魏志宇

摘要：電動(dòng)汽車發(fā)展的最大技術(shù)障礙是純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，系統(tǒng)的優(yōu)化配置與控制。以充電站為例，充電設(shè)施、充電技術(shù)的滯后直接影響城市電動(dòng)汽車的充電和運(yùn)行。文章以現(xiàn)今汽車運(yùn)營模式為切入點(diǎn)，可以更好地發(fā)現(xiàn)汽車的發(fā)展趨勢，為服務(wù)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(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;充電站;充電服務(wù);動(dòng)力電池;基礎(chǔ)建設(shè);運(yùn)行模式 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

1 概述

電動(dòng)汽車（Electric Vehicle，EV）以電代油，可有效減少車輛環(huán)境污染，緩解交通對石油資源過度消耗。電動(dòng)汽車環(huán)保節(jié)能，是未來建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的重要工具，如今世界面臨資源枯竭、環(huán)境污染等問題，電動(dòng)汽車因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能和比肩傳統(tǒng)汽車的駕駛體驗(yàn)而成為了世界汽車行業(yè)新寵。越來越多的國家、地區(qū)、企業(yè)投入到了電動(dòng)汽車的發(fā)展行列中，我國也大力支持電動(dòng)汽車的研制，尤其是純電動(dòng)汽車。國際上電動(dòng)汽車技術(shù)日益成熟，已成為新型、實(shí)用、環(huán)保的代名詞，也是未來我國汽車工業(yè)需要努力的方向和需要搶占的先機(jī)。電動(dòng)汽車能源是電力，因此電力資源的補(bǔ)充在電力汽車發(fā)展中也顯得尤為重要。電動(dòng)汽車的迅猛發(fā)展，使得與之配套的充電站正成為一種新型產(chǎn)業(yè)，也是電動(dòng)汽車商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過程中的重要環(huán)節(jié)。

本文主要從配套設(shè)施建設(shè)和對客戶的服務(wù)方面對充電站的建設(shè)做了初步研究。

2 國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀

電動(dòng)汽車充電站配套設(shè)施建設(shè)和對客戶的服務(wù)方面的研究伴隨著國內(nèi)外充電站的迅速發(fā)展而引起廣泛關(guān)注?！笆濉碧岢鲋袊妱?dòng)汽車發(fā)展趨勢是以純電動(dòng)為主要發(fā)展方向，混合動(dòng)力汽車是商業(yè)化重點(diǎn)。北京市預(yù)計(jì)在未來5年內(nèi)新建可供3.5萬輛新能源汽車充電的站點(diǎn)。為了促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展，有關(guān)國家分別制定了一系列政策，雖然政策實(shí)施在很大程度上促進(jìn)了電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，但是一些技術(shù)上的瓶頸依然限制著電動(dòng)汽車的蓬勃發(fā)展和快速進(jìn)步，這些問題中最大最難解決的問題就是電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池以及電力汽車整體系統(tǒng)的重新優(yōu)化設(shè)計(jì)和效率提升。并且客觀來說，電動(dòng)汽車并不是最理想的汽車模型，其只是相對于原來傳統(tǒng)汽車環(huán)保水平有所提高而已。

3 電動(dòng)汽車充電站現(xiàn)狀

目前國網(wǎng)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(dòng)汽車充電服務(wù)站。為了提高北京電動(dòng)車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)營的效率與執(zhí)行力，落實(shí)充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營中的重大事項(xiàng)，協(xié)調(diào)解決各項(xiàng)問題，國網(wǎng)北京市電力公司成立了國網(wǎng)北京電動(dòng)汽車服務(wù)有限公司統(tǒng)一負(fù)責(zé)北京地區(qū)公交站、環(huán)衛(wèi)站、出租車站、乘用車站運(yùn)營。服務(wù)對象涵蓋電動(dòng)公交車、出租車、環(huán)衛(wèi)車、乘用車等車型。

