電動汽車充電模式及方式淺析

岳 思，李 艷

（中國電力工程顧問集團中南電力設(shè)計院，湖北 武漢430071）

目前汽車燃油消耗已成為石油消耗的主體，根據(jù)預測，到2020年我國汽車對石油的消耗將達到全國石油消耗總量的55%［1］，電動汽車替代燃油汽車將大幅降低對石油的依賴，提高能源安全性，實現(xiàn)交通領(lǐng)域能源利用的多元化和清潔化。電動汽車充電系統(tǒng)為電動汽車運行提供能量補給，是電動汽車的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，也是電動汽車商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過程中的重要環(huán)節(jié)，對電動汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大影響。目前國家工業(yè)和信息化部發(fā)布了《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》、《電動汽車傳導式充電接口》等6項推薦性國家標準，為規(guī)范和指導電動汽車充電站的規(guī)劃和建設(shè)、開展電動車能源供給基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

1 電動汽車充電模式

目前，國內(nèi)電動汽車在充電型式上主要有非車載直流充電、車載充電、換電池三種主流模式。

1.1 非車載充電模式

非車載充電采用直流輸出充電，其充電設(shè)施按結(jié)構(gòu)分類可有兩種類型，“一體式直流充電機”和“分體式直流充電機”。其具體的特點如下：

一體式充電機是將直流充電模塊與充電操作終端布置在同一箱體內(nèi)，交流380 V電源直接輸入。其適用于環(huán)境相對較好的集中式布置的場所。一體式充電機安裝較為簡單，與分體式相比，可以節(jié)省充電模塊機柜的安裝位置，但在戶外條件下使用時，對防護等級的要求較高。在滿足防護等級要求的同時又不利于充電機本體的散熱，且使用壽命也將縮短。

分體式充電機是將直流充電模塊與充電操作終端分別獨立布置，常規(guī)做法為充電機柜安裝于配電室內(nèi)（戶內(nèi)），充電操作終端安裝于充電車位旁。此種型式由于將直流充電模塊集中布置在配電室內(nèi)，可以滿足并聯(lián)大功率輸出的需求，充電模塊擴展較為方便，比較適合目前的電動汽車電池發(fā)展水平。

結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有的電池充電技術(shù)水平，在保證電池使用壽命的前提下，電動汽車車載電池的充電容量已達到0.5 C。以小型電動汽車為例，電池容量200 Ah，以0.5 C對其充電，充電電流為0.5×200 Ah＝100 A，電池充滿時間約為2 h（按深度充放電計算）。根據(jù)對部分車用電池的生產(chǎn)商了解，預計未來3年左右車載動力電池的發(fā)展水平，其充電容量將可能達到1.0C～1.5 C的充電水平，充電時間也將為由現(xiàn)在的2 h縮短到30 min以內(nèi)。

目前，國內(nèi)已建成的大部分充電站均采用非車載充電的型式，其充電技術(shù)較為成熟，實際運行效果較好，且投資適中，適用于大容量充電需求的社會公共充電站、公交車輛充電站。

1.2 車載充電模式

車載充電一般采用恒流方式充電，電流大小約為15 A，相對較低［2］。主要利用交流充電樁對其進行電源的供給，可有效降低電池在充電過程中的發(fā)熱量，對延長電池的使用壽命有益，但所需時間較長，通常為5～8 h。

此類充電模式適用于小容量充電，其充電接口可采用日常生活用的普通三孔插座，通用性好。交流充電樁系統(tǒng)配置簡單、投資較少、占地面積小、安裝方便、操作使用簡便，無需專人服務(wù)，推廣應(yīng)用的價值較大，可廣泛應(yīng)用于有慢速充電需求的停車場所，如住宅小區(qū)停車場，社會公共停車場等。

1.3 換電模式

換電模式對車載電池及其箱體的外型結(jié)構(gòu)的一致性要求較高，在操作時還需要配置專用的電池更換機械插拔工具，其主要優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：一是操作時間短，僅需3～5 min；二是電池可與整車分開，以租賃方式運營，大幅降低車輛價格；三是由專業(yè)服務(wù)機構(gòu)負責運營，有利于電池性能的保持和廢舊電池的回收；四是可在低谷時段集中充電，有利于降低充電設(shè)施建設(shè)和運行成本，在能源利用方面也能起到措峰填谷的作用。

