电动汽车充电设施运营模式探讨

1、 摘要 桂林航天工业学院毕业设计 (论文)2010 2013学年度汽车与动力工程系汽车检测与维修技术专业 题 目电动汽车充电设施运营模式探讨 学生姓名 _学生学号 _指导教师 起止日期 _ 2013年1 月20 日电动汽车充电设施运营模式探讨摘 要随着人们的生活水平的提高,全球汽车总保有量的不断增加,汽车所带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭等方面的问题也越来越突出。人们要解决这些严重的污染问题，就目前情况和经济形势而言，通过电动汽车代替汽车汽车是一个很好的可行方法。电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著优点, 在环保和节能贡献方面具有不可比拟的优势。目前电动汽车技术的研发已成为各国政府和

2、汽车厂商关注的热点。本文通过研究国内外电动汽车发展现状, 分析影响电动汽车运营的因素。结合电动汽车充电设施商业化运营历经的几个阶段,提出相应电动汽车充电设施运营方案.最后就商业化运营提出相关建议。关键词: 电动汽车; 充电设施; 商业化运营; 充电 目录 目录1 绪论11.1电动汽车充电设施发展现状11.1.1国外发展现状11.1.2国内发展现状22电动汽车充电设施的种类和各种运营模式32.1电动汽车常用充电模式32.1.2快速充电32.1.3机械充电32.2电动汽车充电设施运营模式比较分析42.2.1政府主导模式42.2.3电动汽车用户主导模式62.2.4混合模式的理论依据62.3 电网企业

3、投资充电站充电设施建设及运营的正当性和合理性72.4国外充电接口的发展83. 1 国内运营影响因素13. 1. 1电动汽车充电站运营安全问题13. 1. 2 电动汽车充电电池标准问题13. 1. 3电动汽车充电设施商业化运营能力问题13. 1. 4电动汽车充电站良性发展的政策问题13. 1. 5电动汽车能源供给运营模式不成熟13.2 国内运营模式研究23. 2. 1 示范运行阶段24 结论3参考文献1致 谢1 电动汽车充电设施的种类和各种运营模式 1绪论 目前，随着电动汽车的瞬猛发展,与电动汽车相配套的充电设施正成为一种新兴产业，本文通过了解目前国内外电动汽车充电设施的现状。电动汽车的几种充电

4、方法；常规充电，快速充电，机械充电，以及电动汽车充电设施的几种运营方式，和充电时存在的几种问题。这样更好的了解电动汽车充电的各方面不足之处。也让我了解到了电动汽车充电设施这方面的巨大市场空缺和技术空缺。本文大体概括电动汽车充电设施的几个主要问题。和未来的发展空间。1.1电动汽车充电设施发展现状1.1.1国外发展现状美国可以说是全球电动汽车数量增长最快速的市场。在美国总统奥巴马“2015年100万辆PHE电动汽车上路”的政策目标推动下, 美国境内电动汽车充电站快速增加。虽然目前电动汽车的数量还很少, 且其中很大一部分分布在旧金山地区, 包括圣荷塞, 但该地区将燃油汽车改装成电动汽车的汽车店已供不

5、应求, 无法满足市场需求。根据P ikeResearch的报告, 初步估计2015年之前, 全美的电动汽车充电站将超过100万个据点, 市场规模可达到2亿美元。为加速电动汽车的普及, 欧盟各大都会区纷纷推出奖励政策, 包括免征豪华车税、减增VAT 增值税、免费停车与免费充电等; 这些措施都成为欧盟境内电动汽车市场的发展基础, 也顺势带动市场对充电设施的需求。法国巴黎是最早将清洁能源汽车引入公交系统的城市。在巴黎市区有大量纯电动公交车参与公共交通运营。为方便市民出行, 巴黎市政府拟出了一张“充电站分布图”, 市民可以轻松地根据该图找到最近的充电站。2012年6月, 欧洲停车行业的2 家大公司达成