4 電動(dòng)汽車充電分析

4.1 電動(dòng)汽車運(yùn)行模式

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

在出租電動(dòng)汽車運(yùn)行模式下，可在集中停放的出租車公司內(nèi)設(shè)集中式充電樁群，在停運(yùn)時(shí)間段充電;運(yùn)營時(shí)間段內(nèi)，適時(shí)計(jì)算其電量及對應(yīng)地可以提供動(dòng)力的里程數(shù)，如果計(jì)算出電量不足以支撐其運(yùn)營，可在一定范圍內(nèi)設(shè)定固定的充電站，保證出租車的平穩(wěn)運(yùn)營。

在環(huán)衛(wèi)電動(dòng)汽車運(yùn)行模式下，電動(dòng)汽車由單位、中心的駕駛員駕駛，應(yīng)在垃圾存放站和居民小區(qū)間建設(shè)相應(yīng)的充電設(shè)施。因其使用時(shí)間較為固定，可以利用低谷時(shí)段進(jìn)行普通充電，對快速充電設(shè)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(dòng)力電池

衡量電池性能的指標(biāo)包括容量、比能量和循環(huán)壽命。不同類型的動(dòng)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(biāo)稱容量對照電流的一種表示方法）。對不同類型動(dòng)力電池充電方法及充電控制策略也不同：動(dòng)力電池充放電工作效率在常溫下充電接受能力較強(qiáng)，但是一些城市氣候較為寒冷，無法滿足條件就會(huì)造成一些電量的浪費(fèi)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，充電站也應(yīng)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(shí)電芯溫度在0℃～55℃之間，快速充電的允許充電時(shí)電芯溫度在10℃～55℃之間，因此建設(shè)快速充電站時(shí)應(yīng)充分考慮環(huán)境溫度對動(dòng)力電池的影響。

4.3 充電時(shí)間

不同充電時(shí)間需要不同充電方式。在充電時(shí)間要求不高時(shí)，如環(huán)衛(wèi)車、部分私家車等，可以采用使用家庭電壓慢速充電，充電時(shí)間為5～20個(gè)小時(shí)不等。充電所需功率和電流相對較低，充電設(shè)備和安裝成本低，可在電力低谷時(shí)段充電或在停駛時(shí)間利用電力低谷普通充電;在充電時(shí)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(shí)間（20～150分鐘）充電。但是這樣一來，大功率的充電設(shè)備會(huì)對原有的電網(wǎng)造成一定的沖擊，也會(huì)對設(shè)備整體運(yùn)營的成本和配套安全措施提出更高要求。

4.4 電動(dòng)汽車發(fā)展對充電技術(shù)的要求

充電站可以滿足多數(shù)汽車的充電要求，因此也會(huì)是未來汽車主要的充電方式。充電站應(yīng)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(huán)境友好化、電能轉(zhuǎn)化高速化。

充電快速化：15分鐘可達(dá)電池容量的80%。該方法主要應(yīng)用于鉛蓄電，因這種老式電池技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具有一定的性能優(yōu)勢，如容量大、適應(yīng)性強(qiáng)，但是其同樣存在著續(xù)航能力弱等問題，必須解決實(shí)現(xiàn)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(jìn)行充電，并且實(shí)現(xiàn)效率充電和精準(zhǔn)充電的統(tǒng)一。這些如果能在電動(dòng)汽車上市的初期就實(shí)現(xiàn)，那么必然會(huì)大大促進(jìn)電動(dòng)汽車行業(yè)的規(guī)范有序發(fā)展，同時(shí)為人們的生活提供極大的便利。

充電智能化：實(shí)現(xiàn)無損充電、避免過放電、電池故障的自動(dòng)診斷和維護(hù)、延長電池的使用壽命的節(jié)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(jié)構(gòu)，這要求實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)，不能過度充電或者放電，這樣有利于避免電池的浪費(fèi)和廢舊電池污染環(huán)境，其主要包括如下內(nèi)容：（1）可以通過建立更加可控的充電站和充電技術(shù)來進(jìn)行無損充電;（2）優(yōu)化電池實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，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(zhǔn)維修以及日常保養(yǎng)。

電能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化，可以有效減少這些損耗并且能夠大量節(jié)約充電站成本。因此采取一定措施建立更高效的電能轉(zhuǎn)換模式是電動(dòng)汽車控制成本的重要方式。

