电动汽车充电站需求影响因素及预测方法

许文超 ，牛 涛 ，颜淋丽 ，韩 鑫

（1.江苏省电力设计院，江苏南京211102；2.东南大学交通学院，江苏南京210096）

电动汽车在节能减排方面表现优异，成为部分购车者在选择新能源汽车时的首选[1]。随着电动汽车的融入，其对城市供电能力的需求也在日益影响着城市现有的供配电体系。因此，对电动汽车充电站的建设规模进行规划研究具有重要意义。目前对电动汽车充电站的需求预测、充电站建设规划还没有比较成熟的方法。由于电动汽车充电站的建设规模与其能提供的配电系统直接相关，充电站的需求电量不能完全反映充电站的建设规模。在实际的充电站建设中，不同配电功率的充电设备对应不同的供电需求。将不同配电功率的充电设备进行等级匹配，可以满足绝大部分的电动汽车需求，同时也直接影响了充电站的规模。因此，假设充电站的服务时间固定不变，采用配电功率作为充电站需求预测的中间目标是合理的。

1 充电站规模影响因素分析

（1）电动汽车保有量。保有量对充电站规模的预测有着显著的影响。随着经济的快速发展和保障新能源汽车发展政策的推行，电动汽车的保有量将逐年上升，对充电站的需求大幅增大，对充电站的配电功率要求也逐渐提高。现已对江苏省充电站建设发展较快的城市进行了相关调研，各地方2015年关于电动汽车保有量与配电功率需求的数据如表1、图1所示。在统计分析的基础上，在其他影响因素不变的情况下，得出电动汽车保有量与充电站规模成正相关关系。从表1、图1中可看出，随着电动汽车保有量的增长，充电站的配电功率呈现上升趋势。

（2）电动汽车每次充电功率。根据前文分析，取配电功率作为充电站需求预测的变量指标。显而易见，每辆电动汽车每次充电功率的大小对充电站规模的影响成线性关系。在其他相关因素相同的情况下，电动汽车每次充电功率越大，充电站配电功率呈线性增长，充电站的规模也将越大。

表1 电动汽车保有量因素

图1 电动汽车保有量与充电站配电功率关系

（3）电动汽车动力电池特性。动力电池特性包括平均日充电次数、一次充电完成后的续驶里程、充电时间和每公里耗电量[2]。对于同样的日行驶里程，电动汽车每日充电次数越多，说明其一次充电完成后续驶里程越短，每公里耗电量越多，若充电时间较长，则电动汽车不能满足日常正常行驶的需要[3]。因此在某种程度上，应限制电动汽车一次充电时长。在这种情况下，配电功率的需求越大，充电站的规模也随之越大。

（4）电动汽车日平均行驶里程。一般意义而言，每天行驶里程越长，电动汽车动力电池需提供的动力能量越大，在充电时间及其他相关因素无差别的情况下，充电站配电功率越大。理论分析表明，充电站的规模将随电动汽车的日行驶里程数的增长而增长，在其他影响因素不变的情况下，电动汽车每天平均行驶里程与充电站规模成正相关的关系。为验证分析结果，对江苏省各城市电动汽车的日行驶里程进行了调查，得到各地方2015年关于电动汽车日平均行驶里程与配电功率需求的数据，如表2和图2所示。

表2 电动汽车日平均行驶里程因素

图2 日平均行驶里程与配电功率关系

电动汽车充电站的需求预测不能通过现有的仿真软件实现，如何考虑单因素变化下电动汽车充电站配电功率的变化是建立需求预测模型的前提和基础。通过对充电站规模影响因素进行分析，寻找直接影响因素，将其作为需求预测模型的自变量，从而提出预测模型。

2 充电站需求预测模型

电动汽车充电站规模必须考虑每台充电机能提供的充电功率。若充电站只配置一台功率最大的充电机，在若干台动力电池特性不统一的电动汽车需要同时充电时，会造成极大的资源浪费。降低充电机工作功率可减小此类浪费情况，但却将延长充电时间，而且并不能满足快速充电的要求[4]。