6、合作, 在德国一些大城市的公共停车场中设立电动汽车充电设施。RWE 集团将在柏林市中心的20家APCOA 自动停车场设置充电桩。该计划将推广到汉堡、杜塞尔多夫、法兰克福、斯图加特、慕尼黑等其他大城市。为了配合英国政府的电动汽车普及计划, 英国政府出资2 500万英镑购买了500 个E lektrobay 充电设施, 这些充电站将设置在停车场和路边, 方便电动汽车使用。2012年, 在全英国境内已累计安装超过1000台。日本政府表示, 为普及电动汽车, 政府将在3年内建千余座充电站。其中, 东京电力公司将带头参与有关的基础建设, 2011年东京将率先建成200多座充电站, 3年后日本电动汽车充电

7、站数量增加到1 000座以上。从2008年开始, 日本停车场开发公司开展汽车共享业务, 把计时收费停车场用作基地, 对现有地下停车场进行适当的改造, 配备必要的充电设施, 收取适当的充电费用。日本大型连锁便利店罗森2009年开始在旗下店铺安装电动汽车的充电桩。充电桩主要为来往于各加盟店间的营业用电动汽车提供电源, 普通顾客也能免费使用。东京都及大阪府的共7家店铺已完成了充电桩的安装。1.1.2国内发展现状国内的电动汽车充电设施建设目前基本上与国外处于同一起跑线上。北京、上海、杭州、湖南、天津、深圳等地在电动汽车充电设施建设方面起步较早, 但只是集中在某些区域, 以试点形式运作,存在能源补充耗时

8、较长、数量少、规模小等缺点,大规模、即时的电动汽车能源供给系统尚未建成。 在充电设施运营方面, 仍是政府和电网企业在起积极推动作用。各省纷纷出台相关车补优惠、上路费优惠、配套充电电价等政策。国家电网公司更是积极响应国家号召, 站在履行社会责任、推动节能减排的高度, 在公司范围内27个省市(区) 全面推进电动汽车充电站建设, 大力发展推动纯电动汽车发展。早在2006 年, 国家电网就采取多项措施推动纯电动汽车产业的良性发展, 超前规划和建设电网, 超前建设纯电动汽车及其配套基础设施,为推动纯电动汽车发展提供优质快捷的供电服务。2006年, 先后在山东、杭州、上海进行电动汽车充电站试点。2008年

9、北京奥运会期间, 由50 辆锂离子电池纯电动公交车组成的T84路纯电动公交车队进行了大规模的奥运村、媒体村运行, 并配套建设了1个地面充、换电站。该充、换电站目前仍保持着充电规模最大、最早投入运营、运营车辆及行驶里程最多等世界纪录, 累计减少排放2 万t以上。2009年8月, 国家电网上海电力公司投资的国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站- 漕溪电动汽车充电站顺利建成。在建设充电站的同时, 国家电网公司更是在经营区域内全面推进充电桩建设。为了弥补充电站内充电位有限的问题, 国家电网公司还将在繁华地段边、停车场内、风景区等区域配置充电桩, 方便客户远距离出行。随着相关规范的出台, 充电桩建

10、设步伐将进一步加快, 从而可更好地促进电动汽车的示范推广应用及其商业化运作。总体来看, 虽然近年来国家大力推行纯电动汽车, 尤其是国家电网公司积极参与推动电动汽车的产业化发展, 但我国纯电动汽车充电系统的研究和建设基本上还处于初始起步阶段, 需要抓住机遇,积极探索能源供给模式, 以纯电动公交车的发展为出发点和突破口, 积累经验, 不断创新, 为推动纯电动汽车的产业化发展做好支撑和保障。2电动汽车充电设施的种类和各种运营模式2.1电动汽车常用充电模式根据电动汽车动力电池组的技术和使用特性,电动汽车的充电模式存在一定的差别。对于充电方案的选择,现今普遍存在常规充电、快速充电和电池组快速更换系统三种

11、模式。2.1.1常规充电 蓄电池在放电终止后,应立即充电(在特殊情况下也不应超过24 h),充电电流相当低，大小约为15 A，这种充电叫做常规充电(普通充电)。常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电, 一般充电时间为58 h,甚至长达1020 h。 因为所用功率和电流的额定值并不关键, 因此常规充电的充电器和安装成本比较低，可充分利用电力低谷时段进行充电,降低充电成本，可提高充电效率和延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长,有紧急运行需求时难以满足。2.1.2快速充电 常规蓄电池的充电方法一般时间较长, 给实际使用带来许多不便。快速充电电池的出现,为纯电动汽车的商业

