分布式電動汽車充電設施建設及推廣

巫志平（國網(wǎng)福建漳州供電公司，福建漳州　363000）

Analysis of the problems of Electric vehicle charging facilities construction and promotion

WU Zhi?ping（China Fujian Zhangzhou Power Supply Company，Zhangzhou 363000，F(xiàn)ujian Province，China）

?

分布式電動汽車充電設施建設及推廣

巫志平
（國網(wǎng)福建漳州供電公司，福建漳州363000）

隨著國家對推廣新能源車的政策力度持續(xù)加大，新能源車相關產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展機遇。截至2015年上半年，我國建成的電動汽車充電樁達到了2.6萬個（國家電網(wǎng)數(shù)據(jù)）。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布2015年上半年新能源汽車產(chǎn)銷情況，1—6月新能源汽車累計銷量已達7.27萬輛。根據(jù)國內(nèi)多家媒體的調(diào)查，充電樁投入使用的比例十分低，充電難、充電慢、“里程焦慮”依然是限制電動汽車銷量的一大原因。

1　充電設施建設中的難題

1.1當前充電設施發(fā)展路線

當前我國充電設施按照“點-線-面”共存的格局發(fā)展。所謂“點”，是在大型商場超市等人流量較高的公共場所建設必要的公用充電設施，充電設施呈“點”狀分布。用戶出行需求較多的區(qū)域，用戶“里程焦慮”程度較高，外出補電的實際需求也高，這時公用充電樁不僅要多而且需要有一定的數(shù)量和區(qū)域冗余，充電設施尤其是公用充電樁必須實現(xiàn)較高覆蓋度的“面”狀分布。當用戶需要在城市間出行時，用戶“里程焦慮”程度很高，中途補電的需求也較高，在高速路等主干線建設足夠的公用充電設施，充電設施呈現(xiàn)“線”狀分布。公共充電設施“點-線-面”格局共存將成為新能源汽車充電設施網(wǎng)絡的主要特征。

1.2幾種充電設施發(fā)展路線目前存在的問題

根據(jù)當前我國充電需求情況來進行有規(guī)劃有目的的建設，才能使充電設施建設不斷滿足電動汽車增加的需求。目前建設的情況為，國家電網(wǎng)公司是按“線”的方式在高速公路上建設。2014年，在京滬、京港澳（北京—咸寧）、青銀（青島—石家莊）共建設快充站133座、快充樁532個，基本形成“兩縱一橫”高速公路快充網(wǎng)絡。而各種充電公司在城市內(nèi)建的設施是以“點”或“面”的方式建設。2種發(fā)展模式在不同程度上滿足了充電設施需求“三要素”：電動車滲透率、里程焦慮度、補電需求度，但在實際中存在一些問題，總結(jié)如下。

（1）建設成本高

現(xiàn)有充電站建設一定程度上照搬傳統(tǒng)的加油站建站模式，這在規(guī)劃中普遍碰到以下問題：①土地要求高，集中式充電站建設對城市土地供應是個很高的要求，快充大電壓、大電流，為保證安全性必須要征一塊地，一般的地不能用，必須用圍墻圍起來安裝各種充電站監(jiān)控及安全監(jiān)控設備；②成本費用較高，為了實現(xiàn)快速充電，需要鋪設專線增容電伏，設備費用和超大電流所需的線纜成本偏高，不計土地購置費的情況下，主要有基礎設施成本、配電設施成本、運營成本3個部分。

（2）制約因素多

目前國家要求住宅小區(qū)和黨政機關、企業(yè)事業(yè)單位大力建設充電設施，主要還是對于新建場所所做的要求，而存量的小區(qū)或者單位由于建筑結(jié)構(gòu)及電氣設施的原因，許多存在“最后一公里”建設難題。這是因為充電設施布點需要考慮多方面因素，如：交通、環(huán)保及區(qū)域配電能力等外部環(huán)境條件，以及該地區(qū)的建設規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃，特別是運營時需要高功率的電力供應支撐。例如：建設公用充電樁的社區(qū)需主要滿足2個條件：一是電源條件，每個社區(qū)總功率不少于100 kW，且符合國家標準；二是場地條件，社區(qū)附近要有相應的配電設施以方便充電樁安裝，且場地能滿足充電車輛正常停放。因此改造起來牽涉到方方面面，不僅難度大而且費時。

（3）充電便捷性不高

從當前情況看目前城市充電設施布點比較多集中在公共交通領域、特定行業(yè)領域、小區(qū)、商場等，這使得充電運行規(guī)律、使用習慣、停放地點及時間等方面都形成了一定規(guī)律性，然而人們的日常工作生活等活動是復雜而不規(guī)律的，電動汽車的推廣很重要的一個要解決問題就是讓使用的人感受到充電的便利性，這就是上文提到的“外出補電需求程度”。車輛已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活活動中的代步工具，無論是大城市還是中小城市，人們使用車輛活動經(jīng)常仍是在公路邊等公共規(guī)定的停車點停車，而目前這些區(qū)域缺少充電設施。

