新能車汽車充電設施優化布局

郭麗娟

摘 要：近年來，隨著新能源的廣泛應用，新型電動汽車正逐步在部分城市進行示范應用，加強相應的智能電網充換電服務網絡也是電動汽車應用前不可回避的任務。電動汽車具有節能減排的優勢。作為電動汽車的主要運營商之一，制定科學合理的電動汽車充換電設施規劃是電網公司研究的重要內容。目前，根據國家新能源汽車監測平臺2019年的數據，37%的用戶需要行駛3公里以上進行充電，45%的公共充電站每月的車輛數量不足50輛。可見，車站使用效率不高，供需不匹配。本文對新能源汽車充電樁的空間布局優化進行了分析，以供參考。

關鍵詞：電動汽車 充換電設施 規劃方案

1 引言

需要更有效地應對能源和環境問題，刺激傳統汽車部門的轉型和現代化，確保國家新興產業戰略性發展，加強節能減排。加強電動汽車工業的推廣。隨著電汽車發展規模的逐步擴大，對電力供應和能耗的需求越來越大。為此，制定了以業務規劃、布局為核心的電動汽車充電器總體規劃建設理念，電力替代裝置的建造和運行模型。建設電動車更換電站已成為當務之急，加強電動車攻擊技術，優化全更換服務運行，促進與上下游企業項目的合作，促進建設的推進.智能充氣輸電網中國電動汽車的運行與發展。據中國充電協會介紹，中國在國家充電樁排行榜上名列前10位：江蘇、廣東、北京、上海、山東、浙江、安徽、河北、湖北、福建，國有充電樁共計3.924億根，比前10個省市增長73.9%，4家企業擁有10%以上的市場份額，占46.1%。總體來看，北京、上海、廣東等發達國家的公共充電樁市場占有率從2016年2月的43.5%降至2020年2月的36.1%，加快興建城市充電樁，顯示兩至三條線路的新能源正加速流向城市。

2 城市充電設施安裝評價指標體系概述

在評估在哪里建設充電樁時，評估對象是充電設施對電動汽車充電的便利性和建設的可行性，評價目標是為電動汽車用戶提供最優的充電模式，評價要素為經濟性、適應性和可靠性。評價指標法是對充電設施建設現場的各項評價指標進行判斷和評價，比較其優劣，分析研究與目標電動汽車用戶用電需求的匹配程度。評價結果分為單項評價和綜合評價結果，在進行綜合評價之前，需要對每一次單項評價的結果進行綜合統計。在這里，單項評價和綜合評價主要針對兩個結果捆綁在一起，對項目有參考價值。由于綜合指標包含的方面多、內容廣，評價結果比較模糊，不能直接反映評價充電設施安裝位置的單方面優劣。因此，在實際建設中，存在只對一個或幾個單項指標進行比較的情況，因此單項指標的評價結果也具有很大的實用價值。

指標選擇是構建充電設施評價體系的關鍵，為使充電設施選址評價指標盡可能全面、客觀、正確，指標選擇應客觀、準確、獨立、規范、可行，以客觀經濟社會發展規律為原則。由此引入了國家電網公司制定的《電動汽車充電樁技術條件》、《電動汽車充電站系統規范》等技術標準，為電動汽車的發展提供了便利，也為充電設施建設規劃指標的選擇提供了指導。

