国内外电动汽车充电设施发展状况研究

国内外电动汽车充电设施发展状况研究

时间:2011-01-14 来源:华中电力科学研究院作者:鲁莽,周小兵,张维介绍了国内外电动汽车充电设施的发展状况，对未来我国电动汽车充电的商业模式及发展前景进行了初步研究，提出积极推动电动汽车充电设施建设应是电网企业义不容辞的责任。

电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，按照目前技术的发展方向或者车辆驱动原理，可划分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车三种类型。近年来，我国电动汽车行业取得了快速发展，攻克了一系列关键技术难题，在部分领域已实现了与日美欧等国同步发展。目前我国发展电动汽车已具有消费市场规模大、制造成本低、技术取得局部突破、资源保障能力强的四大优势。在技术突破和政策扶持的双重刺激下，我国电动汽车已处于市场引爆的临界点，预计未来两年电动汽车的市场规模和生产规模将迅速扩大，电动汽车将进入快速成长期。电动汽车充电设施是电动汽车产业链的重要组成部分，在电动汽车产业发展的同时还应该充分考虑充电设施的发展。

1 电动汽车充电的基本方式

目前常用的电动汽车充电方式有慢充、快充和快换三种：

(1) 慢充方式。慢充一般以较小交流电流进行充电，充电时间通常为6～10 h，慢充方式一般利用晚间进行充电，充电时可以采用晚间低谷电价，有利于降低充电成本，但是难以满足使用者紧急或者长距离行驶需求。慢充一般采用单相220V/16A 交流电源，通过车载充电器对电动汽车进行充电，车载充电器可采用国标三口插座，基本不存在接口标准的问题。电动汽车慢充一般通过充电桩进行。

(2) 快充方式。快充又称应急充电，以较大直流电流在20 min 至1 h 内，为电动汽车提供短时充电服务，快充方式可以解决续航里程不足时电能补给问题，但是对电池寿命有影响，因电流较大，对技术、安全性要求也较高。快充的特点是高电压、大电流，充电时间短（约1 h）。目前，这种充电方式的充电插口的针脚定义、电压、电流值、控制协议等均没有国家标准，也没有国际标准，已投入使用的充电机和电动车电池充电插口均由各生产厂家自定，世界各国都在积极争夺标准的制订权，各大电动汽车厂家也纷纷抢先投放产品，抢占市场、提高占有率，试图使多数充电站不得不采用其充电设备，从而成为事实标准。快充方式主要在充电站中进行。

(3) 快换方式。快换则是通过直接更换车载电池的方式补充电能，换电时间与燃油汽车加油时间相近，大约需要5～10 min。快换方式最为便捷，但是需要

电动汽车和车载电池实现标准化，而且快换过程中需要专业人员进行操作。快换可以在充电站也可在专用电池更换站完成。这种方式的优点是电动车电池不需现场充电，更换电池时间较短，但要求电池的外形、容量等参数完全统一，同时，还要求电动汽车的构造设计能满足更换电池的方便性、快捷性。

根据电动汽车充电方式的不同，电动汽车充电设施可以分为充电桩、充电站、换电站三种类型。

充电桩对具有车载充电机的电动乘用车辆提供交流充电电源，具有占地面积较小，布点灵活的特点。充电站由多台充电机、充电桩组成，占地面积较大，采取快充、慢充和换电池等多种方式为电动汽车提供电能，并能够对充电机、动力电池、电池更换设备进行状态监控。换电站为用户提供更换电池和电池维护服务。电池更换站的主要设备是电池拆卸、安装设备，换电站具有操作专业性强、更换电池时间短、占用场地面积比充电站小等特点。

