电动汽车充换电设施技术经济投资调研报告.docx

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电动汽车充换电设施技术经济投资调研报告

电动汽车充换电设施技术经济投资调研报告

一、动态及问题

随着环保、节能及低碳经济的发展，电动汽车作为新能源战略和智能电网的重要组成部分，以及国务院确定的战略性新兴产业之一，必将成为今后中国汽车工业和能源产业发展的重点，特别是近年来的“雾霾”问题，全球都在加大力度、加大预算治理环境问题，推广电动汽车，减少碳排放是一项行之有效的措施。

电动汽车最大特征是携带了可反复充电的储能电池，充电站或充电桩是为电动汽车充电的设施，与现在的加油站相似，电动汽车推广还是长期渐进的过程。

纯电动汽车还有许多技术难题有待解决。

　首先，是纯电动汽车的续航里程不如汽油车，电动汽车一般的300公里的续航里程，理论上是以30-40公里/小时的车速匀速行驶时达到的指标，在实际工况中，纯电动车很难达到300公里的续航里程，而短距离的续航里程给许多车主带来很多不便，极大地限制了纯电动汽车的推广。

其次，纯电动汽车的充电也是一个问题。

目前纯电动汽车充电时间一般需要7-8小时。

虽然有的蓄电池可以实现短时间内充电，不过这极大地缩短了电池的使用寿命。

而如此漫长的充电时间也成为也会阻碍电动车被大众接受。

而国内配套的基础设施还很欠缺。

如果要推广纯电动汽车，就需要大量的充电站，如同现在的加油站一样能使汽车方便地充电。

最后，目前电池的寿命、成本也是产业化的一个阻碍。

在目前的情况下，国家虽是大力倡导，但电动汽车进入普通家庭不能一下子大面积铺开的，虽然国家政策支持优惠购车，但有了车却找不到较近的充电设施，况且现在可供选择的价廉物美的电动汽车品牌、类型较少，技术（特别是出能技术）还有待检验，这些又反过来影响了电动汽车充电设施建设的进度和积极性。

由于公交车线路固定、管理统一、车速不高的特点，使其成为纯电动汽车推广的一个很好的平台。

　一方面，公交车线路固定，这样就可以控制公交车的行驶里程在蓄电池的续航里程内。

而公交车又能统一管理，可以在晚上集中给公交车充电。

这样可以解决纯电动车续航里程和充电不便的问题。

　另一方面，由于公交车的车速不高，蓄电池的性能可以满足其动力性的要求。

　同时，像短途固定的出租车也可以成为纯电动汽车推广的对象。

因此，电动汽车产业是一项系统工程，电动汽车充电站则是主要环节之一，必须与电动汽车其他领域实现共同协调发展。

早几年电动汽车概念热过一阵，但由于电动汽车快速充电需要瞬时强大的功率电力，在汽车保有量大幅增长的今天，常规电网才刚刚满足农村、城市的民、商、工等领域用电，还没有大量富余容量满足日益增长的汽车能源需求，同时，慢速充电又不能满足便捷交通的高效运行，所以，充电矛盾让热起来的电动汽车产业又回归理性，经过一段时期的研究讨论，“换电为主、插充为辅、集中充电，统一配送”成了新能源汽车产业发展的共识。

现在能较好的解决快速充电问题的方案是-换电站-利用给汽车更换电池的方法代替漫长的充电过程，而换下的电池，由电站统一充电和维护，可以在用电低谷时进行储能，起到削峰填谷的效果，用这种方法再加上停车场充电桩等辅助手段，相信电动汽车的普及进程会加快。

随着储能技术和储能材料的创新发展，电池性能进一步提高，电池的寿命、续航里程提高的同时降低了使用成本，加上配套设施和管理方案的完善，纯电动汽车还是有很广阔的发展前景。

二、充电设施技术分析

无论哪种充电方式，都需要解决充电设施，即充电站、充电桩、计量及监控管理等设施。

充换电站：

电动汽车充电站作为电动汽车产业发展的基础设施，必然在电动车市场启动之前规划建设,经过多方全面调研，现在的充电站，不仅是汽车充电，还包括电池集中充电、电池配送调度等新功能。

