基于智能汽車的充電設(shè)施存在的問題和解決方法

陸偉　徐涵祺　于欣陽　陸溢帆　張世琪

摘要：隨著近幾年新能源汽車數(shù)量大幅度增加，汽車充電需求逐漸成為生活中的基本需求。但是目前智能汽車配套充電設(shè)施建設(shè)的速度和數(shù)量卻落后于智能汽車的增長。本文對現(xiàn)有智能汽車充電存在的問題進行闡述分析，并提出了制定價格機制、合理規(guī)劃科學選擇和加強充電設(shè)施維護的解決方案。

關(guān)鍵詞：實時價格;削峰填谷;充電樁;智能汽車

一. 引言

自2001年起，新能源汽車被納入國家“十五”期間的“863”重大科技課題開始，我國新能源汽車市場不斷增長。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2018年11月，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成17.3萬輛和16.9萬輛，比上年同期分別增長36.9%和37.6%。公安部交管局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，截至2018年6月底，新能源汽車保有量達199萬輛，其中純電動汽車162萬輛，占新能源汽車總量的81.4%，新能源貨車24萬輛，占新能源汽車總量的12.1%。在銷量與市場占有量不斷增大的前提下，電動汽車充電卻帶來了一系列的新問題。例如充電樁的位置對于部分居民來說距離遠，充電樁資費高等。本文針對目前智能汽車充電面臨的問題進行了分析，并提出了利用價格調(diào)節(jié)用戶充電時間和用量的解決方案。

二.智能汽車充電存在的困難

（一）充電樁資標準不統(tǒng)一

充電樁的收費標準由兩部分組成，第1部分就是基本電費，第2部分就是服務(wù)費，而服務(wù)費各地的標準不統(tǒng)一。此外，充電存在不低于20%的耗損，充電的停車費常常需要另算，這些因素造成了充電的價格不統(tǒng)一，且費用偏高。

（二）充電設(shè)施分布位置不均衡

我國的新能源汽車行業(yè)東部、西部和中部地區(qū)發(fā)展并不均衡，各個地區(qū)的政策導(dǎo)向和扶持力度也不盡相同，東部和西部地區(qū)的政策扶持力度明顯優(yōu)于中部地區(qū)，這樣的中部地區(qū)新能源汽車產(chǎn)業(yè)落后的重要原因之一。

（三）電設(shè)施數(shù)量不足與閑置狀況并存

2021年5月12日，中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟發(fā)布了2021年4月份我國充電基礎(chǔ)設(shè)施保有量數(shù)據(jù)。截至2021年4月，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計數(shù)量為182.7萬臺，同比增長42.0%。充電樁保有量：截至4月公共充電樁86.8萬臺2021年1-4月，我國充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為14.6萬臺，公共充電基礎(chǔ)設(shè)施增量同比上漲100.3%，隨車配建充電設(shè)施增量持續(xù)上升，同比增長129.8%。其中，2021年4月比2021年3月公共充電樁增加1.76萬臺，4月同比增長58.8% ，可謂是增速迅猛。我國新能源汽車發(fā)展迅猛的同時，充電樁行業(yè)卻沒有能夠跟上發(fā)展的腳步，造成了有車但卻難充電的情況。另一方面，由于充電設(shè)施信息不能及時反饋給用戶，造成了充電高峰期電用戶集中充電，充電需求過大無法滿足所有用戶，而閑時存在大量充電樁閑置的情況。

三.解決方法

（一）建立智能實時定價機制

1供應(yīng)商的盈利模式

供應(yīng)方的利潤是由成本和總收入兩部分組成的。成本一般可以分為兩部分。第一部分成本是從發(fā)電廠購買電量的成本，即電量的總數(shù)乘以單位價格。第二部分成本是供電、人工及設(shè)施成本。因此，供應(yīng)方的利潤函數(shù)為。

其中，P是供應(yīng)方購買電能的成本，是供應(yīng)方出售電能的價格，是供應(yīng)方售出電能的數(shù)量。模型中假設(shè)供應(yīng)方不具有儲電功能，即供應(yīng)方購買電能和出售電能數(shù)量相等，由此上述公式進行進一步簡化得出 。

2 用戶需求模型

衡量用戶滿意度高低，可以采用分段效用函數(shù)