充電集成化：集成化的充電系統(tǒng)可在更加微小的體積內(nèi)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(shè)計(jì)還能使得充電過程中損耗更小，實(shí)現(xiàn)快速充電和高效充電，并延長電池的使用時(shí)間，降低汽車維護(hù)使用成本。

5 充電站的構(gòu)成

充電站包括供電系統(tǒng)、充電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)段相應(yīng)的配套設(shè)施。在充電站建設(shè)方式上，大、中型充電站建設(shè)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(shè)配電變壓器。充電設(shè)備電氣接口、通信規(guī)約、電氣連接件符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

設(shè)計(jì)規(guī)范一致：完整的充電站包括供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及相應(yīng)配套設(shè)施。供電系統(tǒng)可為電動(dòng)汽車充電站的動(dòng)力設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)和辦公場所等提供交流電源。這一電源是充電站運(yùn)營最基礎(chǔ)的部分，也是充電站的關(guān)鍵所在，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電壓的轉(zhuǎn)換裝置、電池的監(jiān)控裝置、費(fèi)用的計(jì)算裝置、諧波治理裝置等必不可少。在電力分級(jí)上，可以采用二級(jí)，在供電時(shí)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(tǒng)，其功能是整個(gè)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(dòng)力系統(tǒng)，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(bǔ)給服務(wù)，主要包括交流充電樁、充電機(jī)、計(jì)費(fèi)裝置、電池更換設(shè)備。

監(jiān)控系統(tǒng)是充電站安全高效運(yùn)行的保證，它實(shí)現(xiàn)對整個(gè)充電站的監(jiān)控、調(diào)度和管理，主要包括配電監(jiān)控系統(tǒng)、充電監(jiān)控系統(tǒng)、煙霧和視頻安保監(jiān)視系統(tǒng)。

配套設(shè)施主要包括充電工作區(qū)、站內(nèi)建筑、消防設(shè)施及電池維護(hù)、客戶休息服務(wù)設(shè)施。

而充電站規(guī)模大小是一個(gè)值得討論的問題，根據(jù)現(xiàn)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(jìn)行多種充電。配置10個(gè)左后的直流快充樁（20個(gè)左右的直流快充口），保證發(fā)車間隔及公交集團(tuán)的日常運(yùn)行。一般50～100輛電動(dòng)出租電動(dòng)汽車，配置25～50個(gè)交流充電樁（50～100個(gè)交流充電口）滿足一車一口和2臺(tái)直流快充樁（10個(gè)直流快充口）。這種配置充分考慮利用晚間停運(yùn)期間的谷電進(jìn)行充電，在白天運(yùn)行高峰期間使用直流快充樁快速補(bǔ)點(diǎn)，因?yàn)槌潆姇r(shí)間集中，應(yīng)使充電柜具有諧波等處理功能。一般10～50輛環(huán)衛(wèi)電動(dòng)汽車建設(shè)一個(gè)充電站，配置5～25個(gè)交流充電樁（10～50個(gè)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(shí)間進(jìn)行充電，但是會(huì)造成部分設(shè)備在一些時(shí)段的大量閑置。通過主動(dòng)建設(shè)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化充換電站選址和配置類型，顯著降低配電網(wǎng)改造投資，與車輛全部采用充電方式相比，配電網(wǎng)末端負(fù)荷增量減少。

6 結(jié)語

本文通過對電動(dòng)汽車充電服務(wù)的初步探究，解析了電動(dòng)汽車充電過程中普通充電、快速充電模式各自的運(yùn)用情況以及適用范圍等，充電服務(wù)環(huán)節(jié)的運(yùn)維服務(wù)單位如何推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展，進(jìn)而闡明電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)需要運(yùn)維服務(wù)單位與使用客戶的共同協(xié)作才能獲得發(fā)展。但隨著電動(dòng)汽車充電服務(wù)的不斷發(fā)展和市場的逐漸成熟，電動(dòng)汽車充電服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈仍將不斷調(diào)整，其中的參與者也會(huì)有一定程度上的變化。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）