电动汽车电能供给模式与充换电设施建设研究

摘 要：该文研究分析了电动汽车产业发展所面临的瓶颈以及电能供应模式，并对3种电能供应模式进行比较，确立了快速换电为主的电动汽车电能供应模式。在快速换电模式下，阐述了电动汽车充换电设施服务网络的建设。

关键词：电动汽车 电能供给模式 集中充电站 充换电站 电池配送站

中图分类号：TM921.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-000-02

目前全球气候变暖、能源短缺、生态环境恶化等问题日益严峻，为了保护环境和保障能源供给，各国政府不惜投入大量人力、物力寻求解决这些问题的途径。电动汽车以电代油，具有高效率、零排放、低噪音等显著优点，是促进节能减排、发展低碳经济、解决能源短缺和环境污染的主要手段。

1 认识与探索

当前电动汽车产业发展面临以下两个方面的瓶颈。

（1）电池技术发展的瓶颈。在电动汽车传统充电模式下，电动汽车以整车带电池的方式销售，由于电池寿命和成本的限制，造成电池价格居高不下，进而拔高了整车价格，导致不能实现规模生产和销售，进入“恶性”循环。

（2）充电基础设施建设的瓶颈。充电基础设施困境在于按照传统的方式进行布点、充电，单位土地面积利用效率低下，单位面积投资比较昂贵，收回成本较难，很难实现持续发展，导致电动汽车电能补给困难，影响电动汽车的推广和普及。

上述瓶颈导致电动汽车推广困难，保有量少。而由于保有量少，导致电池与充电设施因无法产生规模效益而不能快速发展，形成了一个“困境循环”。如图1所示，即传统的充电模式导致整个电动汽车产业的矛盾相互纠结，互相牵制，难以突破，严重阻碍了电动汽车产业的发展。

鉴于电动汽车产业发展面临的困境，迫切需要一个全新的电能供给模式来打破这个“困境循环”，以解决电池成本高和充电基础设施建设难的问题。

2 电能供给模式研究

目前电动汽车电能供给模式主要有以下三种模式。

（1）直流快充：通过大功率充电机直接对电动汽车上的电池进行充电，充电电流大、速度快，通常1～3h左右可完成充电。但快速充电对电池的寿命影响很大，需占用整车停车位，对充电站用地要求高，建设难度大。另外，由于整车充电功率较大，大量采用对电网影响较大。

（2）交流慢充：通过交流充电桩，并经由电动汽车车载充电机进行充电。充电电流小，充电速度慢。根据电池与车载充电机容量的不同，通常充电时间在6～12 h左右。可利用停车位配套设置，一般不需要单独占用场地。但慢速充电时间长，用户需等待较长时间，电池缺乏统一的维护和管理，影响电池寿命。此外，分散式充电桩的建设数量达到一定规模后，对电网的负荷及电能质量有影响且较难控制。

（3）快速换电：通过充换电站集中对标准电池进行充电，并为电动汽车用户快速更换电池。更换时间通常在3～5 min。快速更换电池方式在充电时间、电池流通管理、充电安全等方面具有明显优势。该模式是由充换电站统一管理电池，使电池得到定期检修和维护，充分发挥电池的使用寿命，提高利用率，减少用户的维护负担。充电站可以有效利用低谷时段对电池进行统一充电，对电网起到了良好的削峰填谷的作用。

3 充换电设施建设

由表1可知，快速换电、交流慢充、直流快充三种电动汽车电能供给模式中，快速换电模式的综合性能较优。而快速换电模式的载体是电动汽车动力电池，通过动力电池的流转，电动汽车充换电设施的建设将形成大型集中充电站、充换电站、电池配送站三层服务网络，如图2所示。

3.1 集中充电站

集中充电站作为智能充换电服务网络的重要组成部分，它是电池更换业务的基础。在电池更换业务模式下，集中充电站以标准电池模块集中充放电为核心，在电网低谷时对标准电池模块充电、高峰时能源反馈电网，完成标准电池模块向充换电站、电池配送站的统一配送，以及标准电池模块保养、维护、仓储等任务。集中充电站根据充电电池的技术规格和相关标准对电池进行集中检测，计量电池集中充换电的电量，并能够与电网进行电量和电费结算。集中充电站一般不面对最终客户，而是作为对电池集中充电的“工厂”，回收电能已经耗尽的电动汽车动力电池，再对动力电池进行充电，完成后通过物流网终端将充满电的汽车电池配送到各个充充电站、电池配送站以及各个点。

集中充电站利用集中、专用设备在电网低负荷或者低谷时段完成对电池的集中充电工作，以保证有足够的可用电池向各个电池配送站进行配送。

集中充电站是充换电设施中投资最大的部分，应按照“一次规划，分期建设”的原则，将集中充电站分为近期和远景两个阶段进行建设，远景根据需要进行建设，并根据建设要求提出集中充电站的建设规模、接入系统方案、系统组成及工程建设设想，为后续集中充电站的建设提供参考。考虑到交通和选址条件，集中充电站不宜设置在城市的中心区。

集中充电站主要由充电系统、物流系统、监控系统、通信系统、消防系统、标识系统、环保及卫生等组成。根据集中充电站的建设规模及场地条件，近期建设可考虑配置标准电池3000组，远景建设可考虑配置标准电池6000组。

3.2 充换电站

充换电站是为电动汽车的标准电池提供充电和标准电池快速更换的电能供应站，它以标准电池充换为核心，整车快速补电为辅，能基本满足电动汽车的充换电服务需求，同时根据充换电服务网络调度的需要，可从集中充电站获取标准电池，也可为电池配送站配送适量的标准电池。

充换电站系统主要由供配电系统、充换电系统、安防监控系统和配套设施等部分组成。根据充换电站的建设规模及场地条件，每个充换电站可考虑配置100或200或300组标准电池，设置2～4个换电工位、若干个整车充电位及交流充电桩。

3.3 电池配送站

电池配送站紧邻集中充电站，以公共服务点、社区服务中心及各类服务网点为支撑，为电动汽车提供标准电池更换服务的场所。电池配送站占地面积小，比充换电站布点相对灵活，选址相对容易，可借用现有停车位作为换电工位。

电池配送站由供配电系统、换电系统、安防监控系统和配套设施等部分组成。根据电池配送站的服务需求及场地条件，每个电池配送站可考虑配置40或60或80组电池。

4 结语

充换电设施是电动汽车快速发展所必须的重要配套基础设施，是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节，是电动汽车发展的重要支撑。为了促进电动汽车的推广和普及，必须加快电动汽车充换电设施的建设步伐，积极构建并完善电动汽车智能充换电服务网络。

参考文献

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