摘 要：該文研究分析了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的瓶頸以及電能供應(yīng)模式，并對(duì)3種電能供應(yīng)模式進(jìn)行比較，確立了快速換電為主的電動(dòng)汽車電能供應(yīng)模式。在快速換電模式下，闡述了電動(dòng)汽車充換電設(shè)施服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 電能供給模式 集中充電站 充換電站 電池配送站

中圖分類號(hào)：TM921.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-000-02

目前全球氣候變暖、能源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益嚴(yán)峻，為了保護(hù)環(huán)境和保障能源供給，各國(guó)政府不惜投入大量人力、物力尋求解決這些問題的途徑。電動(dòng)汽車以電代油，具有高效率、零排放、低噪音等顯著優(yōu)點(diǎn)，是促進(jìn)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、解決能源短缺和環(huán)境污染的主要手段。

1 認(rèn)識(shí)與探索

當(dāng)前電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨以下兩個(gè)方面的瓶頸。

（1）電池技術(shù)發(fā)展的瓶頸。在電動(dòng)汽車傳統(tǒng)充電模式下，電動(dòng)汽車以整車帶電池的方式銷售，由于電池壽命和成本的限制，造成電池價(jià)格居高不下，進(jìn)而拔高了整車價(jià)格，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)和銷售，進(jìn)入“惡性”循環(huán)。

（2）充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的瓶頸。充電基礎(chǔ)設(shè)施困境在于按照傳統(tǒng)的方式進(jìn)行布點(diǎn)、充電，單位土地面積利用效率低下，單位面積投資比較昂貴，收回成本較難，很難實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致電動(dòng)汽車電能補(bǔ)給困難，影響電動(dòng)汽車的推廣和普及。

上述瓶頸導(dǎo)致電動(dòng)汽車推廣困難，保有量少。而由于保有量少，導(dǎo)致電池與充電設(shè)施因無法產(chǎn)生規(guī)模效益而不能快速發(fā)展，形成了一個(gè)“困境循環(huán)”。如圖1所示，即傳統(tǒng)的充電模式導(dǎo)致整個(gè)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的矛盾相互糾結(jié)，互相牽制，難以突破，嚴(yán)重阻礙了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

鑒于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的困境，迫切需要一個(gè)全新的電能供給模式來打破這個(gè)“困境循環(huán)”，以解決電池成本高和充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難的問題。

2 電能供給模式研究

目前電動(dòng)汽車電能供給模式主要有以下三種模式。

（1）直流快充：通過大功率充電機(jī)直接對(duì)電動(dòng)汽車上的電池進(jìn)行充電，充電電流大、速度快，通常1～3h左右可完成充電。但快速充電對(duì)電池的壽命影響很大，需占用整車停車位，對(duì)充電站用地要求高，建設(shè)難度大。另外，由于整車充電功率較大，大量采用對(duì)電網(wǎng)影響較大。

（2）交流慢充：通過交流充電樁，并經(jīng)由電動(dòng)汽車車載充電機(jī)進(jìn)行充電。充電電流小，充電速度慢。根據(jù)電池與車載充電機(jī)容量的不同，通常充電時(shí)間在6～12 h左右。可利用停車位配套設(shè)置，一般不需要單獨(dú)占用場(chǎng)地。但慢速充電時(shí)間長(zhǎng)，用戶需等待較長(zhǎng)時(shí)間，電池缺乏統(tǒng)一的維護(hù)和管理，影響電池壽命。此外，分散式充電樁的建設(shè)數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模后，對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷及電能質(zhì)量有影響且較難控制。

（3）快速換電：通過充換電站集中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電池進(jìn)行充電，并為電動(dòng)汽車用戶快速更換電池。更換時(shí)間通常在3～5 min。快速更換電池方式在充電時(shí)間、電池流通管理、充電安全等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。該模式是由充換電站統(tǒng)一管理電池，使電池得到定期檢修和維護(hù)，充分發(fā)揮電池的使用壽命，提高利用率，減少用戶的維護(hù)負(fù)擔(dān)。充電站可以有效利用低谷時(shí)段對(duì)電池進(jìn)行統(tǒng)一充電，對(duì)電網(wǎng)起到了良好的削峰填谷的作用。

3 充換電設(shè)施建設(shè)

由表1可知，快速換電、交流慢充、直流快充三種電動(dòng)汽車電能供給模式中，快速換電模式的綜合性能較優(yōu)。而快速換電模式的載體是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，通過動(dòng)力電池的流轉(zhuǎn)，電動(dòng)汽車充換電設(shè)施的建設(shè)將形成大型集中充電站、充換電站、電池配送站三層服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

