赵兴勇，赵艳秋

（山西大学工程学院，山西太原 030013）

电动汽车作为一种清洁能源交通工具，具有能源利用效率高、环保等特点，是实现节能减排和能源安全战略的重要途径，也是未来汽车工业发展的重点[1]。电动汽车充电设施是电动汽车产业推广的前提和重要基础，也是电动汽车商业化、产业化的重要环节。国际气象组织对40多位电动汽车相关行业专家的访谈结果表明，充电设施建设的重要程度在电动汽车发展众多影响因素中仅次于电池技术，排名第二，充电设施的基础性、关键性作用各方已达成共识[2]。随着国家智能电网建设的推进，电动汽车充电设施作为智能电网用电环节的特殊用电设备，同时具有分布式负荷与分布式能源节点的特性，体现在与智能电网实现互动，有力促进智能电网的建设和发展。

1 国内外电动汽车充电设施发展现状

1.1 国外充电设施建设发展现状

国外发达国家政府和相关企业对充电实施的建设非常重视。美国2009年10月开展了大规模充电设施建设项目“EV Project”，计划3~5年内在9个试点州建立16000多个充电点；日本电动汽车的研究时间较长，技术水平较高，充电设施的建设也非常迅速，截至2010年11月，共建设充电设施250多处；欧盟各国也积极开展电动汽车充电设施的建设工作，法国巴黎是世界上最早鼓励使用电动汽车的城市之一，已形成基本的充电网络；德国已计划在柏林建立500多处充电点。

1.2 国内充电设施建设发展现状

我国电动汽车的研究起步较晚，但发展非常迅速。2003年在北京、唐山等7个城市开展电动汽车示范运行，并建设了配套充电设施；2008年在北京奥运中心建设了5000 m2的电动公交车电池更换站；2010年上海世博园建成世界规模最大的电动公交车电池更换站，2011年底上海奉贤首座电动汽车充换电站建成；2012年1月，集目前国内所有充换电模式于一站的、国内规模最大的北京高安屯电动汽车充换电站，通过专家组验收，正式投入运行，年累计换电服务能力可达14.6万次。至2010年底国家电网公司共建成充电站87座，充电桩7031个，按照公司规划，在“十二五”期间，全国将建设充换电站2351座，充电桩22万个。

目前，尽管电动汽车充电设施的建设在国内外得到高度重视，但都面临着相关技术标准与运营模式不明确等一系列问题[3-4]，随着电动汽车的快速发展，充电实施的建设将步入规模化、网络化时代，因此，我国急需在试点建设的基础上加大研究和创新力度，探索适合我国国情的充电设施建设道路。

2 制约充电实施建设的主要因素

2.1 电动汽车的运营模式

根据用户类型的不同，电动汽车可以大致分为示范区用车、集团车队、社会车辆及微型车辆4大类，不同的运行模式，对充电方式、时间、功率要求也不同，进而对充电设施的建设有不同的要求。

示范区用车。这类用车数量较少，运行范围相对集中，可以在示范区内建立集中的大型电池更换站，实现规模化运营。

集团车队。这类车行驶路径和里程可以预测，一般白天运行，在夜间利用谷电进行充电。可利用集团停车场建充电站，实行整车常规充电方式。

社会车辆。这些车包括出租车、公交车及私家车。他们的运营目的不同，采取的充电方式也不同。出租车及公交车，应尽量满足人们出行要求，增加运行时间，需及时快速充电，应建立专用充电站或电池更换点。

微型车辆。

2.2 电动汽车的供能模式

根据动力电池的技术和使用特性，主要有常规充电，快速充电，机械充电和车载充电。

常规充电，又称慢速充电。电池在放电终止后的24 h之内，以小电流的恒压或恒流充电，充电电流约为15 A，充电时间一般为5~8 h，最长可达20 h。这种方式成本较低，延长电池的使用寿命，但充电时间较长，难以满足车辆紧急运行的要求[5]。

快速充电，又称紧急充电。是以较大电流在短时间内为电池充电。充电电流150~400 A，充电时间0.25~2 h。这种充电方式，充电时间短，建设用地少；但影响电池的寿命，设备制造及安装成本高，对充电的安全性要求较高。

机械充电，即快速更换电池。直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。这种方式，有利于提高车辆的使用效率及运行经济性，及时发现单体电池的缺陷；但由于电池组重量较大，更换电池的专业性较强。