缺點：一是成本較高，是普通充電站的1.5～2倍；二是尚未全面實現(xiàn)動力電池組的標準化、模塊化和電池在車輛上安裝位置的標準化。我國目前電動汽車標準體系還很不健全，各汽車生產(chǎn)廠家和電池生產(chǎn)廠家基本上各自為戰(zhàn)，電池規(guī)格差別很大；更換電池模式涉及電池租賃、充電、配送、計量、更換等多個環(huán)節(jié)，由多家企業(yè)分工完成，運作復雜。國家電網(wǎng)公司近期已與部分電動汽車廠商形成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，已將換電模式列入其充電站建設(shè)采用的充電模式之一。

2 各類電動汽車充電需求

結(jié)合車輛種類和運行特點，分析各類電動汽車的充電需求如下。

2.1 公交車、社會運營車輛

一次充電難以滿足每日運行要求。公交車停運造成的負面影響較大，要求一次充電至少應(yīng)滿足單程運行里程，緊急情況下應(yīng)能實現(xiàn)電能的快速補充?？衫猛＿\時段充電。

2.2 特殊園區(qū)用車

車輛使用頻繁，一次充電難以滿足每日運行要求。夜間停運可充電。

2.3 城市環(huán)衛(wèi)、郵政車輛

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，環(huán)衛(wèi)車輛平均每車每日運行距離約為100 km，一次充電基本滿足運行里程。在停運時段可充電。

2.4 工程車

一次充電基本滿足往返運行里程。在停運時段可充電。

2.5 政府公務(wù)車、企業(yè)商務(wù)車

一次充電基本滿足往返運行里程。夜間停運可充電，同時應(yīng)在其相應(yīng)的出行范圍內(nèi)提供必要的快速補充電能設(shè)施。

2.6 出租車

一次充電續(xù)駛里程難以滿足當日運行要求，且用電量變化大，根據(jù)其一次充電后的續(xù)駛里程，應(yīng)在其相應(yīng)的出行范圍內(nèi)提供必要的充電設(shè)施；出租車停運時間短，對充電時間要求高。

2.7 私家車

夜間基本停運，可充分利用低谷時段充電。

3 各類電動汽車適用的充電方式

根據(jù)以上分析，將車輛按照電能補給方式進行歸類。

3.1 適合采用整車充電方式的車輛

城市環(huán)衛(wèi)、郵政車輛、工程車、政府公務(wù)用車、企業(yè)商用車、私家車。它們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。

3.2 適合采用電池更換充電方式的車輛

出租車、社會運營車輛。它們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。

3.3 適合采用整車充電方式和電池更換方式結(jié)合的車輛

公交車、特殊園區(qū)用車、社會運營車輛。既考慮這些車輛電池的使用性能和壽命，又保證車輛運營時間，提高利用率。它們在停運期間可采用整車充電方式，而在運營期間采用電池更換方式。此外，車輛動力電池的配備可根據(jù)車輛情況采取不同的方案，例如，對于數(shù)量大而且屬于同一公司的車輛就可以由車輛所屬公司建立電池存儲間，而對于數(shù)量少且歸屬權(quán)相對分散的車輛就可以由電池配送中心配送電池，減少一次性投資和更換成本。

3.4 適合采用車載充電機交流充電的車輛

私家車輛由于使用時間較短，停運時一般停放在停車場或者地下車庫內(nèi)，此時可利用停車場提供的交流電源為車輛充電。由于一般私家車電池容量較小，充電功率也較小，充電機可配置在車上?？紤]到后續(xù)電動車輛發(fā)展，交流電源可額外配置充電監(jiān)控裝置。電動汽車應(yīng)充分利用低谷電價階段進行充電，以最大限度降低運行成本。

4 深圳市電動汽車充電設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀

深圳電動汽車產(chǎn)業(yè)的商業(yè)推廣應(yīng)用及配套充電設(shè)施的建設(shè)均走在全國前沿，到今年底，深圳在全市共投放了純電動出租汽車約200臺，與之配套的充電設(shè)施也正在加緊建設(shè)中。目前已建成投入運營的充電設(shè)施有福田充電站、機場充電站、和諧充電站、大運中心充電站及180臺交流充電樁，具體情況見表1。