充电站按照功能可以划分为四个子模块：

配电系统、充电系统、电池调度系统、充电站监控系统。

充电站给汽车充电一般分为三种方式：

普通充电、快速充电、电池更换。

普通充电多为交流充电，可以使用220V或380V的电压。

快速充电多为直流充电。

充电站主要设备包括充电机、充电桩、有源滤波装置、电能监控系统等。

充电桩：

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。

充电桩能为电动汽车实现计时、计电度、计金额充电，即是充电站内部主要充电设施，也可以作为市民家用、停车场购电充电终端。

充电桩可分为直流充电桩，交流充电桩和交直流一体充电桩。

交流充电桩

交流充电桩由：

桩体、交流进线漏电流断路器、防雷模块、充电输出电动负荷开关、充电控制板、计量管理模块、显示单元等组成，广泛应用于电动汽车充电站、家庭自备、大型公用停车场等需要为电动汽车提供电源的场所。

交流充电桩设计要求的功能规范有以下六点，

1.可以提供AC220V/7kw供电能力；

2.具备漏电、短路、过压、欠压、过流等保护功能，确保充电桩安全可靠运行；

3.具备显示、操作等必需的人机接口；

4.交流充电计量；

5.设置刷卡接口，支持RFID卡、IC卡等常见的刷卡方式，并可配置打印机，提供票据打印功能；

6.具备充电接口的连接状态判断、控制导引等完善的安全保护控制逻辑，交流充电桩的电源要求为，输入电压：

单相AC220V±10%，输出频率50Hz±2%，输出为AC220V/7kw。

直流充电桩：

直流充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，可以为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。

直流充电桩的输入电压采用三相四线AC380V±15%，频率50Hz,输出为可调直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。

