杨焕璋

摘要：本文分析了中国电动汽车充电设施的市场发展趋势，总结了充电模式及相应发展情况，从充电设施系统设计、充电设施建设布局规划、能源供给及电网接入、应用程序开发以及盈利模式探讨等几个方面阐述了充电设施的发展现状及前沿研究动态，为后续的相关研究提供了一定的参考价值。

关键词：电动汽车；充电设施；发展现状；研究进展

引言

随着社会经济的快速发展，中国汽车保有量从2010年的7000万辆迅增至2017年底的2.17亿辆，预计2025年将达到2.5-3.4亿辆[1]，这意味着未来国内石油消费将会继续增长，对油气能源行业造成巨大压力，给国家带来沉重的环境压力[2]。因此，大力发展新能源汽车成为了中国汽车发展的主要方向之一，并且已经取得了明显的进展。目前制约电动汽车发展的主要因素包括电动汽车续航里程难以满足需求、电驱动装置技术不完善、充电基础设施尚不完善等[3]。本文着重探讨了中国电动汽车充电基础设施发展现状，并就未来的发展趋势进行分析。

1.中国电动汽车充电设施供需发展

充电设施的供需取决于电动汽车的市场情况，充电设施的需求量随着电动汽车的产销量而逐年增加。工信部的统计数据[4]表明：2017年中国新能源汽车产销量分别达到79.4万辆和77.7万辆（如图1所示），近三年连续蝉联世界第一，累计保有量达到180万辆，超过全球市场保有量的50%。

2011年6月南方电网在广州、深圳、珠海等10个城市建成12座充电站和556个充电桩。到2011年底，国家电网公司就已经建成投运111座充换电站、8930台充电机和7245个交流充电桩，覆盖全国26个省市[5]。2012年国务院出台《节能与新能源汽车产业发展规划》，制定了充电基础设施总体发展规划、开展充电设施关键技术研究、探索其商业运营模式，积极推进充电设施建设，目标是到2020年充电设施建设与新能源汽车产销规模相适应，并满足新能源汽车在关键区域内或城际间的运行需要[6]。

2014 年以来，国家鼓励资本市场发展充电桩，民间资本涌入充电设施建设市场。截至2014年底，共有780座充换电站和3.1万个交直流充电桩投入使用，服务电动汽车12万余辆[7]。童芳等[8]研究表明充换电站数量在2018-2020年间仍将继续保持50%以上的增速，2020-2026年增速放缓并逐年减少8%，2026年后增速逐步降低到1%并趋于稳定，如图2所示：

根据国家发改委出台的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》规划，到2020年预计超过1.2万座集中式充换电站、超过480万个分散式充电桩新增投入使用，可满足500万辆电动汽车的充电需求。这一指导文件为电动汽车充电设施的建设提供了强大的供给侧驱动力。预计在未来五年内，充电设施建设产业将形成超千亿的市场规模，间接带动的市场规模甚至可达2万亿。

2.中国电动汽车充电模式发展现状

电动汽车充电模式[9]包括：①常规充电模式（交流充电，需要5-8h），②快速充电模式（一般为直流充电，功率大于50kw，短时间应急充电），③机械充电模式（通过纯手动形式、半自动形式更换动力电池），④无线充电模式（电磁感应、无线电波、磁共振、电场耦合等方式），⑤移动充电模式（在路面下构建充电区）。由于后几种充电模式的设备技术尚处于研究阶段，目前应用较多的为常规充电模式和快速充电模式：

常规充电模式主要采用直接连入家用电源的方式充电，采用交流充电桩，设置在公共停车、公用充电点等区域。此模式易于使用和推广，目前新能源共享汽车充电主要使用这种模式。交流充电桩[10]一般由四部分组成：计量模块、电气模块、账务管理模块和桩体。

快速充电模式一般采用大功率直流充电桩[11]实现，其主要由人机交互触摸屏、通讯模块、充电模塊、控制模块、计费模块和桩体组成。现阶段主要设于停车区域或高速的服务地段，短时间即可充电至约70%。

3.中国电动汽车充电设施主要研究方向

为满足市场对充电桩的迫切需求，在国家政策扶持和社会资本的推动下，充电设施建设产业获得快速发展。发展过程中众多研究者对充电设施系统设计、充电设施建设的布局规划、能源供给及电网接入、应用程序开发以及盈利模式探讨等各个环节进行了多方位的思考。

3.1充电设施系统设计

充电设施的系统设计作为技术核心直接影响到设施的推广模式、运营成本、经济效益等，因此众多学者从不同角度对其进行了研究。

王杰[12]针对传统的充电桩服务设计理念及方式存在的问题（如充电服务场所定点难、充电桩造型呆板缺乏科技感与时代感、人桩交互性缺失等）从物联网的角度出发，针对充电桩在设计合理性、定位准确性、使用便捷性、空间融合性等问题上，就其结构、形式、特征与空间关系加以研究和分析，进而构建了人机交互系统模型，为后续充电桩产品设计提供理论依据及方法指导。

