城市電動(dòng)汽車充電設(shè)施規(guī)劃方法研究

陶梓明

［上海開藝設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司（泉州分公司），福建 泉州 362000］

0 引言

隨著電池容量和經(jīng)濟(jì)性的不斷提高，電動(dòng)汽車已成為發(fā)展新能源汽車的主要手段之一。電動(dòng)汽車的分布和使用越來越引起人們對(duì)減少二氧化碳排放和防止全球變暖的關(guān)注。該功能將電動(dòng)汽車充電設(shè)備規(guī)劃分為展示階段、社會(huì)公益階段和商業(yè)演出階段，分析各階段特點(diǎn)，提出支付方式選擇和支付要求，對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行分析[1]。

現(xiàn)階段，交通運(yùn)輸所造成的能源消耗、環(huán)境污染等問題十分嚴(yán)重，影響了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在世界范圍內(nèi)，交通運(yùn)輸消耗了大量的石油資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)有1/2 以上的石油消費(fèi)是由交通運(yùn)輸產(chǎn)生的。而石油的消耗會(huì)產(chǎn)生污染和排放，根據(jù)IEA 統(tǒng)計(jì)，接近30%的能耗排放是由交通運(yùn)輸部門造成的。在交通運(yùn)輸?shù)哪茉聪闹?，道路交通的消耗又居主?dǎo)地位，道路交通的能源消耗包含直接能源消耗和間接能源消耗兩個(gè)層面。前者是指車輛在運(yùn)輸過程中直接消耗的能量，而后者是從整個(gè)能源供應(yīng)鏈的角度，用于服務(wù)運(yùn)輸活動(dòng)所形成的能源消耗。另外，在環(huán)境污染方面，交通帶來的環(huán)境污染主要有大氣污染以及噪聲污染。在我國，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平的提高，城市化規(guī)模擴(kuò)大，機(jī)動(dòng)車總量不斷增加，城市擁堵造成車輛低速行駛，進(jìn)而導(dǎo)致汽車尾氣排放加劇。城市交通所產(chǎn)生的尾氣嚴(yán)重污染了城市環(huán)境，在國內(nèi)，部分城市汽車尾氣排放的CO 占城市CO 排放總量的85%，所排放的NOx占排放總量的45%～60%，所排出的顆粒物污染也在不斷增加。除了大氣污染外，機(jī)動(dòng)車的迅猛發(fā)展也使得城市經(jīng)常處于高噪聲的環(huán)境中，這嚴(yán)重影響著人們的日常生活。

電動(dòng)汽車以其高能效、低排放、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)越來越受到社會(huì)的青睞，已經(jīng)漸漸滲透到人們的生活中，逐漸成為日常的代步工具。電動(dòng)汽車主要有以下3 種：①純電動(dòng)汽車。②混合動(dòng)力汽車（PHEV）。③燃料電池汽車（FCEV）。電動(dòng)汽車作為新能源汽車的重要組成部分，其發(fā)展對(duì)減輕環(huán)境污染，減少對(duì)化石燃料的依賴起著十分重要的作用。國務(wù)院《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，到2020 年，我國將實(shí)現(xiàn)當(dāng)年新能源汽車產(chǎn)銷量200 萬輛，累計(jì)產(chǎn)銷量500 萬輛以上。然而，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程較短、充電設(shè)施不普及以及充電時(shí)耗長等因素限制了電動(dòng)汽車的推廣普及，那么電動(dòng)汽車的補(bǔ)能問題就亟待解決。

1 電動(dòng)汽車充電設(shè)施規(guī)劃階段界定

由于動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展水平的差異，電動(dòng)汽車的數(shù)量和用戶類型也會(huì)有所不同。因此電動(dòng)汽車在充電需求方面也會(huì)表現(xiàn)不同特征，促使對(duì)應(yīng)的充電設(shè)施規(guī)劃會(huì)介于不同階段發(fā)展當(dāng)中[2]。

本階段電動(dòng)車技術(shù)步入成熟發(fā)展階段，總量、種類均達(dá)到一定高度。除公交電動(dòng)汽車、政府用車等之外，還廣泛存在于出租車、私家車當(dāng)中，在充電需求方面明顯加大。處于本階段的電動(dòng)汽車在經(jīng)濟(jì)性與發(fā)展規(guī)模方面基本達(dá)到成熟發(fā)展目標(biāo)，該階段電動(dòng)汽車充電設(shè)施規(guī)劃可以視為長期規(guī)劃。

2 充電設(shè)施規(guī)劃階段劃分

在電動(dòng)汽車開發(fā)中，電動(dòng)汽車的開發(fā)質(zhì)量和電池技術(shù)取決于電動(dòng)汽車的數(shù)量、用戶類型和自主性。動(dòng)力電池的一些特性、比容量、充電倍率等特性對(duì)電動(dòng)汽車充電器的發(fā)展具有重要意義[3]。給定的電量決定了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程（單次充電的公里數(shù)），充電率決定了充電時(shí)間。該項(xiàng)目設(shè)想電動(dòng)汽車的普及可以分為展覽、社會(huì)公益和商業(yè)駕駛3 類。負(fù)載計(jì)劃的不同階段具有不同的特點(diǎn)。