由于直流充电桩采用三相四线制供电，可以提供足够的功率，输出的电压和电流调整范围大，可以实现快充的要求。

直流充电桩与交流充电桩的计量和通信及扩展计费功能类似，其工作原理：

三相380V交流电源经过整流滤波变成直流输入电压，供给IGBT桥。

单片机通过驱动电路使功率开关IGBT工作把直流输入电压转换成脉宽调制的交流电压，然后由高频变压器变压隔离，最后通过输出整流滤波得到直流，进而对铅酸蓄电池充电。

同时通过可控的电流电压反馈回路改变充电电流和充电电压，通过检测电池的端电压，充电电流以提供单片机进行决策。

放电电路在充电电压较高时工作，以提高电池的接受能力。

辅助电路提供器件工作电源，而保护电路（过流，过压、过温）可以保证系统安全、可靠工作。

同时通过单片机来显示电量、时间等数据。

一体式（交直流）充电桩：

采用交直流一体的结构，既可实现直流充电，也可以交流充电。

白天充电业务多的时候，使用直流方式进行快速充电，当夜间充电站用户少时可用交流充电进行慢充操作。

外形特点

1、人体工学设计，充分考虑中国人特点，安装后整机高度、屏幕高度、键盘高度、充电接头安放槽高度，适宜操作；

2、上出线口的形式，节省操作者一半的体力；

3、考虑人的使用习惯和耐用性，采用触摸和键盘互为备份的操控，触摸屏和键盘采用防雨、防尘的设计；

4、具备紧急停机的急停开关；具备充电接头安放槽，安放槽可防水；5米长的软电缆。

功能特点

1、提供人机交互操作；提供直流、交流充电接口；

2、具备语音提示功能；具备刷卡功能；

3、具备打印凭条的功能；

4、和BMS实时通信，获取动力电池类型、单体电压、剩余容量、温度、告警等信息；

5、向充电机发生控制指令、开关信号，控制充电机启动与停止，获取充电机状态信息；

6、具备充电接口的连接状态判断、联锁、控制导引等完善的安全保护控制逻辑；

7、具备CAN2.0B、RS485通讯接口，可以和集中监控通信，上送充电状态信息；

8、具备漏电、短路、过压、欠压、过流等保护功能，确保充电桩安全可靠运行；防护等级IP54

充电方法及原理

电动汽车蓄电池放电后，用直流电按与放电电流相反的方向通过蓄电池，使它恢复工作能力，这个过程称为蓄电池充电。

蓄电池充电时，电池正极与电源正极相联，电池负极与电源负极相联，充电电源电压必须高于电池的总电动势。

充电方式有恒电流充电和恒电压充电两种。

常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。

其中最著名的就是“安培小时规则”：

充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。

实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。

这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。

恒流充电法

恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。

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阶段充电法

此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法

①二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。

一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。

②三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。

当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。

恒压充电法

充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。

与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。

用恒定电压快速充电，由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。

这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。

但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。

鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。

例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。

快速充电法

①脉冲式充电法，这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高电动汽车蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。

脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。

充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使极化现象得到消除，使蓄电池可以吸收更多的电量。

间歇脉冲充电，提高了蓄电池的充电电流接受率。

②2REFLEXTM快速充电法，这种技术是美国的一项专利技术，它主要面对的充电对象是镍镉电池。

由于它采用了新型的充电方法，解决了镍镉电池的记忆效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时间。

③变电流间歇充电法，这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上。

其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。

④变电压间歇充电法，在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法。

与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。

在每个恒电压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。

⑤变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法，合脉冲充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点，变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。

脉冲充电法充电电路的控制一般有两种：

1）脉冲电流的幅值可变，而PWM（驱动充放电开关管）信号的频率是固定的；

2）脉冲电流幅值固定不变，PWM信号的频率可调。

脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。

计费系统

建设相应的电动汽车充电计费系统，引入集中式的信息管理平台，是开展电动汽车充放电站建设工作的重要组成部分。

计费系统，系统的实现由三部分组成，下面分别进行介绍：

1、建设充电计费系统管理平台，对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，例如电动汽车信息、购电用户信息、资产信息等。

2、建设充电计费系统运营平台，用于对电动汽车的充放电及购电用户的充值进行运营管理。

3、建设充电计费系统查询平台，用于对管理平台及运营平台产生的相关数据进行综合查询

充电站系统性比较强，涉及变配电、充电、换电及计量监控网络等多

三、充换电设施建设模式及案例分析

由于电动汽车消耗的是电能，电动汽车用户通过在充电站/充电桩直接为汽车充电，即时消费电力产品并通过现场付费的模式支付费用，完成交易。

充电设施实际上是一种配用电设施，长期最大的受益者是电力公司，因此，目前主导充电站建设的主要是国网公司、南方电网公司。

如果电动汽车普及，充电站将会是这条产业链中的重要一环。

与传统汽车的加油站被石油巨头垄断相比，充电站给更多的企业提供了涉足机会。

目前建充电站尚无利可图，不过国家电网、中石化、中海油、南方电网、中石油等大型央企纷纷发挥自身优势，在全国范围内开始为充电站竞相“圈地”。

这场渐趋白热化的竞争，却面对一个尴尬的现实：

目前我国尚无出台电动汽车和充电站相关标准和政策。

据国家电网公司和南方电网公司内部人士透露，两大电网已经低调将电动汽车充电站作为战略重点。

2009年8月份，国家电网上海公司投资建设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。

这个项目历时3年，总投资508万元。

与此同时，南方电网方面也在积极突进。

2009年12月底，国内最大电动汽车充电站在深圳启用。

由南方电网投资建设的首批两座电动汽车充电站和134个充电桩在深圳正式投入使用，其充电容量总计达2480千伏安。

此外，位于福田交通综合枢纽换乘中心南出入口的电动汽车充电站也在紧锣密鼓地规划当中。

按照规划，深圳将共建各类新能源汽车充电站（桩）12750个。

此外，福田交通综合枢纽处的电动汽车充电站也在筹划中。

从试点情况看，电动汽车能源消耗价格确实较低。

在深圳试点，以比亚迪E6纯电动汽车为例，快充2个小时可充电57度，可行驶300公里。

按照目前普通商业电价计算，峰期每度电1.0064元，行驶300公里只需57.3648元；若利用谷期进行充电的话，单价只有0.2495元，充满一次花费更少，仅需14.2215元。