（4）充電設施使用頻率低

從上文及2015年上半年新能源車型累計可知，購買電動汽車以滿足在市區(qū)上下班生活代步所需居多，這主要是2方面的原因：①據(jù)全國的交通運輸統(tǒng)計數(shù)據(jù)，出行方式上看，中國人在城際間更喜歡乘座火車和飛機，汽車則更多在城市內(nèi)或短途行駛；②電動車相比燃油車，最大的優(yōu)勢就是市內(nèi)走走停停的路況，高速下電動車所需的功率會急劇上升，續(xù)航里程大大降低，純電動車跑長途就有里程焦慮，而電動車充電時間又太長，即使目前一輛電動汽車充滿電需30 min左右（80%電量），20 kWh電可供一輛電動汽車行駛100 km，跑100 km等30 min也是無法忍受的（相當于跑1 h停0.5 h）。因此，目前充電設施使用率，特別是高速公司充電站使用率都比較低，還常出現(xiàn)停車位被非電動汽車占用的現(xiàn)象。雖然眾多充電網(wǎng)絡服務咨詢平臺競相上線，但現(xiàn)階段信息的查詢也還比較局限在充電樁分布位置的信息共享上，而諸如充電預約、充電樁狀態(tài)查詢、網(wǎng)上交易等功能，目前還在進一步完善。

2　分布式充電設施特點

在目前很多存量小區(qū)等場合建充電設施難度大或者無法安裝的情況下，在集中在小區(qū)、商城、企業(yè)事業(yè)單位中的充電設施建設的基礎上探索在分布城區(qū)各個街道停車位或者公共場合空地上建設充電裝置，使其成為目前充電網(wǎng)絡一個很好的補充。根據(jù)所建設城市電動汽車的數(shù)量規(guī)模進行充電樁分布，并隨著用戶增加，規(guī)模擴大，從點到面，最后形成一個遍布城市各個角落的網(wǎng)絡狀的城市充電服務網(wǎng)絡，最終解決充電便利性問題。

在這點上，國外早已作出了有益的探索，將電動充電站巧設在鬧市中的路燈、公共電話亭等地方，讓電動汽車可以隨處充電。如：韓國試驗將鬧市中的公共電話亭“變身”成了電動充電站，而柏林一家名為Ubitricity的公司建充電站的方法是在路燈或是現(xiàn)有的室外裝置上安裝插座，為解決電動汽車隨時隨地充電問題提供了新思路。

路邊分布式充電樁有如下幾個特點：①受土地因素影響程度小，并且當需要遷移、改造、調(diào)整充電樁群的布局等滿足用戶需求變化的情況下有較高的靈活性，體現(xiàn)“樁隨車走”的思路；②可實現(xiàn)無人值守、用戶自助式操作，充電過程安全；③分布式建設更加貼近民眾生活需要，隨停隨充；④路邊充電式充電樁作為電動車專用車位，只允許電動車停靠充電，一定程度上也成為鼓勵促進民眾購買電動車的因素，而為防止長時間占用車位也只需要設置充電超時繳交停車費等簡單方法來限制；⑤市區(qū)公路街道易于實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控，運營維保響應團隊可在出現(xiàn)問題、故障時在響應速度和處理上更加有效率。

充電站與分布式充電站的優(yōu)缺點對比如表1所示。

表1　3種充電設施建設路線優(yōu)缺點對比表

由表1比較可見，路邊分布式充電樁的建設將是未來充電設施建設分布的一個發(fā)展方向。在實現(xiàn)分布式充電樁的技術(shù)上，必須在設備體積及安全性上更適合道路，并且更易于用戶自助式操作、實現(xiàn)設備運行狀態(tài)遠程監(jiān)控。

3　分布式充電設施建設的新充電技術(shù)及方法

當前國內(nèi)許多優(yōu)秀的公司已經(jīng)在充電設施的研發(fā)上取得了許多成果。隨著充電技術(shù)的不斷進步，會有越來越多更安全、更有效率、更便捷、更易于施工安裝的充電設備被開發(fā)出來，更好的滿足電動汽車的充電使用。

3.1箱式充電站

特銳德公司用箱式變電站的技術(shù)將各個充電樁的供電電路、充電控制電路和區(qū)域監(jiān)控模塊都集成到一個多功能充電箱變內(nèi)，充電終端僅留有充電插頭（隱藏在停車擋板內(nèi)），這不僅降低了充電設施造價，還實現(xiàn)了集中管理和有序充電。而即便插頭裸露在外，其具有的無電、防水特性也規(guī)避了潛在安全隱患，現(xiàn)場的施工安裝也是比較簡單的。

3.2無線充電

在汽車電池及充電新技術(shù)中，無線充電也是一個備受關注度的充電方式，可以為破除城市規(guī)劃中電動車充電的提供一個解決思路，沿著道路兩側(cè)建設給車輛快充的無線充電位。所謂無線充電技術(shù)是通過非電線連接的方式傳輸電能，目前有電磁感應、磁共振、微波3種方式。此前在日本和歐洲，無線充電模式曾被視為電動汽車的可持續(xù)性充電方案進行了小范圍的示范運營。2013年以來，寶馬、特斯拉、日產(chǎn)等汽車廠商先后公布了汽車無線充電技術(shù)及產(chǎn)品規(guī)劃。