充电站需求预测，首先分析城市电动汽车的车辆现状，根据车辆保有量的预测，确定电动汽车充电站的各种影响因素，将其量化，然后建立量化的影响因素与充电需求的数学模型关系，最终得出电动汽车充电站的合理规模。在模型建立阶段，将配电功率定义为变量X。根据上述分析，电动汽车充电站的总充电需求应该满足地区电动汽车用电量的总消耗，类似于加油站需求预测[5]，充电站的需求预测模型为：

式中：X为配电功率，kV·A；M为模型修正系数，数值范围0～1；Q为区域内电动汽车保有量，台；S为单次充电平均续驶里程，km；P为每公里耗电量，VA·h/km；T为平均充电时间，h；N为充电次数，次；L为每台电动汽车日平均行驶里程，km。

考虑家庭自充等因素，并不是所有电动车在充电站充电，因此需要模型修正系数M，其数值为0～1。同时，不同城市不同类型的电动汽车日平均行驶里程有很大差异，不同类型的电动汽车动力电池性能也有很大差异，从而每公里耗电量也不一样。此外，随着技术革新，动力电池的性能会不断提高，单次充电续驶里程、充电时间都将会发生变化。充电站的充电需求将随着城市经济的发展、科学技术的更新而不断发展变化。

3 充电站建设规模

根据充电站建设的实际经验，按照充电站的配电功率和设备数量可将充电站规模分为3类：大型充电站、中型充电站和小型充电站；同时根据充电机的充电能力、功率，将充电设备分为大型充电机、中型充电机、小型充电机以及交流充电桩等。各类充电站规模和充电机的配电参数如表3、表4所示。

表3 充电站规模分类

表4 充电机配电参数

为更好地应用充电站需求预测模型，建议在充电站充电功率需求预测完成之后，按照表3和表4的分类规则，在充分考虑区域经济和电动汽车发展的前提下，合理分配充电功率，确定电动汽车充电站的建设规模。

4 算例

采用本文所提出的预测方法对江苏省“十二五”期间及远景的电动汽车充电站建设规模进行了初步预测。

首先在江苏省内现有数据基础上，将与机动车保持同样增长比例的预测方法与专家预测法预测结果相结合，预测江苏省2015年电动汽车保有量和充电需求分别为45 900台和16 049台，2020年分别为70 200台和24 577台。

针对江苏省实际情况，预测方法中各参数取值如表5所示，根据本文模型得出配电功率总需求量后，根据表3充电站规模分类，结合考虑江苏省电动汽车充电站实际的建设需求和建设条件，江苏省“十二五”期间及远景电动汽车充电站需求预测如表6所示。

表5 江苏省充电站需求预测参数

表6 江苏省充电站需求预测

5 结束语

电动汽车保有量、单次充电平均续驶里程、充电次数、每公里耗电量、平均充电时间以及日平均行驶里程等因素都对电动汽车充电站配电功率需求有重要影响。本文所构建的电动汽车充电站需求预测模型，可作为充电站规模及类型合理的预测参考依据之一。鉴于国内电动汽车发展尚处于起步阶段，电动汽车充电站需求预测需结合专家经验法、弹性系数法、类比法等多种方法进行综合判定。随着电动汽车和车辆电池性能的不断完善，充电站预测模型中各指标值的精度和范围还有待于进一步研究。

[1]欧阳明高.我国节能与新能源汽车发展战略与对策[J].汽车工程，2006,28(4)：317-321.

[2]陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社，2002.

[3]何洪文,余晓江.电动车辆动力电池的性能评价[J].吉林大学学报（工学版）， 2006， 35(5)：659-663.

[4]王震坡.电动公交客车耗能与使用经济型研究[D].北京：北京理工大学机械与车辆工程学院，2005.

[5]王 炜，陈学武.交通规划[M].北京：人民交通出版社，2007.