2 国外电动汽车充电设施发展状况

目前，美国、日本、以色列、法国、英国等国家都已开始建设各自的电动汽车充电设施，主要以充电桩为主。

(1) 美国

美国国土辽阔，且各州独立性较强，在电动汽车及其充电设施设想上各州有所不同，加利福尼亚州、弗吉尼亚州等地都开展了充电设施的建设。其中加州的建设力度最大，由“美好空间项目”公司与加州北部的旧金山、奥克兰和圣何塞等城市的政府联手建设，将于2012 年在上述城市的所有居民区、商厦、停车场和政府大楼安装充电桩，以方便电动汽车驾驶者随时为汽车充电。该公司还将在上述地区兴建电池更换站，以方便长途驾车者随时更换电池，项目计划总投资达10 亿美元。此外，美国第一太阳能公司（SolarCity）在加州101 高速公路上建造了5 个充电站。每个充电站能够提供240 V、70 A快速充电服务，能够在3.5 h 内为特斯拉纯电动汽车充满电。

(2) 日本

截至2009 年，日本拥有100 多座充电站，其中60 %集中在东京地区。日本政府表示，为普及电动汽车，将在三年内建造千余座充电站。日本东京电力公司将带头参与有关的基础建设，2010 年东京将率先建成200 多座充电站，预计三年后将增加到1000 座以上，在东京充电桩更为普及，楼宇路旁随处可见。邻近东京的神奈川县计划5 年内至少让3000 辆电动汽车上路行驶，该县已经承诺提供150 座快速充电站。日本中央政府对这项技术表示支持，将选择城市试点开展电动汽车充电项目。该项目将会涉及在付费停车场、超市以及餐饮连锁店安装电源插座，以供驾驶员们免费使用。

(3) 英国

在英国，伦敦市区已经有60 个免费汽车充电桩，开电力驱动车的人可以非常方便地在住宅附近、办公楼旁边或者繁华街道上找到充电桩，享受不计次充电和停车的服务，一年只需交75 英镑的管理费。

(4) 法国

在法国，电力企业在城市建设了很多的充电站供电动汽车使用，同时电动汽车也可以在家中充电。截至2008 年，全法国有1 万多辆各类电动汽车，200 座公共充电站，电动汽车示范应用集中在市政、邮政、公交、电力、环卫等公用事业部门。

(5) 以色列

2008 年1 月21 日，雷诺－日产汽车公司携手美国Project Better Place 公司与以色列政府签署谅解备忘录，决定在未来三年内开展合作，共同推动纯电动汽车的市场应用。根据合作协议，以色列政府将负责制定针对消费者的税收优惠政策，雷诺汽车公司将负责电动汽车的供应，而Project Better Place公司则负责建设以色列全国范围内的充电站基础设施。Project Better Place 公司计划在未来三年内建设大规模的电池充电设施网络；同时，电动汽车还将配备可以实时显示电池剩余电量和充电站位置的车载电脑系统。公司计划推广一种商业模式，该模式将汽车和电池区分开来即顾客不拥有电池，只租赁电池。公司将在

全国范围内覆盖式地建立一个充电网络和一大批交换服务站，让顾客可以很方便的快速充电，或者在交换服务站更换电池。

以色列的充电站基础设施模式可以概括为“政府特许、公司运作、电池归公司所有、租换便捷”。

3 国内电动汽车充电设施发展状况

3.1 发展历程

截至目前，我国电动汽车充电站大多局限于电动公交汽车或内部集团用车，还没有建成真正面向不同用户的充电站服务网络。目前已经建成或在建的比较有代表性的充电站有如下内容。

2006 年，比亚迪在深圳总部建成深圳首个电动汽车充电站。

2008 年，北京市奥运会期间建设了国内第一个集中式充电站，可满足50 辆纯电动大巴车的动力电池充电需求。

2009 年10 月，上海市电力公司投资建成上海漕溪电动汽车充电站，是国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站。