车载充电。作为纯电动汽车的基本设备，车载充电机固定在电动汽车里，只需将插头插入电源插座就可充电[6]。这种方式，充电功率小，安全方便。

2.3 动力电池特性

动力电池的性能目前尚不理想，电池成组、能量管理等技术不够成熟，不当使用将给电池的寿命和安全造成影响，使充电设施建设面临较大的风险。如果动力电池的比能量、循环寿命、安全性等有较大改善时，充电设施也必将发生改变。动力电池的发展方向是高密度、高循环寿命，其进程的不确定性使得充电设施的建设面临艰难的选择。

2.4 充电技术及标准

通用化。由于在较长一段时间内，存在多种电池及多电压等级的情况，因此，充电设施需要具有充电广泛性，具备多种动力电池的充电控制算法。

智能化。优化充电技术，实现电池的无损充电，自动监控电池的充电状态，实时监测运行状态，智能诊断。

电能转换高效化。不同类型的充电装置电能转化效率不同，电能效率转换高的充电装置，对降低电动汽车耗能具有积极的意义。

集成化。采用集成技术将充电设施与电动汽车能量管理系统集成一个高效充电解决方案，提高充电设施单位土地面积的充电服务效率。

标准缺失。充电设施的建设，从国内外已发布和正在制定的标准看，标准化工作采取了多种方案并存的路线，所以标准的统一性和可操作性较差。随着电动汽车市场规模的不断扩大，标准应逐步完善，减少方案种类，逐步统一。

3 充电设施建设与电网的关系

3.1 充电网络与配电网密切相关

随着充电网络覆盖范围、密度的加大及电池容量的成倍增加，其对配电网可能产生谐波，必需引起足够的重视。充电网络的建设与优化布局，不仅要考虑电动汽车的需求，而其应该与配电网的规划建设与运行管理结合起来。充电设施既对配电网的安全运行和电能质量产生影响，又必然受到配电网运行及控制的制约。

3.2 充电网建设与智能电网建设高度一致

随着电动汽车的大规模推广，动力电池的储能作用越来越明显，储能单元是智能电网的重要组成部分，通过合理安排充电时间来参与调峰，取得节能减排效业[7]。通过提高电池技术还可以实现向电网放电，因此，必须把充电设施的建设，电池研发与智能电网建设结合起来。在建设时安装智能电表和双向通讯设施；充电网管理平台与智能电网相关平台高度集成，实现信息共享，实行智能充电服务管理，引导用户在低谷充电，高峰反向送电，发挥积极的“削峰填谷”作用。

4 充电设施建设的具体内容

4.1 充电规划原则

充电设施的数量、布置等直接关系到电动汽车的普及程度，反过来，电动汽车发展的不同阶段，也对充电设施的建设产生重要的影响。充电设施的建设包括“发展”、“需求”、“可能性”等3个决定性因素。

发展是指电动汽车的推广普及程度及发展趋势；“需求”是指相关区域的交通流量及服务半径；而“可能性”主要是指环保交通及区域配电能力等。

4.2 外部接入条件

4.2.1 影响外部接入的主要因素

首先，充电设施所在处配电网应具有可靠性，保证不间断持续提供质量合格的电能；其次，充电设施的电压等级、电力负荷容量、充电机的类型、充电频度等，直接影响外部接入电力设备的选型；另外，充电设施的建设费用也是需要考虑的重要因素。

4.2.2 外部接入接线方式

大型商业化运行的充电设施，利用频度高，负荷大，根据《国家电网电动汽车充电设施建设指导原则》，从供电可靠性和经济性考虑易，需建立专用的变压器，采用双回路高压电源进线，单母线分段的形式；居民小区、社会停车场等处的充电设施，负荷较小，只需根据充电设施安装点的负荷及谷电，对原有的供电设施进行改造，从而既可减少投资，又能满足充电需求。

4.3 充电设施内部设计

主要包括充电系统设计及监控系统设计两部分。

4.3.1 充电系统设计

主要包括交流充电桩，非车载充电机，计费装置，电池更换设备等。充电机最高充电电压根据目前及今后使用车型的特性和数量确定。最大充电电流根据车载电车组的容量和对充电速度的要求，结合设备供电能力和性价比确定。

4.3.2 监控系统设计

主要包括充电监控系统，安保监控系统，计量计费系统等组成[8]。其中，充电监控系统完成控制电池的充电、采集状态和运行信息、数据处理等功能。安保监控系统监控整个充电设施内外区域，具有视频、报警、录像等功能。计量计费系统负责采集关口电表及用电终端电能数据计算充电费用。