目前中興新能源汽車有限責任公司于2015年發(fā)布了全球第一套完整的無線充電的標準，并且其研發(fā)的產(chǎn)品取得了巨大的進步，其宣稱在輻射方面很好地控制了無線充電的磁場，可以對司機、乘客、車周圍人的影響小于一個足浴桶，遠小于微波爐，并且通過了成都市安全局環(huán)評的報告。其開發(fā)的產(chǎn)品體現(xiàn)出了無線充電樁的優(yōu)點：①安全性更高，無線充電減少了有線充電的金屬傳導部件，通過非直接接觸式，將電力傳送給電動車相應的接受部位，各種復雜氣候的環(huán)境下（如：雨水潮濕天氣）具有比有線充電更高的安全性；②設計壽命可達10年，一般有線充電樁的充電槍每年換一根，而由于是無線充電，沒有任何的金屬的機械活動的部件，在壽命和可靠性方面是一個大變革；③無線充電系統(tǒng)不需要充電操作員，司機只要能停車就可以實現(xiàn)充電，減少對人力的依賴。據(jù)了解，中興無線充電將除了包含可供充電的基本功能外還包含認證、計費、互通、互聯(lián)等一攬子功能。目前無線充電技術(shù)主要存在的問題在于投入的成本仍居高不下，無線充電的轉(zhuǎn)化效率和直接充電比起來還是較低，還有就是對無線充電所造成的輻射問題控制還有改進的空間，并且需要經(jīng)國家相關權(quán)威部門驗證，以打消民眾對輻射的疑慮。

3.3移動充電技術(shù)

移動充電技術(shù)的出現(xiàn)主要是為了解決應急情況下電力不足時補充電能，這種移動補電的做法，對在基礎設施不完善地區(qū)推廣新能源汽車提供可行性。在這方面，國內(nèi)不少廠商也開發(fā)出來一些產(chǎn)品。例如：游牧電源公司開發(fā)一種簡單的延長電動汽車供電范圍的充電寶。該充電寶采用可再生能源，使用光伏發(fā)電給自身充電，然后隨時給電動車充電。充電寶的容量范圍40～85 kWh，可以收集一周的光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能，通過連接充電拖車，電動車的額外行駛范圍將超過500 km，這從某種程度上補充了電池續(xù)航不足的問題。北京普萊德電池公司、盟固利電池公司、富電科技公司等多家企業(yè)借助了手機移動電源的設計思路，利用現(xiàn)有電動汽車的動力電池，經(jīng)篩選、重組后，開發(fā)成電動汽車用移動充電寶。北京市在這方面應用走在了前列，據(jù)悉2016年北京市將率先投放500臺移動充電車，在無充電樁安裝條件的社區(qū)配備該設備的小區(qū)，車主可預約“充電寶”到車位充電，或者當電動汽車用戶在使用中出現(xiàn)電力不足時可以緊急救援解燃眉之急。

3種電動汽車充電技術(shù)特點的比較如表2所示。

表2　3種電動汽車充電技術(shù)的特點

4　結(jié)束語

在國家和各級政府的大力推動下，我國充電基礎設施建設已經(jīng)迎來了高潮，各方力量正在集結(jié)，準備在這個行業(yè)大干一場。充電汽車中各個環(huán)節(jié)中技術(shù)不斷進步，將不斷解決存在的問題。各種充電模式的建設和互相之間的互補，從而搭建起城市充電基礎服務網(wǎng)絡將不再是遙不可及，為廣泛推廣新能源電動汽車打下堅實基礎。

Analysis of the problems of Electric vehicle charging facilities construction and promotion

WU Zhi?ping
（China Fujian Zhangzhou Power Supply Company，Zhangzhou 363000，F(xiàn)ujian Province，China）

摘要：分析國內(nèi)電動汽車市場現(xiàn)狀和特點，提出根據(jù)充電需求以擴大充電設施建設面為目的的分布式充電設施建設模式，介紹了國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)開發(fā)的幾種新充電技術(shù)及方法，并應用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)拓展電動汽車增值服務，發(fā)展充電的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

關鍵詞：充電設施；分布式；充電技術(shù)；電動汽車

Abstract：This paper analyzes status and characteristics of the domestic market of the electric vehicle，proposes distributed in?frastructure mode for the purpose of expanding the construction of charging facilities according charging demand，introduces the sev?eral new charging technology and methods which develop by out?standing domestic enterprises .We applie Internet technology to ex?pand electric vehicle value?added services，develop the charging industrial ecosystem.

Key words：charging facilities; distributed construction; the charging technology; the vehicles

DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2016.03.012

收稿日期：2016-03-03；修回日期：2016-04-01

中圖分類號：U482.3；F407.61

文獻標志碼：C