2009 年底，北京首科集团在健翔桥建设完成了国内第一个包含完整智能微网的北京纯电动乘用车示范充电站。

2009 年12 月31 日，南方电网投产的首批电动汽车充电站（桩）在深圳建成投运，建设规模为2个充电站、134 个充电桩。

2010 年3 月31 日，国家电网公司唐山南湖充电站建成投运，是我国首座国家电网典型设计充电站，可同时为10 台电动汽车按快充和慢充两种方式进行充电作业。

3.2 发展规划

充电设施发展规划方面，从2010 年开始全国电动车基础设施建设规划开始出现了超快速发展，国家电网、南方电网、中石油、中石化、中海油等大型国企集团都纷纷发布电动汽车充电设施建设规划或建设意向。

2010 年1 月27 日，国家电网公司发布的社会责任报告披露，将于2010 年年底前在27 个地区建设75 座电动汽车充电站和6 029 个充电桩试点。

南方电网公司则将深圳列为首批新能源试点城市。按照深圳市的规划,到2012 年,深圳将建设各类新能源汽车充电站12 750 个,其中公交快、慢速充电站各25 个,公务车充电桩2 500 个,社会公共慢速充电桩1 万个,社会公共快速充电站200 个。

石油石化行业也不甘落后，纷纷加入充电站建设领域。中海油与中国普天的合资公司———普天海油新能源动力有限公司则与众泰汽车签订了战备合作协议，计划2010 年初在两个以上省会城市启动建设纯电动汽车充电站网络。中石化集团与北京市政府共同推进纯电动汽车充电站基础设施建设工作，将主要利用中石化现在面积较大的加油、加气站改建成加油充电综合服务站。中石化的这种加油充电综合服务站将首先扩展到北京全市范围，进而扩展到河北、天津，甚至更大的范围内。

4 电动汽车充电的商业模式比较与发展前景分析

目前国内外电动汽车充电设施的建设、运营主要有三种商业模式：一是公用充电站模式，二是停车场（或路边）充电桩模式，三是电池更换站模式。

4.1 公用充电站模式

主要特征：公用充电站类似于加油站，通常建在城市道路或高速公路两旁。充电站由多台充电设施组成，可以采取快充、慢充和换电池等多种方式为各种电动汽车提供电能。规模较小的充电站一般可供10 辆汽车同时充电，规模较大的充电站可供40 辆汽车同时充电。

优点：充电站可以为社会汽车提供多种服务，既可以快充，也可以慢充，有些充电站还可以提供换电池服务；充电速度快，采用快充方式一般可在几十分钟内将电池基本充满；充电站由于具有公用性质，设备利用率高于停车场的充电桩。

缺点：充电站占地面积大，规模较大的充电站占地超过一般加油站，甚至可与停车场相比；由于需要配备多种充电设备，建设难度较大，一次性投入多，国网公司新建充电站投资平均在300 万元左右。

主要障碍：由于占地面积大，在城市土地日益紧缺的情况下，充电站在大城市布点数量受限，网点密度低；充电站最大的优势在于快充，但目前快充技术还有待完善，以期进一步缩短充电时间，减小对电池寿命的损害。

发展前景：充电站建设在技术上不存在问题，设备投资成本也不高，但其占用过多的土地资源，征地成本不可低估。从短期看，在其他充电设施建设刚刚起步、完备的充电网络还没有形成的情况下，迅速建设一批公用充电站是必要的，可以产生良好的示范效应和广告效应，推动电动汽车的尽快普及。但是从长期看，公用充电站不可能成为电动汽车充电的终极解决方案，也不应作为主要的充电方式。公用充电站应该定位于主要满足各种社会车辆的应急充电需求，以提供快充服务为主，这样可以有效减少充电站的占地面积，提高设备利用率。

4.2 停车场（或路边）充电桩模式

主要特征：充电桩通常建在公用停车场、住宅小区停车场、商场停车场内，或建在公路边，也可以建在私人车库中。充电桩具有功率较小、布点灵活的特点，以慢充方式为主，具备人机操作界面和自助功能。

优点：充电桩建在停车场或路边，占地面积小，建在车库和住宅小区内的充电桩完全不占公共用地；建设难度小，一次性投资少，单个充电桩的建设成本在2～3 万元。

缺点：充电速度慢，充电桩采用慢充方式，充电时间要5～10 h；由于充电时间长，且部分充电桩具有专用性质，充电桩的设备利用率要低于充电站；不能满足应急、长距离行驶的充电需求。