3 電動汽車充電站規劃的理論框架

充電站的工作計劃主要由三部分組成。（1）需求結束：電荷需求預測。在信息層面對大型電動汽車移動數據進行統計分析，確定電動汽車的行為特征，并根據馬爾可夫原理，利用游戲輪盤賭，模擬電路行中一定數量的電動汽車。（電動汽車每天的位置變化）乘以序列，沒有起點和終點的限制，預測充電需求的時空分布。（2）網絡方面：評估配電網的吞吐量。介紹了配電網的拓撲結構和參數，采用熵法計算了配電網容量估計指標，對現有的層次分析方法進行修改，計算各指標的主客位權重。結合模糊估計，可以得到配電電路容量的綜合估計。（3）充電站的規劃和建模。建立了一個數學模型，旨在最大限度地降低充電站建設和運行的總成本，考慮到需求限制和電網故障.首先，在需求情況下，根據第（1）款對充電需求的時空分布預測，通過計算配電網節點中未滿足和未滿足的充電需求，構建需求側約束。基于此位置（即連接到充電站的配電網節點）和輔助層（即SI{0、1、2、3、4}，具體物理值見第4.1節）在可選范圍內創建訪問充電站的可能方法。然后，如果電網發生故障，采用配電網連接方案，根據第2段的評價方法計算配電網容量的綜合評價。總分必須至少為60，這限制了配電網的能力。最后，通過將配電網的目標函數和容量與最小總建設運行成本相結合，建立遺傳算法的適應函數。充電站在配電網連接后，根據優化的最終方案在一段時間內進行計算。如果沒有過電壓，可以導出有效的解決方案（例如，10kV以下系統的電壓偏差應不超過7%），否則，可以重新編程。

4 城市公用充電站的建設規模

從目前國內各大城市公共充電設施的用電規模來看，城市公共充電站大多為40或20臺50kW交流一體化充電器，標準充電站不到40個，計算負載為2000千伏安。供配電系統設計為三個800千伏安箱式變壓器。標準充電站不到20個，計算負荷為1000千伏安，供配電系統設計為兩臺5000千伏安箱式變壓器。50多個標準充電站（如深圳蓮花山充電站，66個），2臺1600千伏安供配電系統變壓器，可安裝在專用配電室，監控系統和休息室專用房間。

5 充電設施布局現狀分析

2009年是中國電動汽車發展的第一年，當時國家電網公司提出“以換電為主，插電為輔，采用集中充電，目的是加強對售電的管控。2013年，國家電網調整思路，提出“引領快充，兼顧慢充，引導換電，經濟實用”，旨在全面引領公共領域普遍使用的快充設施，全面開放私域慢充設施。快充是大電流，如果要求電動汽車充滿電半小時，給同樣容量的電池充電，電網短期電壓波動會增大，會造成電壓質量下降，給電網帶來很大影響。為此，需要專門的變壓器來隔離對低壓國家電網的影響。中國電網需要做好電網擴容工作。這也是國家電網提出“領先快充”的原因。然而，與會者更關心電動汽車充電定價、土地規劃和設施建設投資，運營補貼、運營補貼等實際問題。

國家電網公司計劃向社會“全面開放”電動汽車充換電設施，這意味著國家電網在充換電領域的業務思路發生了“急轉彎”，國內電動汽車充電站發展的關鍵在于能否實現電的“分撥”制。從這個角度來看，國家電網華南公司退出對電動汽車充電站的投資是一件好事，這意味著國家電網只提供電力供應，充電站交給其他社會資本建設。

因此，可以預測，增加市場上的電動汽車數量需要很長時間。因此，城市充電站的網絡布局不宜過快，否則會因充電設備利用率低而出現運營損失。對于資金和資源有限的投資者來說，仍然需要把握市場機遇，找準投資切入點，提前樹立品牌意識，才能在未來的競爭中占據一席之地。

6 電動汽車的充電基礎設施建設影響研究

6.1 滿足用戶充電設施使用需求

對于電動汽車的兩個用戶來說，電力需求的特點是多樣性和流動性，用戶希望在不同的地點、不同的時間及時方便地進行充電。目前，電動汽車有很多種，在不同的情況下，用戶的收費方式也不同。充電設施的建設需要充分考慮用戶的需求，滿足用戶的需求。

在建設充電設施時，也要考慮用戶的總充電需求。總需求反映的是市場上電動汽車的保有量、每天行駛的電動汽車數量、日均行駛里程和耗電量，充電設施要根據需求合理安排和建設。

