电动汽车 充换电技术 运营模式 调研报告

服务便捷性
建设及维护
建设成本高， 可实现对设施 设备集中管理 和维护 成本低（可充 分利用谷电充 电） 支持 运营车辆，市 政/公安/消防/ 急救车辆，其 他应急充电车 辆
充电成本
智能电网
目标用户
特点
支持 运营车辆（公 交、出租） ，市 私家车辆 政/公安/消防/ 集团车辆 急救等车辆， 其他应急充电 车辆 整车慢充主要适用于私家车，成 本较低，可用谷电；整车快充可 用于运营车辆，对电池、电网有 害
4、充换电方式对比
充电和换电各有其特色， 汽车使用者和充换电业务经营者可根据自身实际情 况选择。下面将充电技术归纳为慢速充电和快速充电方式，换电技术按业务方式 分为电池租赁和电池更换方式列表对比各方式涉及的关键要素，详见表 4-3。
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表 4-3 电动汽车充换电技术方式对比 方式 特点 业务载体 充电方式 慢速充电 快速充电 停车场/住宅区/ 其他公共场所 充、电桩 按充电量收费 按时间计费 IC 卡 6-10 小时 操作简单，对 电源无严格要 求 建设成本低， 设施设备集中 管理和维护难 度较大 成本较低（可 利用谷电充 电） 支持 专业充电站 换电方式 电池租赁方式 电池更换方式 充电站/电池租 赁站 按用电量收取 电费和电池折 旧费用 统一结算 电池更换 2 分 钟之内完成 专业充电，用 时短 电池交换站
2、电动汽车充电方式介绍
根据电动汽车动力电池组的技术和使用特性， 电动汽车的充电方式存在一定 的差别。充电方式的划分还没有统一的标准，首先，根据是否需要接线，可以分 为有线充电和无线充电，下面分别对其进行介绍。 （1）有线充电 有线充电一般按电流的特性和充电速度的快慢， 可分为交流慢充、 交流快充、 直流慢充、直流快充。 交流慢充。交流慢充就是直接使用电网电源通过充电机为电池充电，电 流一般 30A，最大不过 50A，电压一般 220V，充电过程不过度发热，不
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如图 4-1 所示为电动汽车充电站结构图，充电站主要由行车道、充电区、变 配电装置、充电装置、监控装置等组成。公共充电站还包括营业场所。具有电池 更换功能的充电站应包括备用电池存储，电池更换的设施及场所。充电站变配电 装置由高压开关柜、变压器、低压开关柜等组成。充电站的基本功能应包括供配 电、充电、监控、计量和通信，扩展功能包括计费。表 4-1 为充电站结构构成及 其功能的描述。
计费方式 收费方式 充电时间
按充电量计费 IC 卡、现金 15 分钟-30 分钟 操作简单一般 可充满 70%-80% 建设成本较 高，可有效实 现设施设备集 中管理与专业 维护 成本相对较 高，较难利用 谷电充电
按行驶里程计 费 IC 卡 电池更换 2 分 钟以内完成 可预先通知更 换站，避免准 备使用大量的 电池 建设成本高， 设施设备集中 管理和维护难 度较大 成本低（可灵 活设计多种低 成本充电服务 方案） 支持 各类社会车辆 集团车辆 公交/出租汽车 公司等运营车 辆
第四章 电动汽车相关配套产业及技术路线 调研
电动汽车相关配套产业主要包括电动汽车充换电设施的建设、 动力电池回收 业务、电动汽车运营模式的建立和电动汽车相关的售后产业等。
4.1 电动汽车充换电技术调研
电动汽车充换电技术的调研主要包括电动汽车充电技术形式及特点、 国内外 充换电设施产业现状调研两个部分。
3、电动汽车换电模式介绍
电池更换模式又称地面充电系统，即电池组快速更换系统，也称机械充电。 通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。 换电的最大优点：一是可以利用充电为电网调峰，同时降低使用成本，提高 电动汽车的维修性能； 二是可以快速补充电能 （1～10 分钟完成） ， 不耽误用户时 间；三是可以减小电动汽车的负重，提高能量转换效率；四是可以满足较长距离 行驶的需求；五是便于实施电池租赁的运营模式，利于电动汽车的推广使用；六 是有利于电池组的维护管理，延长使用寿命。 换电模式适用条件为：车辆电池组设计标准化和易更换；车辆运营中需要及 时更换电池来满足运行，换电站中电池充电和车辆可实现专业化快速分开；由于 电池组快速更换需要专业化进行， 因而电池组快速更换模式只适用于专用的换电 站。换电方式特别适用于城市中运行半径不大的公交车和出租车。 换电模式应用面临的几个主要问题：一是需要较大的作业场地，这在市中心 区是很难做到的事；二是需要储存较多电池组，增加了投入的负担；三是增加了 许多维护管理人员等， 另外包括电池与电动汽车的标准化、 电动汽车的设计改进、 换电站的建设和管理以及电池的流通管理等。 换电站的推广取决于多种因素，电池技术水平、电池标准（物理尺寸、电气 参数）的一致性，车的适应性等。在当前如公交车、出租车，完全可实现换电站 更换电池方式，电动汽车换电模式在未来将会有很大发展前景，但换电模式并不 是电动汽车充电方式发展的最终方向， 更像是充电方式发展过程中的一个比较完 善的过渡形式。

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表 4-2 为充电桩的主要结构及功能的描述。
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表 4-2 充电桩主要结构及功能
结构 计量装置
功能
