电动汽车充电模式及方式浅析

岳 思，李 艳

（中国电力工程顾问集团中南电力设计院，湖北 武汉430071）

目前汽车燃油消耗已成为石油消耗的主体，根据预测，到2020年我国汽车对石油的消耗将达到全国石油消耗总量的55%［1］，电动汽车替代燃油汽车将大幅降低对石油的依赖，提高能源安全性，实现交通领域能源利用的多元化和清洁化。电动汽车充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节，对电动汽车的产业发展具有重大影响。目前国家工业和信息化部发布了《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》、《电动汽车传导式充电接口》等6项推荐性国家标准，为规范和指导电动汽车充电站的规划和建设、开展电动车能源供给基础设施的建设奠定了基础。

1 电动汽车充电模式

目前，国内电动汽车在充电型式上主要有非车载直流充电、车载充电、换电池三种主流模式。

1.1 非车载充电模式

非车载充电采用直流输出充电，其充电设施按结构分类可有两种类型，“一体式直流充电机”和“分体式直流充电机”。其具体的特点如下：

一体式充电机是将直流充电模块与充电操作终端布置在同一箱体内，交流380 V电源直接输入。其适用于环境相对较好的集中式布置的场所。一体式充电机安装较为简单，与分体式相比，可以节省充电模块机柜的安装位置，但在户外条件下使用时，对防护等级的要求较高。在满足防护等级要求的同时又不利于充电机本体的散热，且使用寿命也将缩短。

分体式充电机是将直流充电模块与充电操作终端分别独立布置，常规做法为充电机柜安装于配电室内（户内），充电操作终端安装于充电车位旁。此种型式由于将直流充电模块集中布置在配电室内，可以满足并联大功率输出的需求，充电模块扩展较为方便，比较适合目前的电动汽车电池发展水平。

结合国内现有的电池充电技术水平，在保证电池使用寿命的前提下，电动汽车车载电池的充电容量已达到0.5 C。以小型电动汽车为例，电池容量200 Ah，以0.5 C对其充电，充电电流为0.5×200 Ah＝100 A，电池充满时间约为2 h（按深度充放电计算）。根据对部分车用电池的生产商了解，预计未来3年左右车载动力电池的发展水平，其充电容量将可能达到1.0C～1.5 C的充电水平，充电时间也将为由现在的2 h缩短到30 min以内。

目前，国内已建成的大部分充电站均采用非车载充电的型式，其充电技术较为成熟，实际运行效果较好，且投资适中，适用于大容量充电需求的社会公共充电站、公交车辆充电站。

1.2 车载充电模式

车载充电一般采用恒流方式充电，电流大小约为15 A，相对较低［2］。主要利用交流充电桩对其进行电源的供给，可有效降低电池在充电过程中的发热量，对延长电池的使用寿命有益，但所需时间较长，通常为5～8 h。

此类充电模式适用于小容量充电，其充电接口可采用日常生活用的普通三孔插座，通用性好。交流充电桩系统配置简单、投资较少、占地面积小、安装方便、操作使用简便，无需专人服务，推广应用的价值较大，可广泛应用于有慢速充电需求的停车场所，如住宅小区停车场，社会公共停车场等。

1.3 换电模式

换电模式对车载电池及其箱体的外型结构的一致性要求较高，在操作时还需要配置专用的电池更换机械插拔工具，其主要优缺点如下：

优点：一是操作时间短，仅需3～5 min；二是电池可与整车分开，以租赁方式运营，大幅降低车辆价格；三是由专业服务机构负责运营，有利于电池性能的保持和废旧电池的回收；四是可在低谷时段集中充电，有利于降低充电设施建设和运行成本，在能源利用方面也能起到措峰填谷的作用。

缺点：一是成本较高，是普通充电站的1.5～2倍；二是尚未全面实现动力电池组的标准化、模块化和电池在车辆上安装位置的标准化。我国目前电动汽车标准体系还很不健全，各汽车生产厂家和电池生产厂家基本上各自为战，电池规格差别很大；更换电池模式涉及电池租赁、充电、配送、计量、更换等多个环节，由多家企业分工完成，运作复杂。国家电网公司近期已与部分电动汽车厂商形成战略合作伙伴关系，已将换电模式列入其充电站建设采用的充电模式之一。