效用函數(shù)，假設(shè)消費者的滿意度隨著電能消費量增加持續(xù)上升，最終達到飽和。根據(jù)社會效用模型，定義函數(shù)

x代表用戶該時段電能消費量。a和w是根據(jù)用戶每個用電時段對電量的不同要求和滿意度選取的兩個非負參數(shù)。a是預(yù)先給的。n個用戶的總體效益最大化模型為：

3價格調(diào)節(jié)機制

假設(shè)通過app等軟件和智能設(shè)備用戶和和供電方可以預(yù)先交流信息，在每個時段開始前，可以根據(jù)該時段的需求量和供應(yīng)量進行調(diào)節(jié)。根據(jù)供應(yīng)商利潤模型和用戶總效益最大化模型計算本時段和空閑時段（充電樁有閑置的情況）的最優(yōu)價格和保證用戶最低需求下的最優(yōu)電能使用量。價格調(diào)節(jié)要求如下：

獎勵機制：1. 當本時段電能需求大于供應(yīng)量時，如果用戶選擇推薦消費最優(yōu)電能使用量，享受價格優(yōu)惠;

2. 如果用戶選擇預(yù)約推薦的閑時段充電，給予相應(yīng)價格優(yōu)惠。

利用價格獎勵機制，鼓勵用戶選擇在空閑時完成充電，可以有效地解決充電設(shè)施閑置問題;同時由于價格獎勵，用戶在不影響用戶效益的情況下，鼓勵用戶減少在高峰期的充電量和時間，從而在降低高峰時段用戶擁擠排隊方面具有很好的調(diào)節(jié)作用。

（二）合理規(guī)劃，科學選址。

首先，結(jié)合居民區(qū)和辦公區(qū)分布情況、智能汽車分布情況，充電設(shè)施需求情況、消費、交通等多方面因素合理科學規(guī)劃充電設(shè)施數(shù)量和建設(shè)地點。

其次，充電設(shè)施建設(shè)要交流充電樁與充電站相結(jié)合，公用與專用充電站相結(jié)合。例如，在高密度住宅區(qū)、停車場密集區(qū)可以優(yōu)先建充電樁;在商業(yè)中心區(qū)周圍、長途、高速公路沿線等地球可以優(yōu)先建充電站。

最后，加強和規(guī)范智能充電相關(guān)APP的統(tǒng)一管理，及時發(fā)布充電實施使用情況和實時價格，同時采集用戶電能需求情況，并給出充電相關(guān)建議。

（三）加強充電設(shè)施的維護

目前充電樁的供應(yīng)依然是小于所求的，為了改善這一點，提高充電樁的維護水平這一措施是必不可少的。因為充電樁的數(shù)量再多，維護水平跟不上，那么實際可使用的充電樁只會更少。所以，如何提高充電樁的維護水平，做好充電樁的維護工作，以及一些基礎(chǔ)設(shè)施的跟進，包括充電車位的管理等等，都是充電設(shè)施管理者需要著重注意的問題。

四.結(jié)論

本文對智能汽車充電面臨的主要問題進行分析，并提出了使用雙重規(guī)劃來協(xié)調(diào)用戶與充電樁商家之間的供需矛盾，社會滿意度模型考慮了用戶的滿意度，可以有效解決用戶充電的無序性所造成的資源浪費，起到了提高社會滿意度，實現(xiàn)了雙方雙贏的局面。

參考文獻：

[1]陳向國. 陣痛中新能源車必將繼續(xù)擴大市場占有率[J]. 節(jié)能與環(huán)保，2019，000（002）：20-21.

[2]公安部交管局. 新能源汽車保有量達199萬輛純電占8成[J]. 稀土信息，2018（8）：16-16.

[3]閻明煒，邵圣. 新能源汽車出行攻略——通勤篇[J]. 家用汽車，2017，Z2（No.135）：106-109.

[4]李雪. 區(qū)域戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿討B(tài)評價[D]. 華東交通大學.

[5]鄭雪芹. 截至4月充電基礎(chǔ)設(shè)施累計182.7萬臺[J]. 汽車縱橫（6）：2.

[6]Wang Y，Mao S W，Nelms R M.Distributed online algorithm for optimal real-time energy distribution in the smart grid. IEEE Internet of Things Journal，2013，1（1）： 70–80.

[7]Samadi P，Mohsenian-Rad A H，Schober R，et al. Optimal real-time pricing algorithm based on utility maximization for smart grid //IEEE International Conference on Smart Grid Communications，2010，54（1）： 415–420.

作者簡介：陸偉，2002年4月，男，民族漢，籍貫（省市）上海，本科在讀。