而传统的燃油汽车，以每升汽油（深国Ⅲ）6.54元、每100公里油耗8升计算，行驶300公里就需要156.96元。

约相当于峰期充电费用的3倍，谷期充电费用的11倍。

两大电网公司要在电动汽车条件未成熟时就要大规模全国布局充电站，主要是瞄准了未来电动汽车的大发展，而建设充电站的投资并不大，比建设智能电网的变电站投入要低很多，先期大规模投入难度很小。

由于国企占有电力资源、土地资源等，民企进入新能源汽车领域，只能是作为国企的供货商，因此，充电站、充电桩的市场门槛与我们现有的电力产品一样，要进入电网公司或与政府项目、房地产项目合作。

四、产业市场发展动态

到2013年底北京地区目前已建成电动汽车充换电站65座，服务网络覆盖了北京市所有区县，充电桩共计1274台，能够满足3500余辆电动汽车的充换电需求。

北京市共建成运营8座出租车充电站，分别分布在延庆、密云、平谷、房山、大兴、昌平、怀柔、通州8个远郊区县，可同时为950辆电动出租车提供充电服务，预计每年可累计实现二氧化碳终端减排11400吨。

目前，国家电网公司已经发文，明确支持在上海、北京、天津等大城市加快电动汽车充电站建设。

在几大城市的首批充电站建成后，将成为‘示范运行’的纯电动汽车补充电力的基站。

许继等企业依托国网公司也大举进入电动汽车充电站的建设，成为国内较大的产品供应商、系统集成商和充电站EPC企业。

目前深圳市有比亚迪和奥特迅两家充电柜（桩）制造厂商。

比亚迪充电桩主要为电动小轿车服务，奥特迅充电柜主要为电动公交车服务。

充电柜主要使用380伏的交流电，可满足电动汽车快充需要；奥特迅已参与深圳充电站建设，从产品的开发设计、生产到投入使用，奥特迅与深圳供电局、比亚迪、华侨城、华强钢结构等在2009年年底完成了大运中心、和谐两个电动汽车充电站以及134个充电桩的施工建设。

到2011年，中国电动汽车充换电智能服务网络建设进入快速发展时期，成为建成运行充换电站及充电桩数量最多的国家。

截至2011年底，中国已建成投运243座充换电站、13283台交流充电桩。

　　截至2012年底，国家电网建成电动汽车充电桩14703个，充换电站353座，其中充电站162座、换电站191座，建成智能充换电服务网络浙江示范工程、苏沪杭城际互联首期工程。

截至2013年，国家电网公司已累计建成400座充换电站、1.9万个充电桩。

2014年与2015年两年再建1000换电站、8万个充电桩，今明两年全国充电桩建设的投资额将超600亿元。

未来5年新建电动汽车充换电站2950多座和充电桩54万个。

国家电网将在“十二五”期间建设充换电站2351座，充电桩22万个，初步建成覆盖公司经营区域的智能充换电服务网络，以更好地服务电动汽车发展，为我国电动汽车产业和低碳经济发展做出贡献。

虽然前几年建设进度滞后，但不排除以后几年会迎来加速发展期。

　根据国网公司规划，在2016～2020年的第三阶段，国家电网计划建设电动汽车充换站达到10000座，同步全面开展充电桩配套建设，建成完整的电动汽车充电网络，建设电动汽车充放电设施，初步建成电动汽车充放电网络。

现在充电站建设，从运营模式与功能定位上已经有了很大变化，从原来单一充电功能的充电站朝“智能充换电服务网络”方向发展，技术上突出了智能化、系统化、标准化，功能上突出了服务功能，整合了电动汽车、储能电池、电力能源、物流配送等产业链，从而提高了准入门槛。

国家电网公司、南方电网公司、中石化、中石油等国企享尽天时地利，大势跑马圈地，尽管目前还看不到效益，但未来发展方向明确，谁都不会坐失良机。

2014-3-31