主要障碍：虽然建设单个充电桩很容易，但充电桩要形成网络才能满足电动汽车普及的需要，完善整个充电网络需要较长时间。

发展前景：在国外，居家充电是使用频率最高的电动汽车充电方式。在家门之外，才需依靠公用充电设施。目前从以色列特拉维夫和日本东京地区的使用经验来看，停车场和社区的充电桩使用频率更高，而充电站并未成为大多数电动车使用者的优先选择。从使用便利性和节约资源角度考虑，汽车大部分时间都处在停车状态，建在停车场和路边的充电桩基本可以满足电动汽车常规充电的需要；并且以数量庞大的充电桩替代充电站，还可以节约宝贵的土地资源。因此，长期来看，在我国占据主导地位的常规充电方式应为慢充，停车场和路边的充电桩将成为占主导地位的充电设施。在所有能够停车的地方建上充电桩，每增加一台电动汽车即新建一个充电桩，充电桩数量将与电动汽车数量相当。

4.3 电池更换站模式

主要特征：用户从电池租赁公司租用电池，更换站为用户提供更换电池和电池维护等服务，电池在充电中心集中充电。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。

优点：对电池更换门店要求很低，只需要2～3个停车位，占地面积较充电站小；电池更换站的主要设备是电池拆卸及安装设备，电气设备少，建设难度小，一次性投资也比充电站要少；更换电池速度快，更换电池的时间一般为5～10 min，未来随着技术的进步，更换电池需时将少于快充；更换电池模式对网络门店要求低，易于在城市大面积布点。

缺点：须建设专业的电池配送体系。

主要障碍：要求国家建立统一的电池标准，电动汽车安装的动力电池必须可拆卸、可更换，对汽车工业标准化体系要求非常高。我国目前电动汽车标准体系还很不健全，各汽车生产厂家和电池生产厂家基本上各自为战，电池规格差别很大；更换电池模式涉及电池租赁、充电、配送、计量、更换等多个环节，由多家企业分工完成，运作复杂。

发展前景：从商业运营的角度看，换电池模式属于能源新物流模式。换电池模式有利于电池生产企业的规模化、标准化生产，有利于能源供给企业的规模化采购与集约化管理，将显著降低总运营成本。能源供给企业作为一个相对独立的中间运营商，有利于政府施行更具针对性的扶持和优惠政策，如电价政策、购买电池补贴政策等，易于建立清晰的财务盈利模式，比单纯提供充电服务可获得更高的投资回报，具有更广阔的发展空间。除此以外，这种模式对电网安全、经济运行也十分有利，集中充电便于统一调度、管理和监控，能够最大程度地发挥削峰填谷作用，提高电力系统负荷率，最大限度减少谐波污染等对电网的不利影响，有利于电网的安全稳定运行和电力资源的优化利用。

电池更换站模式理论上是一种较为理想的商业模式，国内有个别城市已开展了试点运营，但在短期内大规模推广这种模式存在一些困难，主要体现在以下三方面：一是管理方面，我国处于电动汽车产业发展初期，电池技术尚未成熟，各种电池的性能、质量差距很大，统一电池标准难度非常大，这不仅仅是电池标准化的问题，还涉及到电动汽车的标准化，是一个庞大的系统工程，涉及汽车厂、电池制造商、更换站经营者等各方面的利益。二是技术方面，为了保证电池可更换，所有电池须具有良好的一致性。不仅要统一电池接口标准，还要统一电池的尺寸、规格、容量、性能等，在目前国内电池生产厂家各自为战的情形下，统一所有电池厂家生产电池的一致性问题，在短期内很难实现。三是电池流通方面，电池更换过程中会存在电池新旧程度、残留能量的差异，将带来电池更换时如何计量、计费的难题。

