城市电动汽车充电设施规划方法浅析

赵海敬　冯慈航

摘 要：通过分析我国电动汽车充电设施现状，找出存在的关键问题并提出相关建议。最后以广西柳州市电动汽车充电设施规划为例进行分析，为促进我国电动汽车產业的健康发展提供借鉴意义。

关键词：电动汽车;充电设施;规划

0 引言

随着经济社会的快速发展，全球环境治理和能源危机问题已成为人们关注的焦点，新能源交通方式也得到很多国家的高度重视，电动汽车作为新能源汽车之一，也开始进入人们的日常生活。我国在“十五”期间就确立混合动力、纯电动和燃料汽车为“三纵”，多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、锂离子电池和其管理系统为“三横”的产业发展布局，这不仅仅祭奠了电动汽车和核心零部件的发展格局，还促进我国在电动汽车技术方面有更深入的研究。

虽然电动汽车的发展前景是美好的，但由于其电池、充电基础设施等方面的羸弱，限制了电动汽车的进一步发展，因此需要建设电动汽车充电站来解决这一问题。

蓄电池的充电设备对于电动汽车来说是关键的，它分为车载充电装置和非车载充电装置，车载充电装置即安装在电动汽车上，采用地面上的交流电网及在车上的电源来对电池组进行充电的装置，而非车载充电装置，即在地面上的充电装置[1]。

在现在的新能源汽车发展阶段中，普遍存在的充电模式大多数为非车载充电装置。电动汽车使用者了选择到固定地点的充电站或充站桩为汽车的电池进行直接充电。为此，构建一个不仅可以满足电动车使用者的充电消费系统，又能方便进行信息采集的平台就显得至关重要了。科学合理的规划一个电动汽车充电站，为打造成一个充电格局网络布局而努力，为电动汽车车主带来便利，提高充电站的服务能力。

1 我国电动汽车充电站现状分析

根据国家电网相关的数据显示，到目前为止，我国已经建成2.6万个电动汽车充电桩，但遗憾的是，其使用率却较低，我国政府还未出台相关的直流电接口和通讯协议标准。为加快电动汽车充电基础设施建设，2015年9月29日国务院办公厅印发并实施《国务院办公厅关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，到2020年，中国将实现国民拥有近500万辆左右的新能源汽车，同时我国也将基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系;并配备较完善的标准规范和市场监管体系，形成开放、有序的充电服务市场。

1.1 发达城市充电站发展现状分析

在推进落实充电网络建设中，京沪冲在前端。北京市电力公司2016年计划建设14座高速公路快充站，5 880个城市充电桩，将打造一个服务半径为五公里的市中心电动汽车充电网络，并建成公共充电网络服务体系，使用快速直流充电法，车辆快速充电30分钟后，能持续行驶近百公里。

上海提出年底前建设超1 000个新能源汽车分时租赁服务网点，超3 000辆纯电动汽车和超5 000个的充电桩，同样在中心区域及示范区域建设公共快速直流电充电网络，到时候附近的新能源汽车充满百分之八十的电源仅仅需要20分钟左右[2]。

天津作为工业城市，由于用地资源较为紧张，可建设相关的充电桩来满足需求。将建设7 000个电动汽车充电桩和70个充电站，它们都是优先利用出租车，公交车，环卫车等电动车辆的固有地方，缺少的由市政府规划提供场地[3]，部分城市的充电设施现状如表1所示。

1.2 中小城市充电站发展现状分析

在中小城市，对于新能源汽车还未被广大消费者所接受，要加强新能源汽车的宣传力度，最好的方法就是完善充电基础设施，让用户体会到使用电动汽车的便捷，才能更好的促进新能源汽车的发展，在这个过渡过程中，充电桩就起了一个过渡作用，它不会像充电站一样需要大面积的土地，多个充电设施，在一个片区内，简单的几个充电桩就可以满足电动车车主的充电需求，避免了供过于求，造成资源上、土地上、人力上的浪费，既有利于用户的方便使用，有促进了对新能源汽车的接受程度。

2 城市电动汽车充电基础设施存在的问题

现阶段，新能源汽车社会配套体系不完善，特别是充电桩、充电站等基础建设相对滞后，使充电不便，导致电动汽车产业化和市场化发展受到制约。此外，充电基础设施在续航里程、配建标准等方面也存在很多问题，亟待解决。

2.1 规划技术层面的欠缺

电动汽车充电基础设施的规划布局，目前还没有完善的、成熟的理论及案例可以进行模仿，基本处在定点示范的阶段，并无电动汽车行业发展、城市道路发展、电网发展规划三者结合的充电基础设施选址理论，让电动汽车充电设施规划存在城市用地紧张，自身供电能力不足等难题。

充电基础设施选址要和该区域电动汽车的交通密度保持一致性，和附近用车的充电需求互相契合，同时要在充电设施的服务半径上满足需求。随着现在相关科技的发展，在选址的时候必须站在宏观角度来进行，结合该区域的未来规划和附近区域的网点布局，综合考虑再确定建设地点，有关的电力供应部门也要互相协调，把电动汽车充电设施的规划加入城市电网的未来规划中。

