电动汽车充换电设施建设模式研究与实践（二）——破解充换电设施建设运营的争论与分歧

”电动汽车”这个称谓其实是不严格、不严密的。纯电动汽车根本没有所谓的”汽”，它是靠已经充好电的车载电池作为动力源，采用电力驱动。

为了给电动汽车的电池补充电能，需要相应的设备和设施，即充换电设施。关于充换电设施的建设，有三个问题一直存在分歧而被广泛热议。

一是”先有鸡还是先有蛋”的问题。有一种观点认为目前充换电设施影响了电动汽车发展，充换电设施是电动汽车发展的瓶颈，或者说电动汽车发展缓慢的重要原因是充换电设施跟不上,充换电设施应先于电动汽车应用而建设;第二种观点正好相反，认为充换电设施不能先于电动汽车的应用，否则会造成设备闲置浪费，充换电设施应随电动汽车的应用脚步，而相应开展建设。

二是充换电设施在电动汽车产业链中的地位和作用问题。通常是把充换电设施当作汽车的附属部件来看待。

三是充换电设施建成什么样子?谁来建设运营问题。那么，分析总结国内外电动汽车充换电设施建设经验教训。笔者认为充换电设施建设运营有如下特点和规律：

1.基础性与社会化。在电动汽车漫长的发展过程中，汽车生产商一直把充电作为其生产链和价值链上不可分割的环节。因此，汽车厂商从电动汽车试验阶段就自己生产或组织生产配套专用充电桩，到了示范阶段随车赠送专用充电桩，延续着传统汽车的产销模式。但是，在电动汽车强力推广应用阶段的今天，人们才发现大街上没有适合各厂商生产的各种车的配套通用充电桩。

于是，充换电设施滞后而影响电动汽车发展的”瓶颈论”和”先有鸡还是先有蛋”的”鸡蛋论”受到热议。究其原因是多方面的，其中一个重要因素是缺乏对电力专业知识的了解，从而对充电桩等充换电设施的基础性属性也缺乏认识。主要是在生产技术上对于动力转型后的电动汽车产业依然停留在传统汽车的划分，把充电简单等同于加油，没有充分认识到充换电设施的技术、管理特点，将整个研发体系的重点放在车上，而把充换电设施作为汽车的一个不重要的环节，在价值链上把车与电池共同作为不可分割的一部分，更重要的是，缺乏一支电力、电子及计算机人才队伍。

按照公共理论和物品理论，以人们最熟悉的充电桩为代表的充换电设施，不仅具有基础设施属性，而且具有非排他性和服务性，担负着给电动汽车提供电能服务的功能，与动力电池、车载终端和电池管理系统形成子系统，连接着电动汽车和用户，是电动汽车畅行必不可少的基础设施。

按照基础性要求，充换电设施应像高速路、无线基站一样，纳入城市规划和电网规划，统筹资源，适度超前建设。同时注意减少重复投资和无序建设，减少建设运营的投资，最大化社会效益，最大化节能减排效果。有了这个理念，有些争论就没有意义了，充换电设施的建设运营就会轻装前行，电动汽车发展就会解除后顾之忧。

2.通用性与标准化。不同型号和用途的传统汽车仅仅是油箱大小不同，加油站仅仅需要提供不同型号的柴油和汽油两种油品，就可以满足各类传统汽车能源补给的需求。而电动汽车的电能供给则截然不同，类似手机充电，一是单体电池的材料、性能(电压、容量、能量、功率、寿命)、内部结构、壳体材料、外形尺寸不同;二是相应的由单体电池构成的电池箱的性能等参数也就不同;三是车厂整车设计可以自由选择不同的电池及电能供给方式：车载或慢充充电方式、整车或快充充电方式、充电方式或换电方式;四是不同的充换电电压及电流、计量方式、缴费方式等供电功能;五是充电接口和通信协议不同。可想而知，如果必须按照所有这些不同的要求去建设运营充换电设施是多么困难和不可行。