12、化提供了技术支持。快速充电又称应急充电,是以较大电流短时间在电动汽车停车的20 min 至2 h内, 为其提供短时充电服务, 一般充电电流为150400 A。 快速充电充电时间短，充电电池寿命长(可充电2000 次以上)，没有记忆性,可以大容量充电及放电,在几分钟内就可充7080的电；由于充电在短时间内(约为1015 min)就能使电池储电量达到8090,与加油时间相仿,因此,建设相应充电站时可不配备大面积停车场。但是,相对常规充电模式,快速充电也存在一定的缺点，充电器充电效率较低,且相应的工作和安装成本较高。由于采用快速充电,充电电流大, 这就对充电技术方法以及充电的安全性提出了更高的要求,

13、同时计量收费设计也需特别考虑。2.1.3机械充电 机械充电也就是换电池，即电池组快速更换。通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大,更换电池的专业化要求较强,需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。 电动汽车用户可租用充满电的蓄电池, 更换已经耗尽的蓄电池,有利于提高车辆使用效率,也提高了用户使用的方便性和快捷性；对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电,降低了充电成本,提高了车辆运行经济性，解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程长及价格等难题；可以及时发现电池组中单电池的问题,进行维修工作,对于电池的维护工作将具有积极意义。电池组放

14、电深度的降低也将有利于提高电池的寿命。2.2电动汽车充电设施运营模式比较分析2.2.1政府主导模式即政府作为电动汽车充电站的投资主体，负责电动汽车充电站的建设与运营。按照政府建设与运营方式不同，此种模式可以有两种具体操作方式: 一是直接主导方式，即由政府直接出资建设电动汽车充电站，建成后由政府相关部门负责经营管理; 二是间接主导方式，即由政府出资建设电动汽车充电站，建成后移交给国有企业经营管理，或者委托专业机构经营管理。图1 政府主导模式下的电动汽车充电柱图2.2.1.1 政府主导模式的优点电动汽车充电站是重要的公用基础设施，为电动汽车发展提供动力支撑，它承载着实现国家能源战略和引领城市未来发

15、展方向，因此，电动汽车充电站建设是政府义不容辞的责任。由于电动汽车发展尚在起步阶段，其大规模推广使用尚需时日，由此导致与之相配套的电动汽车充电站建设与运营存在较大的投资风险和经营风险，以盈利为主要目标的企业难以或不愿承担此种风险。（1）引领和推动电动汽车及其充电站建设有序发展政府投资电动汽车充电站，其主要目标是推动电动汽车产业发展，而不是以盈利为主要目标，这样就能为电动汽车发展提供强有力的保障和支持。同时，由政府主导电动汽车充电站建设，可以为市场主体提供积极信号，有助于引导市场主体的投资方向和行为。（2）实现电动汽车充电站的统一规划和集约化发展由政府建设与运营电动汽车充电站，有利于实现电动汽车

16、充电站与电动汽车产业的发展同步，避免电动汽车充电站投资过热或投资不足。同时，政府投资电动汽车充电站，可以实现电动汽车充电站建设与城市土地利用规划、城市电网规划等方面的有机协调，从而有序推动电动汽车充电站建设。2.2.1.2政府主导模式的缺点（1）增加政府财政压力政府投资电动汽车充电站，不仅需要投入巨额资金，且由于充电站建成后的较长时间无法实现盈利，政府还需要增加相应的财政支出以维持充电站的正常运转。不仅如此，随着电动汽车的增加、运行区域的扩大，政府还需要不断扩大充电站的规模，由此导致投资不断增加，经营难以为继。（2）运营效率低下由政府投资电动汽车充电站，政府往往过于关注政治目标而忽视经济目标。