6.2 多周期充電

電動汽車目前的充電方式包括機械充電、快速充電和常規充電，充電時間從幾十分鐘到幾個小時不等。在充電過程中，用戶希望自己的車能夠隨時隨地充電，并且有足夠的設備為自己的車充電。定期充電時，充電需要很長時間，這意味著需要有足夠穩定充電時間和足夠的停車位。在機械充電過程中，電動車到達位置后，需要卸下電池，安排專人管理，配備專業換電設備。此外，更換后的電池組需要在低功耗時間充電，蓄電池充電需要足夠的存儲空間。

6.3 考慮環境和場所

在對電池進行充放電時，涉及到各種化學反應和物理反應，如抗溶解、電化學反應、電解液濃度差等。充電環境容易影響上述因素，如溫度和濕度，影響更為突出。在充電設施建設中，要充分考慮周邊環境條件，安裝專門的控制設施，做好電池運行環境和狀態的監測。

6.4 考慮電動汽車未來的發展趨勢

如今，電動車在人們的生活中隨處可見，最常見的是電動自行車和類似摩托車的電瓶車，所以市場上一般都是開小型充電樁的。只有國家、企業，尤其是公交集團需要充分利用大充電樁。電能作為一種環境能源，為人類社會的發展提供了巨大的幫助，充電樁的建設既要考慮人們目前的使用需求，也要考慮未來社會的電動汽車市場環境，從長遠考慮充電設施的布局和建設。

6.5 特殊因素

建設電動汽車充電設施時，必須綜合考慮，包括很多特殊因素。在市場上，目前的電動汽車大多是老式電瓶車。目標用戶為中老年人，中老年人對新電子設備的使用和接受能力較差。很多中老年人身體不好，充電設施建設一定要考慮特殊需求，比如安排特殊服務、講解如何充電、輔助充電等。

6.6 經濟因素

建設成本是影響收費設施建設的重要因素，應建立系統完善的充電網絡設施，考慮未來發展空間和用戶當前需求。在成本方面，要考慮投資回收期、運營成本和建設成本。滿足條件后，要盡量控制成本，降低成本，獲得更高的利潤。

7 新能源汽車的種類

7.1 混合動力汽車

混合動力汽車主要是指使用常規燃料，利用動力提高低速輸出的汽車。根據實際燃料種類，主要分為汽油混合動力汽車和柴油混合動力汽車。燃料電池電動汽車的主要燃料是氫氣或甲醇，在正常運行時，通過化學反應產生電流并最終驅動。氫和氧在動力汽車電池中必須發生化學反應，而不是燃燒。燃料電池電動汽車是無污染汽車，因為它們在化學反應過程中不會產生污染氣體。同時，燃料電池的轉換效率非常高，從環保的角度來看，燃料電池是目前最好的新能源汽車。

7.2 燃氣汽車

氣體成分比較簡單，純度高，能與空氣均勻混合，完全燃燒。廢氣幾乎不含一氧化碳和顆粒物，即使在相對較低的環境溫度下也不會顯著影響發動機性能。但是，汽油車也有一些局限性。相比之下，汽油車的承載能力和發動機效率相對較低。為有效解決這些問題，汽油車通常采用雙燃料系統，目前公交車以汽油車為主。

8 新能源汽車充電樁中絕緣材料的應用

8.1 絕緣片在新能源汽車充電樁中的應用

保溫板主要位于充填樁的散熱模塊中，隔熱片對快充樁或慢充樁的運行都有很好的效果。常規簡單的風扇散熱器和原有的導熱陶瓷芯片已不能滿足高效高發熱功率模塊的導熱要求，根據基本結構、連接位置、電線電纜、內部元器件等特點、充電樁、TIS系列導熱硅膠片可實現高效絕緣性能。TIS系列導熱絕緣片可以同時達到導熱和絕緣的效果，在使用中將絕緣硅膠片置于導熱材料中，實現高壓絕緣，熱阻低，導電性好，絕緣強度好，保證了絕緣性。裝載樁的高效運行。實現新能源汽車的智能化、輕量化、集成化使用。