其实现实问题正是如此。充电设备都是专用设备，也就是每个车厂的每一款车配有专门的一种充电机或充电桩。德国宝马配德国厂商生产的充电桩，通用沃兰达配美国厂商和西门子生产的充电桩，比亚迪配的是专用充电桩和充电机。这些充换电设施不能适应不同车型。试想，除了家里，在停车场等公共场所要为各品牌车配备专用充电桩是多么的不现实。因此，如果电动汽车要得到推广，汽车厂商应走出各自为战的误区，同时必须有满足以上基本不同要求的充换电设施。换句话说，就是充电机、充电桩、充换电站必须具备技术通用性，而不是仅仅统一接口，才能满足不同车型的充换电需求。

在中国，国家电网公司六年多来坚持以标准化、规范化建设充换电设施，完成了基础设施标准体系框架，制定44个国标、行标和企标，避免了国外电动汽车发展中的基础设施瓶颈问题，为中国电动汽车的规模化应用创造了有利条件和先机，节约资源，提高效益。

3.系统性与网络化。电动乘用车是通过地面充电桩为车载充电机供电，给电池充电的方式补充电能。对于商用车，一般则由地面直流充电机直接给车载电池充电。对于换电车型，通过专用设备把已经充好电的电池与车上用完的电池进行更换，完成电能供给，换电站负责对换下的电池进行集中充电和维护。

从系统理论分析不难看出，充换电设施分属两个系统。一个是汽车系统，一个是电力系统。因为无论哪种方式，电动汽车充电都需要充换电设施与电池管理系统、汽车管理系统共同完成，充换电设施与电动汽车的电池、电机、电控等部分共同构成完整的汽车系统。同时，充电桩、充换电站都由来自电网或电网与太阳能等新能源混合供电，充换电过程就是电网通过充换电设施完成对用电设备————汽车电池的供电。所以，充换电设施不仅是电动汽车产业链的重要环节，同时其功能和特征也决定了电力设施的专业属性，这也是电网的重要组成部分。显然，电动汽车是两个系统的交集和耦合，两个系统共同作用于电动汽车。因此，不以单一角度或单一系统方向，而是用综合、全面、协调的大视野研发、推动电动汽车，才可能实现电动汽车的跨越式发展。

燃油车加油靠的是按照距离和路况等原则分布的加油站，加油站里总是有储备好的油罐以备加油，当然，偶尔也会出现没有油的情况。但是，电动汽车充电则完全不同，人们都知道可以依靠安装在家里、办公场所和公共场所的充电桩，还有公共充换电站等共同构成的看得见的物理网络充电。其实，这还远远不够。因为电力生产运行的特点和规律是发输配用同时完成，不像燃油那样能够大规模、随时随地的存储。这一点对于认识电动汽车电能供给非常重要。因此，电动汽车充换电不仅是补充电能的物理过程，而且是信息控制过程。

充换电设施不仅和加油站一样具有点多、面广的特点，而且具有网络化特征，通过供电线路和通信线路等各种电气设备，形成看得见的物理充换电网络，这一网络又包括了看不见的监控运营服务系统网络，实时监控电动汽车电能消耗和充换电设施。通过这一网络，一是保障驾驶者方便、快捷的充换电。根据电动汽车的耗电情况，及时与驾驶者自动交流，方便灵活地选择充换电地点，可以是跨城际，也可以是跨省际。二是保障经济充换电。根据电网用电峰谷负荷、电价情况，优化调整电动汽车充电策略，实施有序充电，避免随机充电，降低驾驶者的使用成本。三是保证安全充换电。当电网包括充换电设施或电动汽车充电出现异常及故障时，能够及时隔离故障，避免人身伤亡和电动汽车损坏，同时最快调整和恢复供电。

国家电网公司历时八个月完成了智能充换电服务网络系统的研发，并成功应用于苏沪杭电动汽车跨省示范运营。该系统通过物联网、交通网(车联网)、智能电网三网技术融合，实现了对充换电设施的网络化、互动化和信息化管理，实现了电动汽车、充换电设施的站级、市省级、总部的信息流的双向互通。