2.2 相关充电标准不完善

在我国建设的京沪高速公路开通后，相关的充电站也投入了使用，不过却发生了电动车辆充不上电的情况，为了确保给电动汽车使用者一个舒适、便捷、可靠的充电环境，首先需要检查充电设施相关设备的接口与汽车所拥有的接口是否符合国际标准。同时在不少城市，由于没有相关的标准文件，几乎都是按照当地政府的设想制定了地方标准，没有形成统一的标准，这是需要国家和政府介入进行完善的。

目前，世界上有三个充电标准，美国的SAE标准、欧洲标准和中国标准。SAE标准是美国机动车工程师学会（Society of Automotive Engineers）制定的标准，现在日本和韩国也在引用这一标准，而中国标准则是介于SAE标准和欧洲标准之间，形成三个完全不相同的标准[4]。

我国已将接口标准加入新能源汽车购置税减免目录的准入条件中，还计划把其加入到新能源汽车的准入条件，这将很好地解决充电设备标准执行力不强的问题，进一步完善充电基础设施，让电动汽车使用者有效地进行电动车充电，提高充电服务质量。

2.3 充电设施对应周边服务的空白

电动汽车充电基础设施以服务客户为宗旨，加大客户生活便利性为目的，除了自身服务以外，应开发对应的周边服务，加大对用户的便捷。比如电动汽车充电站APP，像国外的CHARG POINT一样，它不仅作为一个简单的充电网络，还能向电动汽车制造商、经销商和车主们提供云服务[5]。电动车使用者可以在手机上下载充电站APP，当车辆需要充电服务时，确定好自己所处位置，软件就会显示周边哪些充电桩处于使用状态和空闲状态，可就近寻找闲置的充电桩，定位该充电桩的位置。此外，使用者还可进行预约充电服务，并查看充电桩使用情况及预约情况，不仅高效率整合所在区域的公用充电设施资源，同时也避免电动汽车使用者长时间等待，能有效降低当地电力公司减少削峰填谷的难度。

充电站APP集成服务可以给电动车车主、电力公司以及电动汽车充电站带来方便，减少了中间大都数繁琐的人工步骤。现在手机科技高速发展，人们对手机软件的依赖性也变强。所以，开发一款对应的电动汽车充电站APP，是电动汽车充电设施发展必不可缺的一环。

3 城市电动汽车充电设施规划方法建议

电动汽车充电设施以方便电动汽车换充电，以服务电动车使用者为宗旨，以扩大自身服务率为己任，打造成一个充电网络格局为目的。首先要促进快速充电网络建设，从而加强各地区之间的联系，进一步建设成为涵盖整个区域的高速公路城际快速充电网络布局，在促进电动汽车充电站发展的同时，也满足了电动汽车城际外出需求。

以服务客户为目标的充电设施，提高自身服务至为重要，除了要求本身硬件技术强硬，充电插口要符合国际标准化，还要弥补自身不足，周边服务如相关软件开发，配套设施投入使用等，才能更好地发挥充电设施服务能力，本文提出以下几点建议。

3.1 充电基础设施规划要求

通过前文分析，电动汽车充电设施规划必须与交通密度和电池充电需求分布这两个方面相结合。一个区域内电动汽车的充电站分布应与该区域内充电需求保持一致性，和该区域的电动汽车交通密度行成正比。至于服务半径，则综合考虑电动汽车本身的优缺点，在不同区域内计算服务半径要结合现实情况。

不同交通区域的交通密度各不相同，所以充电站网点数量分布的服务半径也各自不相同。影响电动汽车充电站服务半径的另一个因素，就是电动汽车动力电池的持续行驶功能。理论上电动汽车动力电池每次充电使用路程在150公里到200公里之间，但实际应用时考虑电动汽车电池寿命自然老化、怠速对电池损耗、恶劣天气对电池伤害等原因，在电动汽车续航里程的角度来看，充电设施服务半径应以电动汽车一次充电行驶里程为100公里来进行计算，甚至更短。

3.2 电动汽车充电站规划选址及布局

科学规划电动汽车充电基础设施，选址时应以建设经济性、一致性、便捷性为原则，在电动汽车使用较为密集的地方建造，通过调研该地区电动车消费者的充电需求，确定合理的地理位置才能满足区域内电动车车主的充电需求。且不能太靠近住宅或商场这些用电高峰的地方，保证电网安全可靠的运行。

从长远的角度来看，充电设施规划要有统筹性，国家和地方政府对充电设施规划制定市场准入制度，依照城市发展规划和电动汽车推广使用状况，来规划电动汽车充电站的布局，更具科学性、合理性，区域充电站过分饱和不利于电动汽车快速发展。而且电动汽车充电设施规划需要预留升级空间，充分考虑到未来电动汽车的发展方向，结合城市电路网络的规划，互相协调发展，避免造成资源浪费，更贴合现在社会中走可持续发展道路的宗旨。

