电动汽车充电服务浅析

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摘要：电动汽车发展的最大技术障碍是纯电动汽车的动力电池，系统的优化配置与控制。以充电站为例，充电设施、充电技术的滞后直接影响城市电动汽车的充电和运行。文章以现今汽车运营模式为切入点，可以更好地发现汽车的发展趋势，为服务商提供有效的信息参考，从而更好地满足客户对于未来汽车的多元要求。

关键词：电动汽车;充电站;充电服务;动力电池;基础建设;运行模式 文献标识码：A

中图分类号：U469 文章编号：1009-2374（2016）04-0078-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.040

1 概述

电动汽车（Electric Vehicle，EV）以电代油，可有效减少车辆环境污染，缓解交通对石油资源过度消耗。电动汽车环保节能，是未来建设资源节约型社会的重要工具，如今世界面临资源枯竭、环境污染等问题，电动汽车因为其优越的性能和比肩传统汽车的驾驶体验而成为了世界汽车行业新宠。越来越多的国家、地区、企业投入到了电动汽车的发展行列中，我国也大力支持电动汽车的研制，尤其是纯电动汽车。国际上电动汽车技术日益成熟，已成为新型、实用、环保的代名词，也是未来我国汽车工业需要努力的方向和需要抢占的先机。电动汽车能源是电力，因此电力资源的补充在电力汽车发展中也显得尤为重要。电动汽车的迅猛发展，使得与之配套的充电站正成为一种新型产业，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。

本文主要从配套设施建设和对客户的服务方面对充电站的建设做了初步研究。

2 国内外发展研究现状

电动汽车充电站配套设施建设和对客户的服务方面的研究伴随着国内外充电站的迅速发展而引起广泛关注。“十二五”提出中国电动汽车发展趋势是以纯电动为主要发展方向，混合动力汽车是商业化重点。北京市预计在未来5年内新建可供3.5万辆新能源汽车充电的站点。为了促进电动汽车的发展，有关国家分别制定了一系列政策，虽然政策实施在很大程度上促进了电动汽车技术的发展，但是一些技术上的瓶颈依然限制着电动汽车的蓬勃发展和快速进步，这些问题中最大最难解决的问题就是电动汽车的动力电池以及电力汽车整体系统的重新优化设计和效率提升。并且客观来说，电动汽车并不是最理想的汽车模型，其只是相对于原来传统汽车环保水平有所提高而已。

3 电动汽车充电站现状

目前国网北京市电力公司已在高安屯、马家楼、四惠、西黄庄等地建立了70多处的电动汽车充电服务站。为了提高北京电动车充换电服务网络建设、运营的效率与执行力，落实充换电服务网络建设运营中的重大事项，协调解决各项问题，国网北京市电力公司成立了国网北京电动汽车服务有限公司统一负责北京地区公交站、环卫站、出租车站、乘用车站运营。服务对象涵盖电动公交车、出租车、环卫车、乘用车等车型。

4 电动汽车充电分析

4.1 电动汽车运行模式

电池分类方式的多样化、客户对于充电的质量和速度的要求，促使充电方式多样化。如果电动汽车作为公交车则很方便，在公交车专用停车场里可设充电站，于公交夜间不运营时充电，充电的量和时间根据公交所需运行的里程和时间来确定，做到高效、精准，至少保证每次充电可以使公交车单程运行一次。

在出租电动汽车运行模式下，可在集中停放的出租车公司内设集中式充电桩群，在停运时间段充电;运营时间段内，适时计算其电量及对应地可以提供动力的里程数，如果计算出电量不足以支撑其运营，可在一定范围内设定固定的充电站，保证出租车的平稳运营。

在环卫电动汽车运行模式下，电动汽车由单位、中心的驾驶员驾驶，应在垃圾存放站和居民小区间建设相应的充电设施。因其使用时间较为固定，可以利用低谷时段进行普通充电，对快速充电设施的需求不大，因此集中式的充电桩群可满足正常需求。

4.2 动力电池

衡量电池性能的指标包括容量、比能量和循环寿命。不同类型的动力电池充电特性不同，通常电流在0.2～2.0C之间（C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法）。对不同类型动力电池充电方法及充电控制策略也不同：动力电池充放电工作效率在常温下充电接受能力较强，但是一些城市气候较为寒冷，无法满足条件就会造成一些电量的浪费，因此在设计时，充电站也应该保持处于人工气候下，从而提高充电效率。普通慢充一般允许的充电时电芯温度在0℃～55℃之间，快速充电的允许充电时电芯温度在10℃～55℃之间，因此建设快速充电站时应充分考虑环境温度对动力电池的影响。

4.3 充电时间

不同充电时间需要不同充电方式。在充电时间要求不高时，如环卫车、部分私家车等，可以采用使用家庭电压慢速充电，充电时间为5～20个小时不等。充电所需功率和电流相对较低，充电设备和安装成本低，可在电力低谷时段充电或在停驶时间利用电力低谷普通充电;在充电时间较紧迫的情况下，如出租车、公交车等，可以使用效率更高的直流快速充电方法，大电流短时间（20～150分钟）充电。但是这样一来，大功率的充电设备会对原有的电网造成一定的冲击，也会对设备整体运营的成本和配套安全措施提出更高要求。