17、同时，在这种模式下，充电站经营者由于没有实现经营效益最大化的压力，也就缺乏提高相应经营能力的动力，由此导致经营管理效率低下。（3）不利于电动汽车充电站大规模集约化建设与运营由于政府投资与运营电动汽车充电站，受政府特殊庇护，其他市场主体投资的充电站难以与其展开公平竞争和有效竞争，长此下去，将会阻碍电动汽车充电站市场化和商业化的步伐。2.2.2企业主导模式看好充电站盈利前景电动汽车是新能源利用的重要组成部分，是战略性新兴产业发展方向，与电动汽车发展相适应，充电站也将随着电动汽车的进一步发展而获得相应的社会效益和企业效益。占领新兴能源市场充电站在一定时期特定区域内是作为稀缺资源而存在的，换言之，在特

18、定时期和区域内电动汽车充电站不能无限制地建设和扩张，由此，企业提前建设充电站，就提前占有了相应的资源并获得了相关市场。实现企业发展方式转变如石化( 石油) 企业投资电动汽车充电站，可以实现传统能源企业逐步向新型能源企业转变。电网企业将电动汽车充电站建设纳入智能电网有机组成部分，既可催生储能技术，又可促进清洁能源发展，实现电力资源的节约高效利用。 图2 企业主导模式下的电动汽车充电桩图2.2.2.1企业主导模式的优点（1）能保证电动汽车充电站建设所需的资金投入目前，投资充电站的企业主体，主要集中在国家能源企业层面，具有人、财、物等资源优势以及商业化运作经验，能够集聚充电站建设与运营所需要的宝贵资

19、源。（2）可以有效提高充电站的经营效率和管理水平在企业主导模式下，企业投资充电站是围绕经济效益最大化开展的，为此，企业必然会以市场为导向，以服务为宗旨，不断改善经营管理，从而提高经营效率和管理水平。2.2.2.2企业主导模式的缺点（1）容易导致充电站建设的无序发展作为市场主体，企业囿于自身所固有的局限性和盲目性，往往会以自身利益最大化出发考量投资行为，而不是从全社会资源优化配置的角度出发，这样就可能出现充电站建设投资过热或投资不足。（2） 影响或制约电动汽车产业发展企业本质是追求经济效益的，而在电动汽车发展初期，如果企业过于追求经济利益，以充电站实际运行成本确定充电服务收费，这样会带来充电成本

20、过高，从而不利于电动汽车的推广运用。（3）与相关领域的协调性不足作为市场主体，企业依靠自身力量难以实现充电站建设与城市土地利用规划、输配电网规划的有效衔接，也难以完全做到充电站与电动汽车发展与消费使用等同步。2.2.3电动汽车用户主导模式即电动汽车用户为满足自身车辆运行需要，投资建设电动汽车充电站。电动汽车用户投资充电站，是将其视为电动汽车的一项配套设施，避免受制于外部充电站以及由此给电动汽车运行带来不利和不便影响。该模式的优点是电动汽车用户可以根据自身需要建设充电设施，实现充电设施与其自身的电动汽车有效衔接，其缺点是电动汽车用户不仅要承担高额的充电设施建设和运行费用，更为重要的是会导致充电设

21、施利用率低和造成重复建设。我国电动汽车充电站建设与运营模式的选择。2.2.4混合模式的理论依据 上述分析显示，三种模式各有其利弊。现阶段，不宜单纯采取某一种模式，较为理想的选择应是“政府+ 企业”的混合模式，即政府参与和扶持下的企业主导模式。该模式不仅具有理论依据，而且可以克服单纯的政府主导模式和单纯企业主导模式的缺点，能较好地满足现阶段充电站建设与运营的需要。该模式的理论基础是20 世纪90 年代西方发达国家兴起，并逐步波及到世界各国及地区，成为各国及地区普遍采用的促进公用事业发展的公私合作关系( PublicPrivate Partnerships，简称“PPP”) 理论，该理论核心思想是

22、政府为了提供基础设施需要，通过合同方式与私人( 即企业) 建立起来的共享收益和共担风险的一种合作关系。“政府+ 企业”的混合模式是该理论在电动汽车充电站建设和运营上的具体运用。混合模式的适应性，当前，我国电动汽车正处于蓬勃兴起阶段，与之相适应，充电站建设与运营也在迅速发展，在此阶段，经营充电站企业难以实现盈利目标。同时，在充电站建设与运营初期，存在着企业自身不能解决的诸如充电站布局规划、建设标准、服务价格等问题，只有在政府参与和扶持下，企业才有动力和能力建设与运营充电站。2.3 电网企业投资充电站充电设施建设及运营的正当性和合理性（1）有利于实现充电站建设与输配电网的有机衔接电网企业建设充电站