2.1 示范階段

此時(shí)，電動(dòng)汽車技術(shù)尚未完全發(fā)展，加速電動(dòng)汽車發(fā)展的有效且可持續(xù)的營銷策略尚未確立。定義方法[4]。平臺(tái)上支付選項(xiàng)的規(guī)劃可以被認(rèn)為是一個(gè)短期的計(jì)劃。

2.2 公益階段

公益階段存在安全特性等隱患；現(xiàn)階段，電動(dòng)汽車的總量和總量還很低，經(jīng)濟(jì)性不高。此級(jí)別的收費(fèi)區(qū)計(jì)劃可被視為中期計(jì)劃。

2.3 商業(yè)運(yùn)營階段

現(xiàn)階段，電動(dòng)汽車技術(shù)不斷發(fā)展壯大，總量達(dá)到一定水平，品種更加豐富。在這一點(diǎn)上，電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)補(bǔ)充或超越汽油車，發(fā)展模式很大程度上受市場驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)階段建設(shè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施可視為一項(xiàng)長期計(jì)劃[6]。

3 電動(dòng)汽車充電設(shè)施充電方式的選擇問題

在運(yùn)營電動(dòng)汽車時(shí)，充電系統(tǒng)必須根據(jù)路線和運(yùn)營等因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲煤驮O(shè)計(jì)。同時(shí)，可以針對(duì)與電池更換和車輛充電相關(guān)的所有內(nèi)容對(duì)EV 充電選項(xiàng)進(jìn)行編程和設(shè)計(jì)。其中，電池充電系統(tǒng)特別適用于長途、小功率車輛，尤其是常規(guī)車輛。充電板適用于非標(biāo)車輛。充電方式的選擇主要基于充電站的快充和快充[7-8]。

（1）高速充電。高速充電指直流充電系統(tǒng)。充電電流大，充電時(shí)間短。10min 即完成充電，大大縮短充電時(shí)間。過載、電池壽命、諧波、沖擊等可能導(dǎo)致其減速。它也會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)。由于建設(shè)成本和日常運(yùn)營成本高，充電設(shè)備的即時(shí)維護(hù)成本高，綜合成本也高。

（2）較慢的充電方式，即假交流充電被廣泛使用。充電時(shí)電壓不高，電流小，但充電時(shí)間長，一般需要3～8h 左右。它會(huì)得到回報(bào)，但可用的電力容量很低，對(duì)電網(wǎng)的影響很小。較慢的充電速度可以提高性能并延長電池壽命。慢速充電器比即時(shí)充電器便宜，并增加了整體充電成本。

（3）電池更換。這種方法用放電的電池更換充滿電的電池。對(duì)于電動(dòng)汽車來說只需要幾分鐘，但由于電動(dòng)汽車的規(guī)格和電池不同，可能無法滿足電動(dòng)汽車的靈活需求。不同的要求，電廠的初期建設(shè)成本很高，風(fēng)險(xiǎn)因素也比較大[9]。因此，目的地充電站更適合快充和慢充設(shè)施的配置，并且考慮到電池壽命和電網(wǎng)約束，目的地充電站應(yīng)以慢充假人為主，快充假人作為補(bǔ)充[10]。

4 電動(dòng)汽車充電設(shè)施規(guī)劃方法問題的相關(guān)研究

4.1 規(guī)劃原則

充電設(shè)施規(guī)劃過程應(yīng)該立足于電網(wǎng)布局規(guī)劃情況進(jìn)行合理部署，確保協(xié)調(diào)發(fā)展效果、實(shí)現(xiàn)降低成本目標(biāo)。為滿足上述目標(biāo)要求，建議規(guī)劃人員在選擇充電設(shè)施規(guī)劃的過程中，應(yīng)該立足于城市總規(guī)劃情況、橋路交通規(guī)劃情況等方面當(dāng)中，按照不同充電需求選擇合理的充電方式[11]。

4.2 方法內(nèi)容

電動(dòng)汽車充電設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)從電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)和充電器充電要求兩個(gè)方面進(jìn)行考慮和分析。其中，電動(dòng)汽車充電方式的選擇應(yīng)根據(jù)電動(dòng)汽車的供應(yīng)情況和擁有情況進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。

可考慮電動(dòng)汽車日常用電量等因素，進(jìn)一步提升用電計(jì)劃對(duì)充電設(shè)施的影響。在分析電費(fèi)要求時(shí)，全鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置可以確定充電設(shè)施的容量和位置。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合評(píng)估和決策過程，以確保該法案的擬議延期符合要求。在規(guī)劃時(shí)，訓(xùn)練有素的人員必須滿足現(xiàn)實(shí)世界呼叫的要求，并避免誤用電動(dòng)汽車?？煽紤]電動(dòng)汽車日常用電量等因素，進(jìn)一步提升用電計(jì)劃對(duì)充電設(shè)施的影響。在分析電費(fèi)要求時(shí)，全鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置可以確定充電設(shè)施的容量和位置。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合評(píng)估和決策過程，以確保該法案的擬議延期符合要求。在規(guī)劃時(shí)，訓(xùn)練有素的人員必須滿足現(xiàn)實(shí)世界呼叫的要求，并避免誤用電動(dòng)汽車。