在布局上，完善的電动汽车充电设施不仅具有电动汽车动力蓄电池充电功能，还需要对整个充电站监控，对供电系统、充电机的运行和充电站安全的监控外，还必须能够对充电站输入和输出的电能进行计量。除此之外，充电站还应能对电动汽车动力电池更换、检测及维护等专业性的功能，完善的充电站布局如图1所示。

4 柳州市电动汽车充电设施规划现状及建议

4.1 现状

2016年6月28日，广西壮族自治区发改委印发了《广西电动汽车充电基础设施专项规划（2016-2020）》，响应了国家的“三横三纵”，在中国国民经济和社会发展第十三个五年规划中，要在广西壮族自治区中建设7.6万个电动汽车充电站或者电动汽车充电桩。到2020年，广西省内将新增约超过七万辆的电动汽车，其中包括电动出租车、电动环卫用车、电动公交车及各种电动私人用车[6]。这也暗示了广西电动汽车发展的迅速，加快建设电动汽车充电设施已经迫在眉睫。

《广西电动汽车充电基础设施》的规划中，南宁，桂林，柳州三市为重点的建设实施对象，并以南宁和柳州为首要建设对象。柳州市在十三五期间规划建设共约一万五千个电动汽车充电桩和约38座电动汽车充电站。

4.2 建议

根据柳州市发展情况，电动汽车充电站采用的充电模式可分为快速充电模式和常规充电模式。

4.2.1 常规充电，智能收费

城市里用电高峰期在白天，到了晚上则是低峰期，利用常规充电方法，白天使用车辆，晚上则进行充电，合理利用谷峰电力，减少城市用电压力，电网公司也可以利用峰谷不同的状态来调整电动车使用者需支付的充电费和服务费。充电站自身也降低因维持电网低负荷运行带来的调峰花费，有益于电网负荷改善。由此可以在居民小区或固定的停车场里规划常规充电设备，采用机器智能的收费模式，电动车使用者利用APP或智能机器刷卡付费。

为解决电动汽车远程行驶需求，采取快速充电模式是必要的。电动汽车充电站可进行全天候营业，在电动汽车需要充电的时候，能立刻提供服务，电动车可以通过软件定位，实现快速充电，在一定范围内构建成一个快速充电的服务网络，以达到电动汽车远程行驶的目的。

4.2.2 电池组快速更换运营模式

随着电动汽车的普及和相关科技的发展，电动汽车充电站可以采用电池组快速更换的模式运营，在电动汽车需要充电时，使用者可支付一定金额租用电池。一方面可以方便电动车车主在长距离行驶中不必在电池充电时花费时间，节约了等待时间，另一方面也保证电动车电池可以在最佳时间内进行充电，延长了电池的使用年限，避免了造成资源上的浪费。

更重要的是，电池中的电量能得到有效的利用。一辆电动汽车，随着使用年限的增加，电池老化后所对应的行驶里程会相应的减少，不少电动车主会选择更换电池，而采取电池组快速更换模式后，这一费用将由电动汽车充电站负担，减少了车主的花费，充电站在日常运营中补贴这一费用外，将这些旧电池当作储存电量的容器，在用电低峰期进行充电，高峰期则可以作为供电设备，即作为维持充电站电力供应的平衡点，可以随时调节充电站的用电需求。因为电池使用寿命有限，老化后可以进行合理利用，将电池交给电池制造厂进行回收再利用，从而形成一个合理的良性循环，符合可持續发展的宗旨。

5 总结

本文通过分析电动汽车充电设施发展现状，对其规划方法提出相关建议，比如运营模式改善，开发与充电站对应的软件来提高充电站自身服务的便利性等。以广西柳州市为例分析其电动汽车充电设施现状，结合实际情况提出采用常规充电模式和快速充电模式的充电方法对新能源汽车进行充电，建议运营模式转换，契合自身及未来发展状况，符合可持续发展道路。由于目前电动汽车充电站停留在定点示范阶段，并未出现形成体系的商业运营模式，需要在现实生活中不断摸索，使电动汽车充电设施规划更科学、更合理，加大电网运行的经济性、安全性和服务性。

参考文献：

[1]马银山.电动汽车充电技术及运营知识[M].中国电力出版社，2012.

[2]徐凡，于国琴，等.电动汽车充电站布局规划浅析[J].华东电力，2009，37（10）：1678-1682.

[3]姚建琴，王梅，罗伟明.电动汽车充电系统建设应用分析研究[J].华东电力，2008，36（8）：107-110.

[4]李立里，王乾坤，张云洲.德国电动汽车发展动态分析[J].能源技术经济，2012，24（1）：47-52.

[5]陈清泉.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[6]广西省发改委，2016-2020年广西电动汽车充电基础设施规划[R].2016.