电动汽车电池供电模式探讨

2013-04-17汤北湘

交通运输研究 2013年9期

汤北湘

（湖南交通职业技术学院，湖南长沙 410132）

进入21世纪，发展电动汽车已成为世界各国应对能源和环境问题挑战的重要举措，发展战略与市场定位逐步清晰，产品研发与市场应用取得了突破性进展。我国《国家“十二五”科学和技术发展规划》明确提出了2015年电动汽车保有量达到100万辆的目标，预计在2020年，中国电动车的保有量会达到500万辆，全球电动车市场保有量的1/4是在中国市场。电动汽车电池供电设施的建设是电动汽车产业链中的重要环节，其供电模式直接影响电动汽车的发展。

1 电动汽车电池供电模式

1.1 车载充电器模式

车载充电模式是汽车上配备有充电机，充电时直接取电网电源为汽车充电。车载充电器模式的优点是方便，只要有电力供应的地方就能实现充电，比如在停车场、路边停车点、家庭停车库等设置供电电源就能完成充电。缺点在于电池是随车的固定设备，电池组绑定汽车使用，因电池成本较高，车主一次性投入较大，一次充满电用时较长（通常需要6～8h），影响车辆使用效率。目前，电动轿车和微型车多采用此供电模式。使用车载充电器模式的汽车在车辆外表设有充电接口，直接接充电机的输出端口。美国、日本、法国等国家的电动汽车均以车载充电器模式为主，尤其是法国已经使用了近二十年，技术比较成熟，是电动汽车推广阶段的主要供电模式。

1.2 充电站模式

充电站是由多台充电设备组成，为电动汽车电池进行充电的场所。充电站可为商用车、特种车、乘用车等电池组容量大、车载充电机不能满足充电的要求而采用地面大型充电机给电池充电。其特点是充电时间相对较短，一般常规充电时间为3～4h，快速充电时间小于1h。建充电站的占地面积大、设备投资多、集中用电对电网的冲击较大。国内现有的两个最大最成熟的电动汽车充电站是北京奥运充电站和上海世博充电站，这两个充电站目前只为城市电动公交客车提供电池快速更换服务。

1.3 电池租赁模式

电池租赁模式也称换电模式，是用户向经销商租用电池，根据汽车的行驶里程和时间向经销商支付电池租金。在此模式下，经销商按需向用户提供标准化的电池模块，用户不用等待充电，可提高汽车的续驶里程和利用率；电池便于集中统一维护管理，提高了电池的使用寿命；用户买车时不需要买电池，大大减少了用户的初次投资，便于电动汽车的推广应用。德国、丹麦、以色列等都建有换电站，尤其是丹麦以“政府特许、公司运作、电池归公司所有、租换便捷”的模式开展电动汽车电池供电设施建设。

2 我国电动汽车供电设施建设现状

2011年1月，国家电网公司发布指导性意见，要求按照“换电为主、插电为辅、集中充电、统一配送”的原则加快充换电服务网络建设，全年计划建设充电桩9 211台，充换电站183座，拟打造世界一流的服务网站。

南方电网公司出台了多项电动汽车充电设施的相关技术标准，并积极与地方政府进行合作开展电动汽车充电桩和充电站的建设。

中石化正利用现有面积较大的加油站、加气站改建成加油充电综合服务站，通过试点后将在全国推广。

2012年1月，丰田集团旗下唯一商社丰田通商株式会社与中国普天信息产业股份有限公司和重庆长鹏实业集团有限公司合作，致力于电动汽车充电站的建设，最终将组建合资企业，形成电动车供电设备联盟EVSE（Electric Vehicle Supply Equipment）。根据规划，三家公司将建造具有高度通用性的充电站，以适用于各大车企所推出的电动汽车电池型号。

2012年7月， “十一五”国家863计划“电动汽车电能供给系统关键技术研究与运行考核”课题顺利通过了科技部组织的技术验收。课题完成了动力电池充电过程优化控制技术研究，研制了智能化充电机样机，开发了充电监控系统，完成了供充电系统的相互影响研究、充电站供电系统典型设计，以及充电站通用要求、非车载充电机等国家、行业和企业标准的研究与制定。

总之，目前我国正处于充电站基础设施建设的高峰期，建设投资多元化，国内充电站的综合服务尚在开发中。关于电动汽车电池供电设施建设的营运主体、运营管理、服务内容及营运模式等方面，我国还处于探索阶段。将来我国到底是走换电模式还是充电模式，或者是两套系统共存，长远来看还有很多不确定的因素。

