动汽车提供充电服务，且该服务为永久免费服务，目前特斯拉已在全球建设了500余个超级充电站，其中在中国就投资建设了100余个超级充电站，是特斯拉除美国以外的最大充电网络。另外，作为补充特斯拉还向消费者随车附送了一台壁挂式交流充电桩，用户只需要拥有一个固定车位，与物业沟通后即可由第三方团队有偿安装。
该模式的优势在于能够充分保证充电服务的质量，给客户提供更佳的服务体验，但服务对象仅限购买该品牌汽车的客户，客户群较为狭小。
3.2 青岛公交换电站
青岛换电公交模式是由电网企业主导的模式，它由国家电网青岛供电公司负责投资，委托许继集团进行总承包建设，采用“主业管理、运维外包”的运营模式，即站点建设完成后，继续交由许继集团成立专业运维团队进行充换电设施的运行和维护，不仅缓解了电网企业的用工压力，也保证了充换电设施维护的专业性。
该模式的优势在于电力企业可以充分发挥其在上游电力能源生产环节和电力传输网络上的优势，可以最大程度发掘电力资源较汽油的价格优势，同时，电力企业在充电技术和充电标准上也更具行业经验，但其劣势在于电网企业缺少终端销售网络和充电站的运营经验。
3.3 深圳公交充电站
深圳公交充电站是由第三方建设运营企业主导的模式，深圳市政府通过特许经营的方式，将中国普天作为运营商引入，深圳的公交充电站均由普天公司投资建设并负责运营维护，目前该公司已在深圳投入了超过10亿元建设了74座充电站，主要客户为深圳的公交公司和出租车公司。普天公司通过“燃油对价”的方式赚取同里程下形成的油电差价，即公交公司按照传统燃油大巴的标准，计算行驶里程所需的等价燃油费支付给普天公司。
3结束语
电动汽车是未来新能源汽车的发展方向，充电设施的建设是电动汽车产业发展的前提。国家工业和信息化部发布的6项电动汽车及充电设施推荐性国家标准，为规范和指导电动汽车充电站的规划和建设奠定了基础。电动汽车充电模式的建设应结合车辆种类和运行特点进行选择及布局，尽可能与电动汽车交通密度和充电需求的分布保持一致，同时现有及拟建的充电设施应按照新国标规范更换及建设，提高设施使用率，为电动汽车提供更完善的充电服务。
参考文献：
［1］滕乐天.电动汽车充电机（站）设计［M］.北京：中国电力出版社，2009.
［2］郝 娟，李 强，岳建华.电动汽车充电站充电模式探讨［J］.内蒙古电力技术，2010，28（S2）：7－9.
[3] 刘娟娟，曹胜兰.电动汽车充电桩运营模式研究[J].科技管理研究，2015（19）：202-206.
[4] 卢芳.基于排队论的电动汽车充电站选址定容研究[D].北京交通大学，2015.
[5] 赵明宇，吴峻，张卫国，等.基于时空约束的城市交流充电桩优化布局[J].电力系统自动化，2016（4）：66-70，104.
[6] 严勤.互联网+充电基础设施的市场化运用研究[J].贵州电力技术，2017，20(7):43-45.
论文作者:陆建华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：电动汽车论文; 模式论文; 电池论文; 充电站论文; 慢速论文; 里程论文; 电网论文; 《电力设备》2019年第4期论文;