5 充电设施建设的效益分析及需防范的风险

5.1 充电设施建设效益分析

5.1.1 能源战略效益

节能减排，大力发展清洁能源是我国能源战略的一个重要组成部分，电动汽车节能效果明显，充电设施的建设是电动汽车的快速发展基础和先决条件。

5.1.2 环境和经济效益分析

以行驶100 km为例，电动汽车产生的温室气体仅为普通汽车的一半，环保优势十分明显；以行驶1 km耗能计算，电动汽车能耗仅为普通汽车的50%，有效减少国家对石油资源的依赖；以年行驶里程1万公里，油价6元/升，电价0.6元/kW·h估算，电动汽车比普通汽车可节约运行成本5.1万元，经济效益非常显著。

5.2 充电设施建设需防范的风险分析

我国的充电设施建设处于初始阶段，电动汽车发展路线、电池技术、价格，以及相关政策存在着较大的不确定性，因此，电网公司、汽车制造商等准备开展充电设施建设业务的企业，应该加强发展策略研究，注意防范风险。

5.2.1 技术路线和标准

目前，国家4部委把插电式混合动力和纯电动汽车作为财政补贴的主要支持对象，补贴标准为0.3万元/kW·h，这两种技术路线的电动汽车接口标准、功率标准不同，从而对充电设施的要求也不同。充电设施过高建设标准带来的高成本与过低建设标准带来的重复建设都会带来较大的风险。

5.2.2 市场占有量和推广速度

当前的电动汽车主要以公交车、出租车为主，所占比例非常少，发展空间巨大，但普通消费者对电动汽车及其配套充电服务将有一个逐步认识到接收的过程，因此，充电设施的建设速度要合理，过快可能使用效率低，过慢可能难以满足市场的需求。

5.2.3 运营模式

由于动力电池等关键技术尚未突破，多种充电设施模式将长期并存，需要进一步探索各类运营模式及其适用对象，进而形成可持续发展的商业运营模式。

6 结论

充电设施网络是智能电网的一部分，是电动汽车产业化、规模化的关键环节，科学合理的规划建设将有力促进电动汽车的有序发展。充电设施的属性，运行特点决定了其规划建设必须由政府部门，电网企业，市政部门等通力合作，共同完成，并纳入电网的发展规划中。我国的电动汽车充电设施建设处于初始阶段，通过电动汽车关键技术提升及试运行经验总结，为未来电动汽车充电设施建设提供理论指导和建设规范。

[1] 李兴虎.电动汽车概论[M].北京：北京理工大学出版社，2005.

[2] 徐凡，俞国勤，顾临峰，等.电动汽车充电站布局规划浅析[J].华东电力，2009（10）:1697-1682.XU Fan，YU Guo-qin，GU Lin-feng，et al.Hua1Tentative analysis of layout of electrical vehicle charging stations[J].East China Electric Power，2009（10）:1697-1682（in Chinese）.

[3] 康继光，卫振林，程丹明，等.电动汽车充电模式与充电站建设研究[J].电力需求侧管理，2009（5）:64-68.KANG Ji-guang，WEI Zhen-lin，CHENG Dan-ming，et al.Research on electric vehicle charging mode and charging stations construction[J].Power Demand Side Management，2009（5）:64-68（in Chinese）.

[4] 李立理，张义斌，周原冰，等.我国发展电动汽车充电基础设施若干问题分析[J].能源技术经济，2011（1）：6-10.LI Li-li，ZHANG Yi-bin，ZHOU Yuan-bing，et al.Study on someissuesaboutthedevelopmentofcharginginfrastructures for the electric vehicles in china[J].Energy Technology and Economics，2011（1）：6-10（in Chinese）.

[5] 尹元，张春欣.新港电动汽车充电站建设方案浅析[J].电力与电工，2011（3）：28-30.YIN Yuan，ZHANG Chun-xin.Superficial analysis for construction scheme of charging stations for electric car in xin gang[J].Electric Power and Electrical Engineering，2011（3）：28-30（in Chinese）.

[6] 张文亮，武斌，李武辉，等.我国纯电动汽车的发展方向及能源共供给模式的探讨[J].电网技术，2009（4）：1-5.ZHANG Wen-liang，WU Bin，LI Wu-hui，et al.Discussion on development trend of battery electric vehicles in China and its energy supply mode[J].Power System Technology，2009（4）：1-5（in Chinese）.

[7] 姚建歆，王媚，罗伟明.电动汽车充电系统建设应用分析研究[J].华东电力，2008（8）：983-986.YAO Jian-xin，WANG Mei，LUO Wei-ming.Construction and application of charging systems for electric mobiles[J].East China Electric Power，2008（8）：983-986（in Chinese）.

[8] 严辉，李庚银，赵磊，等.电动汽车充电监控系统的设计与实现[J].电网技术，2009（12）：15-19.YAN Hui，LI Geng-yin，ZHAO Lei，et al.Development of supervisory control system for electric vehicle charging station[J].Power System Technology，2009（12）：15-19（in Chinese）.