新能源电动汽车换电站发展与应用研究

扈蓬洋 仲玉洲 刘国强

【摘要】在我国进入21世纪迅猛发展的新时期，随着社会经济发展我国对不可再生能源的消耗量快速增加，寻找合适的可再生能源成为目前我国发展的重点。目前汽车行驶过程中的动力主要由石油提供，造成大量尾气被排放到空气中，这也是现如今我国频繁爆发雾霾天气的原因之一。解决环境与能源矛盾的方法就是发展情节可再生能源，而电动汽车这种利用电能给自身提供动力的交通工具逐步进入到人们视野中。但发电过程依然需要利用不可再生能源-煤炭，电量需求量变大，依然会造成严重的环境污染，开发利用可再生清洁能源成为眼下急需解决的现实问题。

【关键词】电动汽车充电站;发展趋势

引言

伴随环境问题的日益恶化，传统不可再生能源的消耗量不断增加，探求一条可持续发展的道路逐渐成为各国发展的共识。而目前汽车主要以消耗石油来提供动力，汽车尾气产生大量有害污染物排到大气，是造成雾霾多发的一个重要原因之一。发展清洁可再生能源可以解决环境和能源问题之间的矛盾，电动汽车是未来一种发展前景广阔的交通工具，其利用电能产生动力势能，基本上为零污染。但是电动汽车单纯利用现有电网的电能充电，而发电还是通过不可再生能源煤、石油等化石燃料的燃烧，将加重环境和能源问题，因此开发可再生能源、清洁能源的充电站为电动汽车提供电能迫在眉睫。

1新能源汽车能源供应方式

电池的续航问题是目前新能源汽车产业发展最大的困境，这也是严重影响新能源汽车商业化的主要原因。现在市场上，新能源汽车的能源供应方式有更换电池和充电两种模式，充电方式就是在指定的充电站或者充电桩进行充电，电池的保养维修由车主承担。这种方式比较简便，然而个人所承担的成本相对有点高，和内燃机汽车比较优势不明显。换电模式就是更换电池模式，即用户从换电站获取电池同时享受换电站的专业服务和技术支持，电池多是换电站转租的，换下来的电池由厂家收集并负责后期维护，换电模式直接更换电池的方式更接近于传统的内燃机加油方式，效率高且购车成本低，车主还不用考虑电池的折旧和损坏，是比较适合现在国情和行业特点的模式。

2新能源电动汽车充电站现状

2.1运行模式现状

电动汽车动力来源于储能电池，可以将其充电过程看作随机性的负荷、放电过程则为一个可以移动的电源，也就是常说的V2G模式。电动汽车充电过程，本身受到控制策略及动力电池特性的影响，这个过程中电动汽车就是一个大电流、低电压的负荷。实际中电动汽车充电模式有三种：慢充、快充及快换方式。慢充方式主要应用于续航能力大的电动汽车，这种充电模式通常会利用夜间停运时间进行，不会耽误电动汽车的正常应运;快充方式针对那些续航能力中等的电动汽车，但快速充电电流冲击较大，通常只用于标准充电站;快换方式则是针对标准化设计的电池组，但这种模式在自动充电站不适合使用，只能应用于有人职守的充电站。

2.2电池更换

此种充电方式应用的特点可以涵盖上述两种方式，既可以应用于高速公路、省级公路，又可以应用于城市主干道和居民区。因为此种方式不用马上充电，因此车主在换电服务消耗的时间可能只需要5分钟。同时，换下的电池可以集中安排充电，充电电流一般维持在30A上下。也正因为如此，电动汽车换下的电池可以在低谷时段进行充电，在提高安全性和可靠性的前提下，又可以确保第二天的换电服务正常展开。此种方案的成本大约是正常换电站的1.6倍，并且维修和管理费用也比较合适。

2.3充电站

目前，因为现有的电动汽车充电站较少，充电困难成为阻碍电动汽车发展的主要因素之一。电动汽车充电站在电网中的规划选址，需要考虑很多因素。不仅要考虑到电网结构、负荷率还需要考虑便利性、附近交通环境和周边自然环境等复杂的因素，是一个多目标、多因素优化问题。需要对影响充电站设施规划建设的关键因素进行识别，以降低充电站设施规划布点建设的风险，提高投资效益。建设电动汽车充电设施需要综合考虑政策环境、经济环境、社会环境和技术环境制定一套综合的方案。新能源电动汽车充电站作为城市公共设施，设计时还要就起安全可靠性、充电站的多元功能性、充电站的人性化、充电站与环境协调性、充电站的智能系统性。

3新能源电动汽车換电站发展和运用优势

相较传统的充电模式，换电模式有诸多优势。（1）延长电池寿命，梯次利用电池储能，由于目前大部分新能源汽车的动力电池是固定在车底盘，不能运用换电技术，只能用充电桩充电，即使当前出现超级充电可以缩短充电时间，但由于短时间内通过电池电流和电压过大，导致动力电池的还原能力降低，电池充放电的循环次数减少，加速了电池容量的衰减，进而缩短了动力电池的使用寿命，而短时间大功率充电又造成基建要求高。而换电站可根据实际地点车辆数量储备多块电池，使用慢充对电池充电，并进行电池平衡电压，延长了电池使用寿命，车辆到换电站快速更换电池即可。（2）快速更换电池，节省时间，大幅度提高效率，目前新能源汽车的电池以充电为主，通过充电桩为车辆充电，即使是大功率的直流电快充，一般充满时间也在0.5～2h，而换电时间一般在1～3min，换电最慢是快充所需时间的1/10左右，差不多与车辆加油时间相同或更快，极大地缩短了纯电动汽车的充电时间，大幅度提高了新能源汽车的使用效率。（3）解决续航里程问题，截至2019年年底，车桩比为3.4：1，充电桩仍然存在巨大缺口，特别是高速公路服务区的充电桩数量较少，充电速度慢，设备故障率高，无法满足新能源汽车长途行驶的需要，而换电站的快速建设可以弥补充电桩的缺口，换电时间短，与加油时间相当或更短，此外，由专业的运营公司自主建设换电站，有专业的团队负责运营和后期维护，能够保证换电站长期稳定使用，目前换电技术是解决续航里程问题的最理想方案。

结语

新能源电动汽车充电桩建设行业市场前景良好，有必要做好相关研究工作，因此本文中笔者分析目前电动汽车电池储能能力，介绍运营模式及充电站类型，最后对未来发展进行展望。希望通过本文的研究可以给同行提供一定的借鉴，促进电动汽车充电站建设水平提高。

参考文献

[1]张里;张劼.面向电动汽车充电站的智能主动型均衡控制研究[J].西南大学学报（自然科学版）.2016（04）：34.

[2]李渊博;蒋铁铮;陈家俊.采用超效率DEA的电动汽车充电站多目标规划[J].电源技术.2016（04）：78.