4.3 模型建立

應(yīng)針對(duì)適當(dāng)?shù)囊蛩貙?duì)責(zé)任模型進(jìn)行建模，對(duì)個(gè)別問題進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析，選擇的電動(dòng)汽車充電點(diǎn)規(guī)劃方法應(yīng)確保滿足預(yù)期需求。推薦。在建模過程中，有資質(zhì)的人員需要分析距離比、有效載荷能力等。根據(jù)EV 充電系統(tǒng)的實(shí)際特性，最終的設(shè)計(jì)模型經(jīng)認(rèn)證可滿足EV 充電要求[12]。

5 案例分析

5.1 用戶選擇充電方式分析

假設(shè)Z 市某城市在充電系統(tǒng)異常線路中運(yùn)行的電動(dòng)汽車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)低電量報(bào)警，應(yīng)充電。

目前，充電器的效率取決于電動(dòng)汽車充電站的類型。根據(jù)市場調(diào)查，在快速充電站為同樣大小的電動(dòng)汽車充電約需30min，充電約需3h。由于延遲充電器為8h，因此快充和慢充的充電價(jià)格分別設(shè)置為2 和0.2。佟亞內(nèi)塔爾。對(duì)居民行為的分析顯示，居民到達(dá)商圈內(nèi)各個(gè)目的地的旅行時(shí)間分別為每小時(shí)38 元和8 元。市場調(diào)研顯示，根據(jù)充電硬件的規(guī)定，充電電池的單價(jià)立即在11.2 萬～3.5 萬元左右，低充電電池的單價(jià)在1500～3000 元左右?？焖俪潆娖餍枰D(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換電壓。

快速充電器和低速充電器的單價(jià)分別為3 萬元和2000 元，轉(zhuǎn)換器的單價(jià)為2 萬元，折現(xiàn)率為0.095，設(shè)備壽命為10 雅卡年。它的成本為10%。在目標(biāo)充電站為電動(dòng)汽車用戶提供更快和更慢充電選項(xiàng)的計(jì)算選項(xiàng)與到達(dá)率數(shù)據(jù)結(jié)合使用。最后用MATLAB 程序求解，提高結(jié)果。由于目標(biāo)充電站是基于延遲充電和快充兼容的原則，所以慢充和快充也接近于批量安裝的原則。TargetA 的最佳充電站數(shù)量為16 個(gè)，快充6 個(gè)，快充10個(gè)。系統(tǒng)成本低，約86253 元/h。B 站的最佳充電站數(shù)量為31 個(gè)，快充11 個(gè)，慢充20 個(gè)。最低操作系統(tǒng)成本為147.35 元/h。

假設(shè)這款電動(dòng)車的最大充電需求為60kWh，那么你只需支付30kWh 即可滿足你日常的駕駛需求，平均出行時(shí)間為15 元/h。從表1 我們可以得出結(jié)論，目前懶人充電站的總成本非常低，所以我們需要先選擇懶人充電站。如表1 所示，該模型考慮了折舊和充電二次電池?fù)p耗。這部分不同充電方式的成本差異很大，充電速度也比其他兩種選擇快很多。但是，如果此時(shí)出現(xiàn)緊急情況，出行時(shí)間會(huì)大大增加。假設(shè)行程時(shí)間值為200 元/h，表1 中三種支付方式的總成本分別為231.87 元、115.39 元、126.46 元。分別選擇即時(shí)付款。

5.2 充電設(shè)施規(guī)劃分析

以Z 市為例，規(guī)劃電動(dòng)汽車充電站。此處不描述所描述的策略和運(yùn)氣水平。表2 顯示了完全充電扇區(qū)的參數(shù)。

表1 充電方式選擇

表2 充電需求預(yù)測和充電設(shè)施規(guī)劃

由表2 可知，規(guī)劃年內(nèi)各充電站的充電站總?cè)萘亢蛽Q電站總?cè)萘俊８鶕?jù)Z-City 網(wǎng)絡(luò)，選擇充電設(shè)施的位置和容量，每個(gè)充電區(qū)域的具體布線在此不再贅述。

6 結(jié)語

綜上所述，對(duì)電動(dòng)汽車充電機(jī)規(guī)劃方法的研究和分析，需要根據(jù)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的充電方式和充電資源規(guī)劃資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和合理布局。如何給車輛充電。確保您選擇的充電方式符合您的充電需求。它總結(jié)了充電功率和功率要求、擴(kuò)展計(jì)劃基礎(chǔ)和充電系統(tǒng)內(nèi)容等各種概念性問題。此外，還進(jìn)行了測試和分析，以確保EV 充電器滿足與特定充電點(diǎn)規(guī)劃相關(guān)的預(yù)期操作要求。