陈静[13]调研了太阳能充电站的可行性，引入用户体验的概念，运用产品系统设计思维来确定充电设施设计的实施步骤，将电动汽车充电产品系统划分为外部系统和内部系统两个部分，分别分析了其中的关键要素；并基于对用户体验和充电产品的调研与分析，得出优化设计策略，并设计出具体解决方案。

3.2充电设施建设布局规划

由于电动汽车续航里程瓶颈的存在，充电设施的合理布局显得尤为重要。充电需求、充电成本、投资规模和运营商利润等主要因素影响着充电设施建设的布局规划。为此，付凤杰等[14]以自动车辆识别数据的历史行驶路线来模拟电动汽车出行特征，并准确地计算充电需求、充电成本和运营商利润，确定最优布局方案，同时分析了工作日/非工作日以及交通需求增长和电池发展对布局的影响。

高建树[15]将遗传算法应用于机场充电桩布局选址，结合机场实例，对模型和算法进行了仿真分析，确定了该机场充电桩布局选址的最终方案，证明了模型的可行性和算法的有效性。

3.3能源供给及电网接入

规模化电动汽车充电设施的运行也将给能源供给和电网带来前所未有的压力和挑战。新的产品负荷特性和设备特点、新的用电需求给电网的建设和运行带来了诸多新的问题[16]。为此，众多研究者给出了不同的解决方案。

白高平[17]通过对快速充电负荷及电池更换站充电负荷的估算，基于其时间分布，估算了电动汽车充电站规模化投入使用时的充电负荷。同时利用正态分布理论，研究了自然状态下充电负荷分布，建立了具有一定普适性的负荷模型用于对充电设施进行充电负荷估算。

段佳艺[9]提出以新能源、分布式能源（包括光伏、氢能等）为供给方式的电动汽车人性化合理化充电方式以及服务路径。提出对过剩产能能效管理的新供给方式，以及建立城市电桩网络布局，最终完成城市交通共享电桩的应用设计和开发。

3.4应用程序开发

目前，人们在寻找、使用充电桩时还不是很方便，尽管市场上已经出现与充电桩相关的手机应用，但是大多数应用用户体验较差，使用意愿不强，因此有研究者进行相应的应用程序开发。

郝文汐[18]结合用户充电流程和用户调查分析，分析了APP服务流程的关键节点，总结出改进后的APP基本功能。

尹静文等[19]结合电动汽车充电桩充电费用结算实现方式，设计了射频识别智能卡结算系统，利用射频通信收发芯片实现非接触式智能卡读写功能。通过通信接口读取充电数据，并借助标准串行通信接口与控制器之间实现信息交换，具备智能卡识别、信息读写、消费金额计算等三重功能。

郑业爽[20]设计了基于PLC的停车场智能监控系统，通过记录充电桩电源开关的使用情况来反映剩余电动汽车车位数量。

3.5盈利模式探讨

国外充电桩的建设相对来说较为完善。英国政府在伦敦投资建立了数十个免费汽车充电站，以满足电动汽车的充电需求。在亚洲，得力于日本政府在资金和政策上的大力扶持，东京等日本大城市中随处可见充电桩，并且使用费用低廉。但是从行业的长远健康发展来看，行之有效的电动汽车充电设施盈利模式仍是急需解决的问题。

毕军[21]结合充电站运营特点，充分考虑充电桩服务水平、用户排队时间、充电分布状况和运营商运营利益等因素，以最大化实现充电站运营商的综合效益为优化目标，提出了电动汽车充电分配模型。

许燕等[22]以漕溪站电动汽车充电站为研究对象，从技术和商业运营角度提出了充电设施和电动汽车的现有矛盾是分布式能源微网供给侧和用户需求侧的不匹配，结合漕溪站内现有储能设施情况，以分布式能源作为该方案的核心技术，方案收益和国家补贴作为可行性推广研究，论证了利用分布式清洁能源的电动汽车充电站充电服务智能微网的前瞻性。

王珣[23]提出了电动汽车充电服务产业纵向一体化的观点，并通过分析电动汽车充电桩运营商与设备制造商之间的供应链模式、利润分配博弈等相关因素，得出“上下游合作程度越大充电桩产业的总体利润越大，促进电动汽车充电产业纵向一体化合作是充电桩产业发展的必然要求”的结论。

4.结论及展望

电动汽车充电设施的发展随着电动汽车的发展不断扩张，其建设成本与现实收入不匹配等现状也值得我们在憧憬充电行业繁荣前景的同时予以关注与探索。本文分析了充电设施的市场发展趋势，总结了几种充电模式及对应的发展情况，从充电设施的系统设计、充电设施建设的布局规划、能源供给及电网接入、应用程序开发以及盈利模式探讨等几个方面阐述了中国充电设施的发展现状及前沿研究动态，为后续的相关研究提供了一定的参考价值。

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[4].工信部：2017年中国新能源汽车保有量占全球50%以上[J].汽车与配件，2018（05）：14.

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