8.2 阻燃耐候材料在新能源樁中的應用

結合新能源汽車的發展和充電樁的使用場所，室內外充電樁的防護等級應達到P32以上。尤其是在室外遇到惡劣天氣時，充電樁必須具備良好的分斷條件和絕緣性，防護等級必須達到IP54，以確保人身、充電設備和個人的安全。充電樁對材料的耐候性和抗沖擊性要求很高，為了保證充電樁的安全運行，配套設施需要更好的阻燃耐候材料。經過目前的測試項目和實驗，輕量化材料是未來新能源汽車的發展趨勢。例如，輕質導熱硅膠片可以減輕動力電池的負載。在提高動力電池能量密度的前提下，動力電池內含有數十片導熱硅膠片，可以增加新能源汽車的續航里程。此外，導熱硅膠片的輕密度提高了新能源汽車動力電池的性能，實現了可持續發展、節能減排的雙重目標。將塑料和復合材料相結合，可生產出具有卓越性能的輕質材料。例如，碳刷架絕緣子對應于碳刷架絕緣子的內脫板的沖壓形狀，具有與內脫板的形狀相匹配的開口。安裝孔導柱固定板和底板自上而下依次排列，沖孔周壁和內脫料板外周設有吹氣孔。吹氣孔可以提高模具的頂出和排屑能力，避免因頂出和排屑不良而引起的一系列問題。

9 充電樁選址空間布局優化分析

9.1 建立判斷矩陣

本研究將層次分析法（AHP）與選取的17個新增機動車靈敏度分析結果相結合，對城市管理、交通等領域的相關數據和文獻進行研究，并將指標與環保站負責人總結的量化評價和量化計算進行對比，確定評價矩陣的規模和定義。

9.2 評估參數的設置

根據駕駛員尋找充電站的愿望，在調研中，結合其余網絡數據，為駕駛員提供了一個理想的充電站，因此本文建立了一個500米的正方形空間網格。使用ArcGIS中的漁網功能將研究區域劃分為2150 x 500M的網格，將POI數據和影響因子中包含的一些線數據映射到網格，并映射到對應的網格。通過點密度分析、特征變換等，使數據類型一致，以識別索引中各種數據類型的值指定。將矢量數據對象從源數據轉換為包含評估信息的柵格數據，指標按級別分類，評級按級別分為五類，可以通過用彩色編碼數據表示空間中的不同索引來創建影響因素的分層圖。

9.3 地理信息系統的實施

GIS點陣基礎數據分別轉化為500mx500m網絡，這清楚地表明，城市中心的利益更加集中。尾場位于城市規劃的主要問題中，總量較小。將電網價值評估中的影響因素與設定的權重相結合，利用Arcgis進行組合計算，得出福州市新能源狀態選擇的適宜性分析。根據區域總價值，網絡分為五類。綜合評價較高的區域比價值較高的區域更適合建設新能源樁，說明該區域應該有更多的新能源樁。結合收到和分析的數據，福島縣首府現有充電站數量遠遠不足以滿足新車需求，新充電站布局是難以有效利用的中心趨勢。

10 結束語

總之，我國新能源汽車目前處于可持續發展階段，在實際發展過程中存在諸多問題。但是，要有效解決發展過程中出現的各種障礙，與政府的支持、技術人力的創新研究、經濟市場的發展有著千絲萬縷的聯系。為更好地發展自身經濟市場，保障新能源汽車的發展和發展，需要多角度加以完善和解決。

課題項目：河南省社科聯2012年度調研課題《河南建設新能源汽車充電基礎設施體系研究》課題編號：SKL-2021-2401。

參考文獻：

[1]葛堯，李鹍.基于核密度分析和空間句法的汽車充電樁布局規劃研究—.城市建筑，2019，16（34）：41-45.

[2]彭華.中國新能源汽車產業發展及空間布局研究[D].吉林大學，2019.

[3]李宏剛，潘景宜.鐵路綜合交通樞紐電動汽車充電樁系統設計[J].電力系統保護與控制，2019，47（19）：152-157.

[4]陳方煜，新能源汽車充電樁空間布局優化研究[J].福建電腦，2019，35（09）：19-24.

[5]戴雙飛.基于數字控制的電動汽車直流充電樁系統的設計與實現[D].理工大學，2017.