表1 深圳充電站基本情況表

4.1 福田充電站

福田汽車充電站位于福田交通樞紐南側(cè)，地理位置優(yōu)越，為在該交通樞紐通勤的各類電動交通工具提供充電服務(wù)。該站現(xiàn)配置直流充電機6套，交流充電樁3臺，l臺容量為1 250 kVA變壓器，并預留足夠的擴充余地。該站現(xiàn)最高可容納9臺車輛同時充電，并設(shè)有6個等待車位。

福田充電站為目前廣東省功能及設(shè)施最齊全的充電站，服務(wù)車型涵蓋比亞迪K9純電動公交車、比亞迪E6純電動出租車、比亞迪F3DM雙模電動汽車、寶馬MIMI－E以及五洲龍混合動力公交車等多種車型。截止2011年6月底，已累計為深圳各類電動汽車用戶提供充電服務(wù)2 092車次，充電總量達13萬度。

目前，4套比亞迪直流充電機在使用；2臺奧特迅充電機接口未更換而沒有使用。平均20～30輛/天為比亞迪E6提供充電服務(wù)。

4.2 機場充電站

機場充電站位于深圳國際候機樓停車場，為往返機場的各類電動交通工具提供充電服務(wù)。該站現(xiàn)配置直流充電機6套，交流充電樁20臺，2臺容量為1 250 kVA變壓器，該站現(xiàn)最高可容納26臺車輛同時充電，并設(shè)有多個等待車位。截止2011年6月底，已累計為深圳各類電動汽車用戶提供充電服務(wù)195車次，充電總量達5237度。

機場充電站充電設(shè)施數(shù)量充足，可為深圳目前上路行使的電動汽車提供較完善的充電服務(wù)，服務(wù)車型涵蓋比亞迪E6純電動出租車、比亞迪F3DM雙模電動汽車、寶馬MIMI－E等多種車型。

目前，因機場充電站直流充電機的充電接口均為8芯老接口，充電車輛較少，工作人員正在更換為新國標9芯接口。平均2～3輛/天為比亞迪E6的8芯接口提供充電服務(wù)。

4.3 大運中心充電站

大運充電站位于深圳市龍崗區(qū)龍翔大道北側(cè)路邊，是第26屆世界大學生運動會綠色配套工程。該站現(xiàn)配置直流充電機5套，交流充電樁5臺，2臺容量為1 250 kVA變壓器。該站現(xiàn)最高可容納8臺車輛同時充電，并設(shè)有多個等待車位。

目前，由于大運會結(jié)束之后該充電站所在地區(qū)周邊電動汽車較少，平均每天僅1輛車。

4.4 和諧充電站

和諧充電站位于龍崗供電局停車場大院內(nèi)。該站現(xiàn)配置直流充電機4套，交流充電樁3臺，2臺容量為800 kVA變壓器，并預留足夠的擴充余地，現(xiàn)最高可容納5臺車輛同時充電。

目前，由于該充電站所在地區(qū)周邊電動汽車較少，僅供電局內(nèi)部5輛電動車不定期充電。

5 結(jié)束語

電動汽車是未來新能源汽車的發(fā)展方向，充電設(shè)施的建設(shè)是電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提。國家工業(yè)和信息化部發(fā)布的6項電動汽車及充電設(shè)施推薦性國家標準，為規(guī)范和指導電動汽車充電站的規(guī)劃和建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。電動汽車充電模式的建設(shè)應(yīng)結(jié)合車輛種類和運行特點進行選擇及布局，盡可能與電動汽車交通密度和充電需求的分布保持一致，同時現(xiàn)有及擬建的充電設(shè)施應(yīng)按照新國標規(guī)范更換及建設(shè)，提高設(shè)施使用率，為電動汽車提供更完善的充電服務(wù)。

［1］ 滕樂天.電動汽車充電機（站）設(shè)計［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］ 郝 娟，李 強，岳建華.電動汽車充電站充電模式探討［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2010，28（S2）：7－9.