2 各类电动汽车充电需求

结合车辆种类和运行特点，分析各类电动汽车的充电需求如下。

2.1 公交车、社会运营车辆

一次充电难以满足每日运行要求。公交车停运造成的负面影响较大，要求一次充电至少应满足单程运行里程，紧急情况下应能实现电能的快速补充。可利用停运时段充电。

2.2 特殊园区用车

车辆使用频繁，一次充电难以满足每日运行要求。夜间停运可充电。

2.3 城市环卫、邮政车辆

统计数据表明，环卫车辆平均每车每日运行距离约为100 km，一次充电基本满足运行里程。在停运时段可充电。

2.4 工程车

一次充电基本满足往返运行里程。在停运时段可充电。

2.5 政府公务车、企业商务车

一次充电基本满足往返运行里程。夜间停运可充电，同时应在其相应的出行范围内提供必要的快速补充电能设施。

2.6 出租车

一次充电续驶里程难以满足当日运行要求，且用电量变化大，根据其一次充电后的续驶里程，应在其相应的出行范围内提供必要的充电设施；出租车停运时间短，对充电时间要求高。

2.7 私家车

夜间基本停运，可充分利用低谷时段充电。

3 各类电动汽车适用的充电方式

根据以上分析，将车辆按照电能补给方式进行归类。

3.1 适合采用整车充电方式的车辆

城市环卫、邮政车辆、工程车、政府公务用车、企业商用车、私家车。它们可充分利用夜间停运时段进行充电，满足下一次的行驶里程需要。

3.2 适合采用电池更换充电方式的车辆

出租车、社会运营车辆。它们需要及时快速补充电能，尽量增加运营时间，获得更大的经济效益。

3.3 适合采用整车充电方式和电池更换方式结合的车辆

公交车、特殊园区用车、社会运营车辆。既考虑这些车辆电池的使用性能和寿命，又保证车辆运营时间，提高利用率。它们在停运期间可采用整车充电方式，而在运营期间采用电池更换方式。此外，车辆动力电池的配备可根据车辆情况采取不同的方案，例如，对于数量大而且属于同一公司的车辆就可以由车辆所属公司建立电池存储间，而对于数量少且归属权相对分散的车辆就可以由电池配送中心配送电池，减少一次性投资和更换成本。

3.4 适合采用车载充电机交流充电的车辆

私家车辆由于使用时间较短，停运时一般停放在停车场或者地下车库内，此时可利用停车场提供的交流电源为车辆充电。由于一般私家车电池容量较小，充电功率也较小，充电机可配置在车上。考虑到后续电动车辆发展，交流电源可额外配置充电监控装置。电动汽车应充分利用低谷电价阶段进行充电，以最大限度降低运行成本。

4 深圳市电动汽车充电设施发展现状

深圳电动汽车产业的商业推广应用及配套充电设施的建设均走在全国前沿，到今年底，深圳在全市共投放了纯电动出租汽车约200台，与之配套的充电设施也正在加紧建设中。目前已建成投入运营的充电设施有福田充电站、机场充电站、和谐充电站、大运中心充电站及180台交流充电桩，具体情况见表1。

表1 深圳充电站基本情况表

4.1 福田充电站

福田汽车充电站位于福田交通枢纽南侧，地理位置优越，为在该交通枢纽通勤的各类电动交通工具提供充电服务。该站现配置直流充电机6套，交流充电桩3台，l台容量为1 250 kVA变压器，并预留足够的扩充余地。该站现最高可容纳9台车辆同时充电，并设有6个等待车位。

福田充电站为目前广东省功能及设施最齐全的充电站，服务车型涵盖比亚迪K9纯电动公交车、比亚迪E6纯电动出租车、比亚迪F3DM双模电动汽车、宝马MIMI－E以及五洲龙混合动力公交车等多种车型。截止2011年6月底，已累计为深圳各类电动汽车用户提供充电服务2 092车次，充电总量达13万度。

目前，4套比亚迪直流充电机在使用；2台奥特迅充电机接口未更换而没有使用。平均20～30辆/天为比亚迪E6提供充电服务。

4.2 机场充电站

机场充电站位于深圳国际候机楼停车场，为往返机场的各类电动交通工具提供充电服务。该站现配置直流充电机6套，交流充电桩20台，2台容量为1 250 kVA变压器，该站现最高可容纳26台车辆同时充电，并设有多个等待车位。截止2011年6月底，已累计为深圳各类电动汽车用户提供充电服务195车次，充电总量达5237度。

机场充电站充电设施数量充足，可为深圳目前上路行使的电动汽车提供较完善的充电服务，服务车型涵盖比亚迪E6纯电动出租车、比亚迪F3DM双模电动汽车、宝马MIMI－E等多种车型。

目前，因机场充电站直流充电机的充电接口均为8芯老接口，充电车辆较少，工作人员正在更换为新国标9芯接口。平均2～3辆/天为比亚迪E6的8芯接口提供充电服务。

4.3 大运中心充电站

大运充电站位于深圳市龙岗区龙翔大道北侧路边，是第26届世界大学生运动会绿色配套工程。该站现配置直流充电机5套，交流充电桩5台，2台容量为1 250 kVA变压器。该站现最高可容纳8台车辆同时充电，并设有多个等待车位。

目前，由于大运会结束之后该充电站所在地区周边电动汽车较少，平均每天仅1辆车。

4.4 和谐充电站

和谐充电站位于龙岗供电局停车场大院内。该站现配置直流充电机4套，交流充电桩3台，2台容量为800 kVA变压器，并预留足够的扩充余地，现最高可容纳5台车辆同时充电。

目前，由于该充电站所在地区周边电动汽车较少，仅供电局内部5辆电动车不定期充电。

5 结束语

电动汽车是未来新能源汽车的发展方向，充电设施的建设是电动汽车产业发展的前提。国家工业和信息化部发布的6项电动汽车及充电设施推荐性国家标准，为规范和指导电动汽车充电站的规划和建设奠定了基础。电动汽车充电模式的建设应结合车辆种类和运行特点进行选择及布局，尽可能与电动汽车交通密度和充电需求的分布保持一致，同时现有及拟建的充电设施应按照新国标规范更换及建设，提高设施使用率，为电动汽车提供更完善的充电服务。

［1］ 滕乐天.电动汽车充电机（站）设计［M］.北京：中国电力出版社，2009.

［2］ 郝 娟，李 强，岳建华.电动汽车充电站充电模式探讨［J］.内蒙古电力技术，2010，28（S2）：7－9.