电动汽车充电模式研究

电动汽车充电模式研究

摘要：电动汽车是未来新能源汽车的发展方向，能实现交通领域能源利用的多

元化和清洁化。充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要支撑

和前提。将国内外典型的集中充电模式进行分类，介绍了不同充电模式的功能特点；指出今后电动汽车充电模式的发展趋势及前景。

关键词：电动汽车；充电模式

0前言

目前汽车燃油消耗已成为石油消耗的主体，根据预测，到2020年我国汽车对石油的消耗将达到全国石油消耗总量的55%，电动汽车替代燃油汽车将大幅降低

对石油的依赖，提高能源安全性，实现交通领域能源利用的多元化和清洁化。电

动汽车充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节，对电动汽车的产业发展具有重

大影响。电动汽车充电技术由于受不同国家和地区电网系统的影响，在充电过程

中发展起来的充电模式也不相同，目前，电动汽车在充电型式上主要有传统充电、感应充电、交换充电三种模式。本文将国内外典型的集中充电模式进行了分类，

介绍了不同充电模式的具体的功能特点；指出了今后电动汽车充电模式的发展趋

势及前景。

1 电动汽车主流充换电模式

电动汽车以蓄电池储能作为驱动力，由于电池储能水平短期内难以突破，与

内燃机汽车500km的设计续航里程相比，电动汽车续航里程是一个明显的短板。电池的动力特性决定了当前电动汽车小型化、轻量型和低配置的发展方向，选择

适合的电能供应方案可以弥补电动汽车续航里程不足的短板，是电动汽车使用的

关键问题。电动汽车电能供应有四种主要模式：快速充电、慢速充电、电池更换、非接触式充电等。

1.1 快速充电模式

快速充电模式采用公共充电设施对电池充电，也即非车载充电模式。充电设

施有一体式直流充电机、分体式直流充电机两种类型。按现有电池充电技术水平，电池充电容辆0.5C，电池深度充放电情况下充满时间约为2小时，理论上最高可

减少至半小时。一般布置于市区内部、高速公路、城际公路等，为客户提供快速

充电服务。

主要优点：技术较为成熟，接口标准要求较低；充电速度快，增加电动汽车

长途续航能力，是一种有效的补充方案。

主要缺点：充电功率较大，接口和用电安全提高，电池散热成为重要因素；

电池不能深度充电，一般为电池容量的80%左右，容易损害电池寿命，需要承担

更多的电池折旧成本；短时用电消耗大，对配电网要求较高，基础设施配套需求

巨大；一般在白天和傍晚时间段充电，属于城市电力负荷高峰时段，对城市电网

的安全性是一种威胁，而且不享受夜间电价打折；快速充电模式技术较为成熟，

接口标准逐渐统一。

1.2 慢速充电模式

慢速充电模式采用车载充电设备对电池充电，也即车载充电模式或插电式充

电模式。与快速充电模式相比，慢速充电模式功率低，约6.6kW，同时充电时间

加长，一般为8小时～10小时。

主要优点：慢速充电技术成熟，技术门槛低，使用方便，容易推广普及；充

电设施配置简单，占地较小，投资少；电池充电过程缓和，电池能够深度充满，

续航能力更长；充电时电池发热温和，不易发生高温短路或爆炸危险，安全性较高；接口和相关标准较低；充电功率相对低，对配电网要求降低，基础设施配套

需求小；一般选择夜间充电，可避开傍晚用电高峰期，享受低谷电价优惠，节能

效果较好。

主要缺点：充电时间长，续航里程有限，使用受到限制；充电设用于有慢速

充电需求的停车场所，如住宅小区停车场，社会公共停车场等。

1.3 电池更换模式

电池更换模式采用动力电池更换迅速补充车辆电能，电池更换可在3分钟以

内完成，理论上无限提升了车辆续航里程。

主要优点：电池更换客户感受接近传统的加油站加油；用户只需购买裸车，

电池采用租赁，大幅降低了车辆价格；采用适合的充电方式保证电池的健康以及

电池效能的发挥，电池集中管理便于集中回收和维护，减小环境污染；选择夜间

用电低谷时段慢速充电，降低服务机构运行成本，对电网起到错峰填谷作用。

主要缺点：基础设施建设成本较高，占用场地大，电网配套要求高；需解决

电动车更换电池方便问题，例如电池设计安装位置、电池拆卸难易程度等；需要

电动汽车行业众多标准的严格统一，包括电池本身外形和各项参数的标准化，电

池和电动车接口的标准化，电池和外置充电设备接口的标准化等；电池更换容易

导致电池接口接触不良等问题，对电池及车辆接口的安全可靠要求提高；电池租

赁带来的资产管理、物流配送、计价收费等一系列问题，运作复杂性和成本提高。 2电动汽车充电设施发展

目前，电动汽车充电设施各项关键技术已趋成熟，在政府部门支持下，电力

供应商主导了充电基础设施和服务网络的建设运营，推动电动汽车产业的发展，

电动汽车示范工作得到稳步推进。国家电网公司提出了“换电为主、插充为辅、集中充电，统一配送”的总体思路，对电动汽车大规模推广应用起到了积极作用。采用何种充电模式主要由以下三点决定：一是使用的便利性和经济性是否达到消费

者的要求；二是运营企业的投入成本，这决定电动汽车充电站的可持续发展能力；三是对城市电网的安全、高效运行是否造成影响。从以上三个因素综合考虑，给

出如下建议：

(1)换电模式在目前动力电池的尺寸和技术规格尚未统一的情况下尚不具备规

模推广的条件，而且换电站对场地面积有较高要求，再加之额外购买换电设备会

推高其投资成本，因此建议暂不开展换电站的建设。

(2)快速充电目前可充分满足消费者使用的便利性，其投资成本也远低于换电站，虽然快速充电会带来谐波，但目前抑制谐波的技术措施已较为成熟，不会阻

碍其长期发展，因此建议将快速充电作为目前公共充电设施主要的建设方向。

(3)慢速充电虽然投资成本较低，但无法满足消费者的紧急充电和长距离行驶

需求，只适合于居民小区等地点进行分散建设，但此类地点建设充电桩存在较大

的协调难度，因此建议将慢速充电作为快速充电的补充进行少量示范建设。

3 电动汽车充电设施运营方式的分析

目前电动汽车充电基础设施建设运营的商业模式主要有电动汽车制造厂商主

导模式、电网企业主导模式和第三方建设运营企业主导模式，以下将针对这三种

模式选取典型案列进行分析。

3.1 特斯拉超级充电站

特斯拉超级充电站是由电动汽车制造厂商主导的模式，它由特斯拉公司自已