23、，可以实现输配电网规划与充电站发展规划的有机统一，输配电网建设与充电站建设同步，不仅可以保证充电站的供电可靠性和电源结构优化，还可以有效避免充电站建设与输配电网建设不协调所造成的资源浪费。（2） 有利于将充电站建设纳入智能电网规划，推动充电站技术革新我国将在“十二五”期间大力发展智能电网，加大智能电网科技攻关。充电站作为智能电网的有机组成部分，如果由电网企业投资与运营，电网企业可以将充电站一并纳入智能电网储能技术进行科技攻关，从而大大提升充电站的科技含量和提高储能技术水平。（3） 具有较强的专业技术优势由于充电站与电力系统专业技术知识密切相联，由电网企业投资与运营电动汽车充电站，可以充分发挥电

24、网企业的专业技术优势，提升充电站的服务能力和服务水平。（4）可以引领电力资源优化利用电网企业通过投资与运营充电站，通过电力削峰填谷，达到电力资源利用效率最大化，实现国家节能减排目标。（5）有利于维护电网安全稳定电动汽车在充电过程中会产生大量谐波，而谐波对电能质量和电网安全会产生重大不利影响。与其他企业相比，电网企业更有能力进行充电站谐波治理。不仅如此，电网企业还可以充分运用充电站进行削峰填谷，从而有助于保障电网安全经济运行。混合模式的互补作用，如前所述，政府主导模式和企业主导模式各具利弊，但是两者的互补性也很强，如在充电站建设资金上，企业出资能够较好克服政府资金不足的问题; 在运营效率上，企业

25、经营能够较好地克服政府运营所固有的低效率问题。同时，政府参与和扶持，能够使企业克服充电站建设发展中的盲目性和无序性，推动充电站技术革新，有效降低充电站投资与运营风险。在混合模式下，政府更倾向于扶持哪类企业建设与运营充电站需要认真考量。当前，我国大致有三类企业有意投资电动汽车充电站: 电网企业、石化( 石油) 企业、其他社会企业。 2.4国外充电接口的发展目前,国外电动汽车的充电接口标准主要分为3大体系:国际电工委员会(IEC)美国汽车工程师协会(SAE)日本电动汽车协会(JEVS)和日本电动车充电协会(CHAdeMO)IEC 先后起草的电动汽车充电接口标准有IEC/TR 607831984电动

26、道路车辆的电缆和连接器和IEC 62196插头、插座、车辆耦合器和车辆接口电动车辆传导充电。IEC 62196对3类交流（AC）充电模式的标准将于2011年9月颁布，对直流（DC）充电模式的标准将于2012年6月颁布。SAE起草及颁布的电动汽车充电接口相关标准为SAE J17722001 电动车辆传导充电连接器该标准旨在确定电动汽车在住宅工作场所及公共充电站进行交流充电的接口定义用于第1类和第2类交流充电模式的改进标准SAEJ1772已于2010年1月发布,而550A直流快速充电的标准将于2011年12月发布JEVS起草的电动汽车充电接口标准有JEVSC6012001电动车辆充电用插头插座、J

27、EVSG1031993电动汽车在经济充电站快速充电系统使用的充电接头和JEVS G1051993电动汽车在经济充电站快速充电系统使用的连接器电动车辆充电用插头插座。2010年日本东京电力等公司共同建立了日本电动车充电协会CHAdeMO，以推进电动汽车快速充电设备的标准化。目前，日本交流充电接口遵循SAE J1772，CHAdeMO推出的符合JEVS G1051993 标准的直流快速充电接口TEPCO(LEVEL)，标准主要在该协会范围内使用,还未上升为国家标准IEC,SAE J1772,CHAdeMO 的几种充电接口标准的参数. 国内充电设施现状和各种存在的问题 3 国内充电设施现状和各种存在