3.1 集中充電站

集中充電站作為智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，它是電池更換業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。在電池更換業(yè)務(wù)模式下，集中充電站以標(biāo)準(zhǔn)電池模塊集中充放電為核心，在電網(wǎng)低谷時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電池模塊充電、高峰時(shí)能源反饋電網(wǎng)，完成標(biāo)準(zhǔn)電池模塊向充換電站、電池配送站的統(tǒng)一配送，以及標(biāo)準(zhǔn)電池模塊保養(yǎng)、維護(hù)、倉儲(chǔ)等任務(wù)。集中充電站根據(jù)充電電池的技術(shù)規(guī)格和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池進(jìn)行集中檢測(cè)，計(jì)量電池集中充換電的電量，并能夠與電網(wǎng)進(jìn)行電量和電費(fèi)結(jié)算。集中充電站一般不面對(duì)最終客戶，而是作為對(duì)電池集中充電的“工廠”，回收電能已經(jīng)耗盡的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，再對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，完成后通過物流網(wǎng)終端將充滿電的汽車電池配送到各個(gè)充充電站、電池配送站以及各個(gè)代理點(diǎn)。

集中充電站利用集中、專用設(shè)備在電網(wǎng)低負(fù)荷或者低谷時(shí)段完成對(duì)電池的集中充電工作，以保證有足夠的可用電池向各個(gè)電池配送站進(jìn)行配送。

集中充電站是充換電設(shè)施中投資最大的部分，應(yīng)按照“一次規(guī)劃，分期建設(shè)”的原則，將集中充電站分為近期和遠(yuǎn)景兩個(gè)階段進(jìn)行建設(shè)，遠(yuǎn)景根據(jù)需要進(jìn)行建設(shè)，并根據(jù)建設(shè)要求提出集中充電站的建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)方案、系統(tǒng)組成及工程建設(shè)設(shè)想，為后續(xù)集中充電站的建設(shè)提供參考?？紤]到交通和選址條件，集中充電站不宜設(shè)置在城市的中心區(qū)。

集中充電站主要由充電系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、環(huán)保及衛(wèi)生等組成。根據(jù)集中充電站的建設(shè)規(guī)模及場(chǎng)地條件，近期建設(shè)可考慮配置標(biāo)準(zhǔn)電池3000組，遠(yuǎn)景建設(shè)可考慮配置標(biāo)準(zhǔn)電池6000組。

3.2 充換電站

充換電站是為電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)電池提供充電和標(biāo)準(zhǔn)電池快速更換的電能供應(yīng)站，它以標(biāo)準(zhǔn)電池充換為核心，整車快速補(bǔ)電為輔，能基本滿足電動(dòng)汽車的充換電服務(wù)需求，同時(shí)根據(jù)充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的需要，可從集中充電站獲取標(biāo)準(zhǔn)電池，也可為電池配送站配送適量的標(biāo)準(zhǔn)電池。

充換電站系統(tǒng)主要由供配電系統(tǒng)、充換電系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)和配套設(shè)施等部分組成。根據(jù)充換電站的建設(shè)規(guī)模及場(chǎng)地條件，每個(gè)充換電站可考慮配置100或200或300組標(biāo)準(zhǔn)電池，設(shè)置2～4個(gè)換電工位、若干個(gè)整車充電位及交流充電樁。

3.3 電池配送站

電池配送站緊鄰集中充電站，以公共服務(wù)點(diǎn)、社區(qū)服務(wù)中心及各類服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)為支撐，為電動(dòng)汽車提供標(biāo)準(zhǔn)電池更換服務(wù)的場(chǎng)所。電池配送站占地面積小，比充換電站布點(diǎn)相對(duì)靈活，選址相對(duì)容易，可借用現(xiàn)有停車位作為換電工位。

電池配送站由供配電系統(tǒng)、換電系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)和配套設(shè)施等部分組成。根據(jù)電池配送站的服務(wù)需求及場(chǎng)地條件，每個(gè)電池配送站可考慮配置40或60或80組電池。

4 結(jié)語

充換電設(shè)施是電動(dòng)汽車快速發(fā)展所必須的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施，是電動(dòng)汽車商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過程中的重要環(huán)節(jié)，是電動(dòng)汽車發(fā)展的重要支撐。為了促進(jìn)電動(dòng)汽車的推廣和普及，必須加快電動(dòng)汽車充換電設(shè)施的建設(shè)步伐，積極構(gòu)建并完善電動(dòng)汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

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