4.互动性与智能化。电动汽车的发展起起伏伏，这次被称作进入第三次浪潮。一般认为兴起的主要动因是石油危机和温室效应引发的能源安全和气候变暖问题，以及汽车产业为了摆脱金融危机而进行的产业转型。其实，还有一个重要的因素，即智能电网的兴起。

可以推断，过去电动汽车之所以没能走入生活，根本原因是技术水平有限。除了电池技术和汽车制造水平不具备产业化、商业化能力以外，也没有用于整车控制管理的计算机、通信和电力电子技术，更没有智能化、信息化、互动化的坚强电网支撑。

电动汽车要真正跑起来，必须与充换电设施之间实现双向互动。而这种互动根本不同于燃油车与加油机之间的联系，必须通过智能充换电设施，电力流从电源输送到电动汽车电池为汽车提供动力，同时还可以实现逆向输送，即从电池返回到电网。这样，一辆电动汽车就不仅仅是用电负荷，同时还是一台移动发电机，可以实现向家庭供电;也可以通过公共充电桩和充电站向电网供电，一座充电站或换电站就是发电厂，实现居民小区、城镇的不停电。当然，电力流的双向流动，必须要依靠互动信息流来实现。而通过强大的互联网和物联网，在智能运营服务系统的控制下，信息流的双向流动很容易实现。

因此，通过发展电动汽车达到减少石油消耗、节能减排的目标，实现汽车产业转型，只有通过智能电网与电动汽车的电力流和信息流的双向互动才能真正实现。

5.安全性与专业化。安全性是对燃油车最基本、最重要的要求。但是，电动汽车同时作为一种新型用电设备，其安全性不仅包括自身安全，还包括充换电设施建设、运行安全、人身安全和电网安全。

首先，充换电设施具有高电压、大电流的特点，需要遵守电力安全规定。根据电力安全规定，交流超过200V就属于高压设备。充电桩采用220V或380V交流电，输出电流大于16A，甚至达到32A，比普通家用电器的电流大很多。非车载充电机输出直流电压达到300～700V，一般充电电流为150～400安培。充换电站内还有变压器等高压设备。

二是设备事故的突发性和广泛性。充换电设施很容易遭受外力破坏引发事故，如雷雨、盗窃等，也容易出现充换电操作过程中造成的事故，事故造成原因可能是充换电设备包括连接电缆，也可能是电动汽车;可能是工作人员，也可能是驾驶者;可能是单一设备，也可能引起一定范围电网事故，还有可能因电网事故而影响充换电正常进行。

三是充电具有独特的负荷特性，会产生谐波污染，降低电网和电力用户的电能质量。对北京奥运充电站的实际检测结果表明，充电谐波电流含量高达40%，远大于国标要求。四是无序充电对电网产生冲击，造成峰上加峰的叠加效应，影响电网对用户的可靠供电。据美国康奈尔大学研究，如果纽约电动汽车达到14万辆，用电负荷平均增加10%，23万辆时用电负荷增加20%。以北京电网为例，目前北京汽车保有量400万辆，假设全部改为电动汽车并同时充电，即使按照交流充电方式，每辆车充电负荷3千瓦计算，则充电负荷就将达到1200万千瓦。如果10%电动汽车同时充电，充电负荷会达到120万千瓦。但是今年北京最大用电负荷达到1600万千瓦，北京的电网根本无法承受这样的负荷冲击。

综上，用电负荷增加10%对于电网运行来说已经是很大的负荷变化。只有保证电网、充换电设施的建设运行安全，才能保证电动汽车的安全。因此，充换电设施建设和运行必须严格遵守电力行业的安全规定，并由电力专业人员和队伍担负起这一重要职责。

根据国内外电动汽车充换电设施建设的经验教训，对充换电设施建设运营的特点与规律进行详细解析后，下一期本文将就适合我国国情的充换电设施建设运营模式进行深度探讨。

本文作者系国家电网公司营销部智能用电管理处处长

( 编辑/李艳娇 )

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