配置单相交流电能表，对电桩输出电能量进行 计量，具有手动计费功能或计费装置的接口 IC 卡读卡装置，与充电桩内置交流电能表进 行通讯 显示各状态下的相关信息，包括运行状态、充 电电量、计费信息等 通讯功能：与上级监控管理系统的通讯接口
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会对电池造成非正常损坏。可以利用家庭现有插座，当然在专业充电站 集中充电更正规。这种充电方式可以利用谷电，是电力部门大力提倡的 使用方案。交流慢充适应性很广，只要不需要紧急充电的情况都可以使 用，对象包括电动自行车、电动汽车等，交流慢充是电动汽车能源补充 主要方式。这种充电模式的主要缺点为充电时间过长，当车辆有紧急运 行需求时难以满足。充电功率一般在 5～10kW, 采用三相四线制 380V 供电或单相 220V 供电。 直流慢充。直流慢充就是利用直流电源以较小的电流对电池充电，直流 电源一般是电池蓄能电站，这是这种充电方式的基础条件。直流慢充目 前应用较少。 交流快充 。交流快充就是直接使用电网电源以超过 100A ，甚至超过 1000A 的大电流通过充电机为电池充电。这种方式能在较短时间内为电 池充满电，有宣传称能在“十分钟内充满电”，但这不是一种好的充电方 式， 仅可以做应急充电使用。 这种充电方式存在弊端， 一是大功率充电， 对电网造成很大的干扰，二是电池温度剧升，对电池性能和寿命伤害很 大，三是充电效率低。如果大规模使用，要对电路做大的改造，交流快 充方式不宜提倡，更不宜作为商业运营模式。 直流快充。直流快充就是使用蓄能电站以较大的电流通过充电机为电池 充电。显然，较大的电流对电池是不利的，只能用于对电动汽车的紧急 救助，这种方式可以用于流动蓄能电站，对行驶在路途因缺电抛锚的电 动汽车快速充电。相比交流快充，它有两个优点，一是可以利用谷电为 蓄能电站充电，有利于电网调峰，且充电成本较低，二是可以利用电动 汽车上更换下来的容量较低的电池，实现电池的二次使用。 （2）无线充电：从实验室走向街头 无线充电，又称作非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合， 由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电 池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送 能量，两者之间不用电线连接， 因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点 外露。美国包括博世、高通、WAVE 等科技公司对无线充电技术表现了极大的热 情，均已有相关无线充电技术从实验室走向街头开始试点运营，日本丰田公司也 有涉足无线充电。
4.1.1 充电技术形式及特点
本节主要介绍电动汽车充换电站的基本结构及特点、 电动汽车充电模式的分 类及比较两个方面，为本节后面的调研提供理论基础。
1、充换电站的结构及其特点
充换电站的结构及特点主要从充电站、 充电桩的结构特点和换电站的结构特 点进行分析。 （1）充电站、充电桩
图 4-1 电动汽车充电站
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无线充电技术从长远来看，只有从有线充电的补充品成为（消费者的/经销 商力荐的）“标配选择”，才能占有更大市场。短期内，无线充电将继续成为一小 部分电动汽车用户的豪华选择。 综上所述， 以上各种充电模式各有自身的特点和适用范围。 因此， 在应用中， 可以将上述各种方法进行有机结合，以达到实际的行驶要求。
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的单位，如公交车和出租车，城市环卫车、物流车等。换电特别适合车电分离、 车电租赁的运营模式，有利于降低使用成本、提高经济效益。
4.1.2 国内外充换电设施建设调研
电动汽车充换电设施建设是发展电动汽车最关键的一环， 以保证电动汽车的 便捷实用，实现大众化普及。目前我国基础配套设施还处于试点阶段，还未大规 模建设，这在一定程度上将影响用户购买的积极性。基础配套设施产业中，完善 的充电设施是发展电动汽车产业的重要保障。要科学规划，加强技术开发，积极 推进充电设施建设，适应电动汽车产业化发展的需要。充换电设施建设关键需要 解决两方面问题：一是由于基础配套设施投资大，如何平衡电网公司、能源公司 等投资各方的利益，推动其加大投资力度；二是基础配套设施的统一标准问题， 主要包括充电站的建设标准，充电接口标准，电池标准等，标准的统一将有助于 普及和推广电动汽车，否则市场化只是空谈。 本节对世界范围内电动汽车充换电设施的运营情况进行调研分析。 调研的国 家和地区包括日本、美国、欧洲、以色列和我国的深圳、杭州、北京、成都、海 口、青岛，调研的方式以实地考察为主，资料查询为辅。
刷卡装置 人机交互装置 其他
（2）换电站 换电站是电动汽车电池更换站。 在换电站， 用户可以用一箱空电池更为一箱 充满电的电动汽车电池。换电站主要包括： 电池更换及周转接待处。蓄电池沉重，更换须用半自动小型吊车或 吊架装置，可由现有汽车修配厂等处常用的类似设备改装或专门设 计批量生产。电池须用专门的(多层)周转车或传送带进出充电库 房，用专用机械手进行电池更换。 电池存放的库房。用以存放当日需要更换的电动汽车电池。其安全 性成为关键。 工作人员休息和操作监控室及车辆检修站。由于电池的易取放也使 充电与修车能很方便地分开同时进行。 配套的电动汽车电池集中充电场，集中充电场可不在换电站内对更 换下来的电池在集中充电场充电，便于电池维护、管理。