4.4 电动汽车发展对充电技术的要求

充电站可以满足多数汽车的充电要求，因此也会是未来汽车主要的充电方式。充电站应该满足以下条件：充电快速化、充电通用化、充电智能化、充电集成化、环境友好化、电能转化高速化。

充电快速化：15分钟可达电池容量的80%。该方法主要应用于铅蓄电，因这种老式电池技术已经相当成熟，具有一定的性能优势，如容量大、适应性强，但是其同样存在着续航能力弱等问题，必须解决实现汽车的快速充电等问题。

充电通用化：公共场所充电装置需要具有充电的广泛性，可以为多种电池进行充电，并且实现效率充电和精准充电的统一。这些如果能在电动汽车上市的初期就实现，那么必然会大大促进电动汽车行业的规范有序发展，同时为人们的生活提供极大的便利。

充电智能化：实现无损充电、避免过放电、电池故障的自动诊断和维护、延长电池的使用寿命的节能。智能化充电要求在充电过程中最大限度地延长电池寿命，不能损害电池的结构，这要求实时监控电池的状态，不能过度充电或者放电，这样有利于避免电池的浪费和废旧电池污染环境，其主要包括如下内容：（1）可以通过建立更加可控的充电站和充电技术来进行无损充电;（2）优化电池实时监控技术，提供更加合理的电池电量管理方案;（3）电池问题的快速申告和精准维修以及日常保养。

电能转换高效化：在充电过程中往往存在着热能等能源的损失，高效化的电能转化，可以有效减少这些损耗并且能够大量节约充电站成本。因此采取一定措施建立更高效的电能转换模式是电动汽车控制成本的重要方式。

充电集成化：集成化的充电系统可在更加微小的体积内包含大量的充放电原件，减小电池空间，既为其他汽车部件提供空间，又能压缩车体大小。该设计还能使得充电过程中损耗更小，实现快速充电和高效充电，并延长电池的使用时间，降低汽车维护使用成本。

5 充电站的构成

充电站包括供电系统、充电设备、监控系统段相应的配套设施。在充电站建设方式上，大、中型充电站建设采用配电变压器，两路电源供电;小型充电站采用单路低压电源供电，不设配电变压器。充电设备电气接口、通信规约、电气连接件符合相关技术标准要求。

设计规范一致：完整的充电站包括供电系统、充电系统、监控系统及相应配套设施。供电系统可为电动汽车充电站的动力设备、监控系统和办公场所等提供交流电源。这一电源是充电站运营最基础的部分，也是充电站的关键所在，供电系统设计中，电压的转换装置、电池的监控装置、费用的计算装置、谐波治理装置等必不可少。在电力分级上，可以采用二级，在供电时使用两条线路供电，无需其他电源，其输出为0.4kV、50Hz。

充电系统，其功能是整个充电站最为核心的部分;它为每一辆来此充电的汽车提供符合要求的无损的动力系统，满足多样化的充电需求。它配置要求：满足多种形式的充电需求，提供安全、快捷的能量补给服务，主要包括交流充电桩、充电机、计费装置、电池更换设备。

监控系统是充电站安全高效运行的保证，它实现对整个充电站的监控、调度和管理，主要包括配电监控系统、充电监控系统、烟雾和视频安保监视系统。

配套设施主要包括充电工作区、站内建筑、消防设施及电池维护、客户休息服务设施。

而充电站规模大小是一个值得讨论的问题，根据现有情况来看在公交站配置的充电站可以为30辆左右的公交车进行多种充电。配置10个左后的直流快充桩（20个左右的直流快充口），保证发车间隔及公交集团的日常运行。一般50～100辆电动出租电动汽车，配置25～50个交流充电桩（50～100个交流充电口）满足一车一口和2台直流快充桩（10个直流快充口）。这种配置充分考虑利用晚间停运期间的谷电进行充电，在白天运行高峰期间使用直流快充桩快速补点，因为充电时间集中，应使充电柜具有谐波等处理功能。一般10～50辆环卫电动汽车建设一个充电站，配置5～25个交流充电桩（10～50个交流充电口）。这样的配置方式可以充分利用夜间公交车休息的时间进行充电，但是会造成部分设备在一些时段的大量闲置。通过主动建设智能充换电服务网络，优化充换电站选址和配置类型，显著降低配电网改造投资，与车辆全部采用充电方式相比，配电网末端负荷增量减少。

6 结语

本文通过对电动汽车充电服务的初步探究，解析了电动汽车充电过程中普通充电、快速充电模式各自的运用情况以及适用范围等，充电服务环节的运维服务单位如何推动电动汽车的发展，进而阐明电动汽车产业需要运维服务单位与使用客户的共同协作才能获得发展。但随着电动汽车充电服务的不断发展和市场的逐渐成熟，电动汽车充电服务产业链仍将不断调整，其中的参与者也会有一定程度上的变化。

参考文献

[1] 刘振亚.智能电网知识读本[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2] 马银山.电动汽车充电技术及运营知识[M].北京：中国电力出版社，2011.