電動汽車電池供電模式探討

湯北湘

（湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410132）

進入21世紀(jì)，發(fā)展電動汽車已成為世界各國應(yīng)對能源和環(huán)境問題挑戰(zhàn)的重要舉措，發(fā)展戰(zhàn)略與市場定位逐步清晰，產(chǎn)品研發(fā)與市場應(yīng)用取得了突破性進展。我國《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》明確提出了2015年電動汽車保有量達(dá)到100萬輛的目標(biāo)，預(yù)計在2020年，中國電動車的保有量會達(dá)到500萬輛，全球電動車市場保有量的1/4是在中國市場。電動汽車電池供電設(shè)施的建設(shè)是電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)，其供電模式直接影響電動汽車的發(fā)展。

1 電動汽車電池供電模式

1.1 車載充電器模式

車載充電模式是汽車上配備有充電機，充電時直接取電網(wǎng)電源為汽車充電。車載充電器模式的優(yōu)點是方便，只要有電力供應(yīng)的地方就能實現(xiàn)充電，比如在停車場、路邊停車點、家庭停車庫等設(shè)置供電電源就能完成充電。缺點在于電池是隨車的固定設(shè)備，電池組綁定汽車使用，因電池成本較高，車主一次性投入較大，一次充滿電用時較長（通常需要6～8h），影響車輛使用效率。目前，電動轎車和微型車多采用此供電模式。使用車載充電器模式的汽車在車輛外表設(shè)有充電接口，直接接充電機的輸出端口。美國、日本、法國等國家的電動汽車均以車載充電器模式為主，尤其是法國已經(jīng)使用了近二十年，技術(shù)比較成熟，是電動汽車推廣階段的主要供電模式。

1.2 充電站模式

充電站是由多臺充電設(shè)備組成，為電動汽車電池進行充電的場所。充電站可為商用車、特種車、乘用車等電池組容量大、車載充電機不能滿足充電的要求而采用地面大型充電機給電池充電。其特點是充電時間相對較短，一般常規(guī)充電時間為3～4h，快速充電時間小于1h。建充電站的占地面積大、設(shè)備投資多、集中用電對電網(wǎng)的沖擊較大。國內(nèi)現(xiàn)有的兩個最大最成熟的電動汽車充電站是北京奧運充電站和上海世博充電站，這兩個充電站目前只為城市電動公交客車提供電池快速更換服務(wù)。

1.3 電池租賃模式

電池租賃模式也稱換電模式，是用戶向經(jīng)銷商租用電池，根據(jù)汽車的行駛里程和時間向經(jīng)銷商支付電池租金。在此模式下，經(jīng)銷商按需向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化的電池模塊，用戶不用等待充電，可提高汽車的續(xù)駛里程和利用率；電池便于集中統(tǒng)一維護管理，提高了電池的使用壽命；用戶買車時不需要買電池，大大減少了用戶的初次投資，便于電動汽車的推廣應(yīng)用。德國、丹麥、以色列等都建有換電站，尤其是丹麥以“政府特許、公司運作、電池歸公司所有、租換便捷”的模式開展電動汽車電池供電設(shè)施建設(shè)。

2 我國電動汽車供電設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀

2011年1月，國家電網(wǎng)公司發(fā)布指導(dǎo)性意見，要求按照“換電為主、插電為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的原則加快充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，全年計劃建設(shè)充電樁9 211臺，充換電站183座，擬打造世界一流的服務(wù)網(wǎng)站。

南方電網(wǎng)公司出臺了多項電動汽車充電設(shè)施的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并積極與地方政府進行合作開展電動汽車充電樁和充電站的建設(shè)。

中石化正利用現(xiàn)有面積較大的加油站、加氣站改建成加油充電綜合服務(wù)站，通過試點后將在全國推廣。

2012年1月，豐田集團旗下唯一商社豐田通商株式會社與中國普天信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司和重慶長鵬實業(yè)集團有限公司合作，致力于電動汽車充電站的建設(shè)，最終將組建合資企業(yè)，形成電動車供電設(shè)備聯(lián)盟EVSE（Electric Vehicle Supply Equipment） 。 根 據(jù)規(guī)劃，三家公司將建造具有高度通用性的充電站，以適用于各大車企所推出的電動汽車電池型號。