3 构建适合我国国情的电动汽车电池供电模式

电动汽车电池供电模式的选择决定了电池供电设施建设的思路和相关政策取向，关乎电动汽车的推广应用前景，对相关服务产业的发展也有很大影响。在确定供电模式时，应围绕便捷、经济、高效、稳定这一核心目标，结合技术发展趋势和现实条件进行综合考量。最主要是考虑以下几个方面：一是电池供电网络建设的难易程度，这是决定网络普及性、易用性的最关键因素；二是用户使用的总体经济性，这关系到电池供电模式的竞争力；三是电池供电服务商的盈利模式，这决定着电池供电网络的可持续发展能力。

构建适合我国国情的电动汽车电池供电模式应从以下三方面着手。

3.1 建设以自助充电模式为辅的充电系统

自助充电分为常规充电和快速充电两种类型。常规充电可充分利用夜间用电低谷时段进行充电，满足正常情况下电能补充的需要，充电的时间较长，主要用于居民小区或者大型办公场所附近的大型停车场。快速充电是在短时间内以大电流为车辆电池充电，满足特殊情况下电能补充的需要。快速充电会缩短电池的使用寿命，提高汽车的使用成本，主要建在旅游停车场、机场、火车站、医院、购物中心和加油站等公共场所。

自助充电模式是很多国家电动汽车电池供电的主要方式，要求车辆有固定的停车位和插电桩。西方国家的车主普遍拥有自己的车库或专用停车位，我国的情况则不同。我国城市人口密集，多数居住在高层建筑，停车位极其紧张，只是少数车主有自己的车库，从长远来看也很难实现多数车辆都有固定车位的目标。若在居民小区和公共场所大面积建设充电桩，变压器、线路、电表均面临改造更新的问题。因此，在我国不适宜完全采用自助充电的模式，但从方便用户考虑，可将自助充电作为电动车电池供电的辅助方式。

3.2 大力发展配送式的电池租赁模式

完全采用自助充电模式，在我国推广使用有其局限性。电池租赁模式因其具有用车经济、方便快捷、便于管理和发展稳定等优势，应当作为我国电动汽车电池供电的主要模式。

3.2.1 电池租赁用车经济

自助充电模式可以充分利用低谷电力充电，电费相对降低，但是初次购买及后续更换电池的费用很高（约占车辆总费用的30%～50%）。电池租赁模式单纯电费支出可能比自助充电模式有一定幅度增加，但是由于节省了购买电池的费用，如果政策和管理到位，理论上车辆整个运行期的费用会显著低于自助充电模式，总体上有利于提升电动汽车的竞争力，提高电动汽车使用的经济性。

3.2.2 电池租赁方便快捷

目前，在我国燃油汽车和电动汽车并存、燃油汽车用户占主导的情况下，在社区普遍建设充电设施的难度极大，而电池租赁模式不受居住和办公条件的限制。电池在充电中心集中充电后，用户去充电中心换电池或根据用户需求配送到用户所在地并实施更换，用户在便捷性上具有突出的优势。

3.2.3 电池租赁便于管理

从对城市电网运行的影响来看，电网对大量分散充电设施监测和管理的难度较大，快速充电的大量发展将使得电网谐波污染问题突出，治理成本提高。电池租赁模式下集中充电便于统一调度、管理和监控，能够最大程度发挥削峰填谷作用，提高电力系统负荷率，最大限度减少谐波污染等对电网的不利影响，有利于电网的安全稳定运行和电力资源的优化利用。

3.2.4 电池租赁发展稳定

电池租赁模式有利于电池生产企业规模化、标准化生产，有利于能源供给企业的规模化采购与集约化管理，能够显著降低总运营成本。能源供给企业作为一个相对独立的中间运营商，有利于政府施加更具针对性的扶持和优惠政策，如电价政策、购买电池补贴政策等，容易建立起清晰的财务盈利模式，比单纯提供充电服务可获得更高的经济回报，具有稳定的发展空间。

3.3 出台电动汽车电池供电标准体系

采用电池租赁的供电模式，需要着重解决以下问题：a）租赁的电池需要统一的技术标准，能实现不同车型之间的充分互换；b）电池租赁模式需要有专业的能源提供商参与整个商业模式的建设；c）电池集中管理和维护，需要信息化、网络化的管理服务平台，同时基于模块化电池箱充电需要机械化、自动化的作业以减轻操作强度、提高工作效率；d）电池的数量多，充电功率需求大，不但需要有稳定可靠的电源，而且对电网的冲击小。为此，我国应尽快出台电动汽车供电系统标准体系，包括基础标准、电池及电池箱相关标准、充电及电池更换设备相关标准、计量计费相关标准、电网供电系统相关标准等。同时要构建基于信息管理平台的电池供电服务网络和营运管理系统，切实提高电动汽车电池供电设施的标准化服务水平。