28、的问题3. 1 国内运营影响因素3. 1. 1电动汽车充电站运营安全问题充电站使用的电力是一种特殊的二次能源产品, 石油行业参与充电站运营, 在同一区域内提供电力和石油、天然气等能源供应服务存在巨大的安全隐患, 一旦使用不当将会导致灾难性后果。着社会上很多企业投资建设充电站, 大功率的高频开关电源投入使用, 高次谐波对电网的影将不可忽视。3. 1. 2 电动汽车充电电池标准问题（1）充电电池规格标准。随着电动汽车应用数量的增加, 各种类型的电动汽车在商业化运营过程中需要不同规格的电池供应能量, 电池规格的非标准化给电池互换带来很多问题。（2）充电电池接口标准。我国还没有统一的充电电池接口标准,

29、 许多已建成的充电站普遍采用的是国外标准。长此下去, 势必将导致我国充电电池接口标准失去自主权, 进而使得电动汽车的发展也将受制于人。（3）电力配送、使用环节存在很多危险点,行业对电力能源应用的各个环节有着严格规定, 随着社会上很多企业投资建设充电站, 大功率的高频开关电源投入使用, 高次谐波对电网的影响将不可忽视。3. 1. 3电动汽车充电设施商业化运营能力问题( 1) 取决于电动汽车的推广应用速度, 也就是用户数量。( 2) 取决于用户对电动汽车产业的认识水平。3. 1. 4电动汽车充电站良性发展的政策问题目前各级政府层面陆续出台了支持电动汽车发展的扶持政策, 在电动汽车购买、上牌、运营等

30、方面出台了相关鼓励、补贴、扶持政策, 但是在电动汽车充电站的建设和运营等方面支持力度明显不足, 尤其缺乏充电基础设施建设、运营的商业模式及配套的扶持政策措施, 电动汽车充电设施投资回报存在较大的不确定性。3. 1. 5电动汽车能源供给运营模式不成熟纵观国外尚无成熟的电动汽车能源供给运行模式, 电动汽车事业在世界范围内尚处于边探索、边积累、边推广的阶段, 这也决定了在电动汽车能源供给方面也只能走总结经验、适度超前、不断完善的发展之路。3.2 国内运营模式研究各个国家、各个地区所处环境、发展水平、注重面的不同, 采取的电动汽车充电设施商业化运营模式也不尽相同。从世界各国电动汽车设施商业化运营的发展

31、历程来看, 电动汽车充电设施运营必将历经3个阶段: 示范运行阶段、成熟推广阶段、引领提升阶段。3. 2. 1 示范运行阶段该阶段, 电动汽车关键技术已具备实用化水平, 但一些关键零部件等还需要通过实际运行得以检验和完善, 在提高整车可靠性的同时, 进一步完善电动汽车的各项技术; 受车辆规模限制, 电动汽车充电系统、电动汽车相关服务及维修养护系统的建设还未形成体系, 社会化服务水平较低; 与此对应, 政府的政策激励体系与政策保障体系也在探索建设之中, 车辆服务对象还是以特定对象的规模化车队为主, 社会一般性个体消费者难以产生有效需求。4 结论4.1结论电动汽车，零污染的新能源绿色产品，具有良好的

32、发展前景，而电动汽车的能量不给充电设施是其发展的前提和基础，电动汽车充电站作为电动汽车能量补给的重要设施，它是否具有新颖，高效的商业话运营模式是该产业发展的关键。在20到30年内，在燃料电池电动汽车的时代没有到来之前，能够快速更换电池的纯电动汽车，增程式电动汽车和与之配套的充电设施电池维护，充电服务。是电动汽车实现商业化的最佳途径这就是电动汽车已经清晰可见的“真神”！本文在撰写过程中，收集查阅了有关电控燃油供给系统的大量文献资料，并进行分析与研究，主要完成了以下工作：1.浅谈了电动汽车充电模式在现代汽车上的应用与发展。2.系统的讲述了电动汽车充电设施的运营方式与个方式的特点，总体介绍了电动汽车的充电种类和发展前景。3.分析了国内电动汽车充电设施的形势与运营发展，突出讲解电动汽车充电充电运营模式的结构。4.通过本论文，使我对电动汽车设施的运营模式有了更