2012年7月， “十一五”國家863計劃“電動汽車電能供給系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與運行考核”課題順利通過了科技部組織的技術(shù)驗收。課題完成了動力電池充電過程優(yōu)化控制技術(shù)研究，研制了智能化充電機樣機，開發(fā)了充電監(jiān)控系統(tǒng)，完成了供充電系統(tǒng)的相互影響研究、充電站供電系統(tǒng)典型設(shè)計，以及充電站通用要求、非車載充電機等國家、行業(yè)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定。

總之，目前我國正處于充電站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高峰期，建設(shè)投資多元化，國內(nèi)充電站的綜合服務(wù)尚在開發(fā)中。關(guān)于電動汽車電池供電設(shè)施建設(shè)的營運主體、運營管理、服務(wù)內(nèi)容及營運模式等方面，我國還處于探索階段。將來我國到底是走換電模式還是充電模式，或者是兩套系統(tǒng)共存，長遠(yuǎn)來看還有很多不確定的因素。

3 構(gòu)建適合我國國情的電動汽車電池供電模式

電動汽車電池供電模式的選擇決定了電池供電設(shè)施建設(shè)的思路和相關(guān)政策取向，關(guān)乎電動汽車的推廣應(yīng)用前景，對相關(guān)服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也有很大影響。在確定供電模式時，應(yīng)圍繞便捷、經(jīng)濟、高效、穩(wěn)定這一核心目標(biāo)，結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢和現(xiàn)實條件進行綜合考量。最主要是考慮以下幾個方面：一是電池供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的難易程度，這是決定網(wǎng)絡(luò)普及性、易用性的最關(guān)鍵因素；二是用戶使用的總體經(jīng)濟性，這關(guān)系到電池供電模式的競爭力；三是電池供電服務(wù)商的盈利模式，這決定著電池供電網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展能力。

構(gòu)建適合我國國情的電動汽車電池供電模式應(yīng)從以下三方面著手。

3.1 建設(shè)以自助充電模式為輔的充電系統(tǒng)

自助充電分為常規(guī)充電和快速充電兩種類型。常規(guī)充電可充分利用夜間用電低谷時段進行充電，滿足正常情況下電能補充的需要，充電的時間較長，主要用于居民小區(qū)或者大型辦公場所附近的大型停車場。快速充電是在短時間內(nèi)以大電流為車輛電池充電，滿足特殊情況下電能補充的需要?？焖俪潆姇s短電池的使用壽命，提高汽車的使用成本，主要建在旅游停車場、機場、火車站、醫(yī)院、購物中心和加油站等公共場所。

自助充電模式是很多國家電動汽車電池供電的主要方式，要求車輛有固定的停車位和插電樁。西方國家的車主普遍擁有自己的車庫或?qū)Ｓ猛＼囄?，我國的情況則不同。我國城市人口密集，多數(shù)居住在高層建筑，停車位極其緊張，只是少數(shù)車主有自己的車庫，從長遠(yuǎn)來看也很難實現(xiàn)多數(shù)車輛都有固定車位的目標(biāo)。若在居民小區(qū)和公共場所大面積建設(shè)充電樁，變壓器、線路、電表均面臨改造更新的問題。因此，在我國不適宜完全采用自助充電的模式，但從方便用戶考慮，可將自助充電作為電動車電池供電的輔助方式。

3.2 大力發(fā)展配送式的電池租賃模式

完全采用自助充電模式，在我國推廣使用有其局限性。電池租賃模式因其具有用車經(jīng)濟、方便快捷、便于管理和發(fā)展穩(wěn)定等優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)作為我國電動汽車電池供電的主要模式。

