新能源電動汽車換電站發展與應用研究

扈蓬洋 仲玉洲 劉國強

【摘要】在我國進入21世紀迅猛發展的新時期，隨著社會經濟發展我國對不可再生能源的消耗量快速增加，尋找合適的可再生能源成為目前我國發展的重點。目前汽車行駛過程中的動力主要由石油提供，造成大量尾氣被排放到空氣中，這也是現如今我國頻繁爆發霧霾天氣的原因之一。解決環境與能源矛盾的方法就是發展情節可再生能源，而電動汽車這種利用電能給自身提供動力的交通工具逐步進入到人們視野中。但發電過程依然需要利用不可再生能源-煤炭，電量需求量變大，依然會造成嚴重的環境污染，開發利用可再生清潔能源成為眼下急需解決的現實問題。

【關鍵詞】電動汽車充電站;發展趨勢

引言

伴隨環境問題的日益惡化，傳統不可再生能源的消耗量不斷增加，探求一條可持續發展的道路逐漸成為各國發展的共識。而目前汽車主要以消耗石油來提供動力，汽車尾氣產生大量有害污染物排到大氣，是造成霧霾多發的一個重要原因之一。發展清潔可再生能源可以解決環境和能源問題之間的矛盾，電動汽車是未來一種發展前景廣闊的交通工具，其利用電能產生動力勢能，基本上為零污染。但是電動汽車單純利用現有電網的電能充電，而發電還是通過不可再生能源煤、石油等化石燃料的燃燒，將加重環境和能源問題，因此開發可再生能源、清潔能源的充電站為電動汽車提供電能迫在眉睫。

1新能源汽車能源供應方式

電池的續航問題是目前新能源汽車產業發展最大的困境，這也是嚴重影響新能源汽車商業化的主要原因。現在市場上，新能源汽車的能源供應方式有更換電池和充電兩種模式，充電方式就是在指定的充電站或者充電樁進行充電，電池的保養維修由車主承擔。這種方式比較簡便，然而個人所承擔的成本相對有點高，和內燃機汽車比較優勢不明顯。換電模式就是更換電池模式，即用戶從換電站獲取電池同時享受換電站的專業服務和技術支持，電池多是換電站轉租的，換下來的電池由廠家收集并負責后期維護，換電模式直接更換電池的方式更接近于傳統的內燃機加油方式，效率高且購車成本低，車主還不用考慮電池的折舊和損壞，是比較適合現在國情和行業特點的模式。

2新能源電動汽車充電站現狀

2.1運行模式現狀

電動汽車動力來源于儲能電池，可以將其充電過程看作隨機性的負荷、放電過程則為一個可以移動的電源，也就是常說的V2G模式。電動汽車充電過程，本身受到控制策略及動力電池特性的影響，這個過程中電動汽車就是一個大電流、低電壓的負荷。實際中電動汽車充電模式有三種：慢充、快充及快換方式。慢充方式主要應用于續航能力大的電動汽車，這種充電模式通常會利用夜間停運時間進行，不會耽誤電動汽車的正常應運;快充方式針對那些續航能力中等的電動汽車，但快速充電電流沖擊較大，通常只用于標準充電站;快換方式則是針對標準化設計的電池組，但這種模式在自動充電站不適合使用，只能應用于有人職守的充電站。

2.2電池更換

此種充電方式應用的特點可以涵蓋上述兩種方式，既可以應用于高速公路、省級公路，又可以應用于城市主干道和居民區。因為此種方式不用馬上充電，因此車主在換電服務消耗的時間可能只需要5分鐘。同時，換下的電池可以集中安排充電，充電電流一般維持在30A上下。也正因為如此，電動汽車換下的電池可以在低谷時段進行充電，在提高安全性和可靠性的前提下，又可以確保第二天的換電服務正常展開。此種方案的成本大約是正常換電站的1.6倍，并且維修和管理費用也比較合適。

2.3充電站

目前，因為現有的電動汽車充電站較少，充電困難成為阻礙電動汽車發展的主要因素之一。電動汽車充電站在電網中的規劃選址，需要考慮很多因素。不僅要考慮到電網結構、負荷率還需要考慮便利性、附近交通環境和周邊自然環境等復雜的因素，是一個多目標、多因素優化問題。需要對影響充電站設施規劃建設的關鍵因素進行識別，以降低充電站設施規劃布點建設的風險，提高投資效益。建設電動汽車充電設施需要綜合考慮政策環境、經濟環境、社會環境和技術環境制定一套綜合的方案。新能源電動汽車充電站作為城市公共設施，設計時還要就起安全可靠性、充電站的多元功能性、充電站的人性化、充電站與環境協調性、充電站的智能系統性。

3新能源電動汽車換電站發展和運用優勢

相較傳統的充電模式，換電模式有諸多優勢。（1）延長電池壽命，梯次利用電池儲能，由于目前大部分新能源汽車的動力電池是固定在車底盤，不能運用換電技術，只能用充電樁充電，即使當前出現超級充電可以縮短充電時間，但由于短時間內通過電池電流和電壓過大，導致動力電池的還原能力降低，電池充放電的循環次數減少，加速了電池容量的衰減，進而縮短了動力電池的使用壽命，而短時間大功率充電又造成基建要求高。而換電站可根據實際地點車輛數量儲備多塊電池，使用慢充對電池充電，并進行電池平衡電壓，延長了電池使用壽命，車輛到換電站快速更換電池即可。（2）快速更換電池，節省時間，大幅度提高效率，目前新能源汽車的電池以充電為主，通過充電樁為車輛充電，即使是大功率的直流電快充，一般充滿時間也在0.5～2h，而換電時間一般在1～3min，換電最慢是快充所需時間的1/10左右，差不多與車輛加油時間相同或更快，極大地縮短了純電動汽車的充電時間，大幅度提高了新能源汽車的使用效率。（3）解決續航里程問題，截至2019年年底，車樁比為3.4：1，充電樁仍然存在巨大缺口，特別是高速公路服務區的充電樁數量較少，充電速度慢，設備故障率高，無法滿足新能源汽車長途行駛的需要，而換電站的快速建設可以彌補充電樁的缺口，換電時間短，與加油時間相當或更短，此外，由專業的運營公司自主建設換電站，有專業的團隊負責運營和后期維護，能夠保證換電站長期穩定使用，目前換電技術是解決續航里程問題的最理想方案。

結語

新能源電動汽車充電樁建設行業市場前景良好，有必要做好相關研究工作，因此本文中筆者分析目前電動汽車電池儲能能力，介紹運營模式及充電站類型，最后對未來發展進行展望。希望通過本文的研究可以給同行提供一定的借鑒，促進電動汽車充電站建設水平提高。

參考文獻

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