总之，电池更换站模式要成为一种成熟的商业模式，还有很长的路要走。只有在我国电动汽车工业发展到较为成熟的阶段，才可能成为充电产业主流的商业模式。

4.4 综合分析

(1) 以上三种模式不是非此即彼、互相排斥的关系，而是既互相竞争又互为补充的关系。未来应由充电站、充电桩和更换站共同组成一个完整的充电网络体系，为电动汽车用户提供便捷、高效的服务。

(2) 短期看，在电动汽车发展的初级阶段，建设一批功能完备的充电站是十分必要的，可以产生良好的示范效应和广告效应，推动电动汽车的尽快普及。但是，如果电动汽车大规模普及，仅靠充电站是无法解决充电问题的，还会耗用过多的土地资源。公用充电站应定位于主要满足各种社会车辆的应急充电需求，以提供快充服务为主。

(3) 从使用便利性和节约资源角度考虑，未来在我国占据主导地位的常规充电方式应为慢充，停车场和路边的充电桩将成为占主导地位的充电设施。随着电动汽车数量迅速增长，应形成以“充电桩为主、充电站为辅”的充电网络，充电桩用于常规慢充，充电站满足应急快充的需求。因此，我国目前应加强对充电桩规划、建设、运营等有关问题的研究，加快充电桩的布点和建设。

(4) 从商业运营的角度来看，电池更换站模式属于能源新物流模式，有利于电池生产企业的规模化、标准化生产，有利于能源供给企业的规模化采购与集约化管理，理论上是一种比较理想的商业模式。但是这种模式目前存在管理、技术和商业上的困难，短期内难以大规模推广。当我国电动汽车工业发展到较为成熟的阶段，电池更换站模式将可能成为更成熟、更高效的商业模式，而近期可在个别具备条件的城市开展电池更换站模式的试点。

5 积极推动充电设施建设是电网企业义不容辞的责任

5.1 积极推动电动汽车充电设施建设是电网企业义不容辞的社会责任

实现电动汽车的产业化是我国维护国家能源安全、实现节能减排、振兴汽车工业的战略选择。建设电动汽车充电网络是实现产业化的前提，电动汽车作为我国具有战略性的新兴产业和未来的支柱产业,即将进入快速成长期。目前电动汽车充电设施建设的相对滞后已经成为制约电动汽车发展的瓶颈，加快充电配套设施建设刻不容缓。在电动汽车普及的初期，建设充电设施的短期经济效益并不明显，一般社会资金大多不愿意投资建设充电设施。电网企业作为国有特大型能源企业，有义务承担起自己的社会责任，积极推动各类充电设施建设，支持、促进新兴产业的发展，为我国实现经济增长方式的转变做出应有的贡献。

5.2 电网企业在充电设施建设领域具有明显优势

与其他充电设施潜在的投资者相比，电网企业在充电站建设的技术领域更具有优势，充电站应该采用多大的变压器、电压等级多少、如何与配电网协调优化等，电网企业最为了解，做起来轻车熟路。实际上由于所有的充电设施都必须依托现有供电网络来建设，因此电网企业来完成城市充电站、停车场和路边充电桩的建设规划是最合适的。

5.3 电动汽车产业化也为加快电网发展提供了历史机遇

电动汽车产业化也为电力行业和电网企业的发展带来了良好机遇。首先，电动汽车的普及可以改变我国的能源消费结构，显著提高电能在能源消费中的比重，有利于提高售电量，拓展用电市场。其次，电网企业大规模建设电动汽车充电设施，探索创新业务模式，可以拓展电网公司的服务领域，有利于电网公司向下游产业延伸。再次，随着电动汽车蓄电池技术的发展，电动汽车未来将成为移动的储能设备，因此，建设电动汽车充电设施对于电网公司推动坚强智能电网建设也有着积极的意义。

总之，积极推动电动汽车充电设施建设不仅有利于国家经济发展，也有利于电网发展，因此电网公司应该积极承担起自己的社会责任，继续加快推进电动汽车充电设施建设。