3.2.1 電池租賃用車經(jīng)濟

自助充電模式可以充分利用低谷電力充電，電費相對降低，但是初次購買及后續(xù)更換電池的費用很高（約占車輛總費用的30%～50%）。電池租賃模式單純電費支出可能比自助充電模式有一定幅度增加，但是由于節(jié)省了購買電池的費用，如果政策和管理到位，理論上車輛整個運行期的費用會顯著低于自助充電模式，總體上有利于提升電動汽車的競爭力，提高電動汽車使用的經(jīng)濟性。

3.2.2 電池租賃方便快捷

目前，在我國燃油汽車和電動汽車并存、燃油汽車用戶占主導(dǎo)的情況下，在社區(qū)普遍建設(shè)充電設(shè)施的難度極大，而電池租賃模式不受居住和辦公條件的限制。電池在充電中心集中充電后，用戶去充電中心換電池或根據(jù)用戶需求配送到用戶所在地并實施更換，用戶在便捷性上具有突出的優(yōu)勢。

3.2.3 電池租賃便于管理

從對城市電網(wǎng)運行的影響來看，電網(wǎng)對大量分散充電設(shè)施監(jiān)測和管理的難度較大，快速充電的大量發(fā)展將使得電網(wǎng)諧波污染問題突出，治理成本提高。電池租賃模式下集中充電便于統(tǒng)一調(diào)度、管理和監(jiān)控，能夠最大程度發(fā)揮削峰填谷作用，提高電力系統(tǒng)負(fù)荷率，最大限度減少諧波污染等對電網(wǎng)的不利影響，有利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和電力資源的優(yōu)化利用。

3.2.4 電池租賃發(fā)展穩(wěn)定

電池租賃模式有利于電池生產(chǎn)企業(yè)規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，有利于能源供給企業(yè)的規(guī)?；少徟c集約化管理，能夠顯著降低總運營成本。能源供給企業(yè)作為一個相對獨立的中間運營商，有利于政府施加更具針對性的扶持和優(yōu)惠政策，如電價政策、購買電池補貼政策等，容易建立起清晰的財務(wù)盈利模式，比單純提供充電服務(wù)可獲得更高的經(jīng)濟回報，具有穩(wěn)定的發(fā)展空間。

3.3 出臺電動汽車電池供電標(biāo)準(zhǔn)體系

采用電池租賃的供電模式，需要著重解決以下問題：a）租賃的電池需要統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能實現(xiàn)不同車型之間的充分互換；b）電池租賃模式需要有專業(yè)的能源提供商參與整個商業(yè)模式的建設(shè)；c）電池集中管理和維護，需要信息化、網(wǎng)絡(luò)化的管理服務(wù)平臺，同時基于模塊化電池箱充電需要機械化、自動化的作業(yè)以減輕操作強度、提高工作效率；d）電池的數(shù)量多，充電功率需求大，不但需要有穩(wěn)定可靠的電源，而且對電網(wǎng)的沖擊小。為此，我國應(yīng)盡快出臺電動汽車供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系，包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、電池及電池箱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、充電及電池更換設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、計量計費相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、電網(wǎng)供電系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。同時要構(gòu)建基于信息管理平臺的電池供電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和營運管理系統(tǒng)，切實提高電動汽車電池供電設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)水平。

4 結(jié)語

綜上所述，我國電動汽車電池租賃模式具有更突出的優(yōu)勢和更廣闊的發(fā)展前景，考慮到差異化需求和特殊情況下電能補給的需要，我國應(yīng)當(dāng)建立以電池租賃為主、自助充電為輔的電動汽車電池供電模式。為保障電動汽車電池供電模式盡快推廣，國家應(yīng)及時出臺電動汽車電池供電的標(biāo)準(zhǔn)體系。

[1]王震波，賈永軒.電動汽車藍(lán)圖[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動汽車技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.

[3]陳良亮，張浩，倪峰，等.電動汽車能源供給設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展探討[J].電力系統(tǒng)自動化，2011， 35（14）：11-16.

[4]康繼光，衛(wèi)振林，程丹明.電動汽車充電模式與充電站建設(shè)研究[J].電力需求側(cè)管理，2009，11（5）： 64-66.

[5]周原冰，宋衛(wèi)東.選擇適合國情的電動汽車能源供給模式[N].中國電力報，2010-03-01（4）.