家用純電動汽車充電方式與發展

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摘要：針對當今家用純電動汽車的幾種充電方式進行闡述及對比，結合調研實例，對充電方式的發展趨勢進行分析預測，并對相關組織群體提出建議，進而推動純電動汽車乃至新能源汽車在國內汽車市場的技術進步和大規模普及。

關鍵詞：家用純電動汽車；充電方式；發展現狀；趨勢

1前言

受當前國際局勢影響，全球油價再創新高，伴隨著國家宏觀政策引導和日益尖銳的環境保護問題，新能源汽車的需求量也因此持續走高。根據中國經濟網數據顯示，2022年前兩季度，我國汽車產業產銷量分別達1211.7萬輛以及1205.7萬輛，其中，新能源汽車產銷量分別為266.1萬輛以及260萬輛，同比增長約120%，市場占有率首次突破20%，達21.6%，提前三年實現了《“十四五”現代能源體系規劃》中所提出的“到2025年新能源汽車新車銷量占比達20%”的目標。尤其是家用純電動汽車以其低噪、節能、零排放等優點，受到市場青睞，銷量持續火爆。家用純電動汽車即為私人或個人所有的非營運純電動汽車，電能作為其單一的動力來源，充電頻次根據家庭使用場景，約為2~7d充電1次。除去插電混動、增程式等新能源汽車種類，家用純電動汽車的國內市場份額也達到了家用車市場的17%。本文旨在闡明家用純電動汽車充電方式的發展現狀并運用比較研究及實例調研的方式對其趨勢加以分析預測。

2國內外新能源汽車充電產業的發展現狀

2.1國外發展現狀西方發達國家，尤其像日、美、德等老牌汽車強國，對新能源汽車及相關充電產業的基礎研究和建設布局起步較早，相較我國，其相關政策的完善程度及政企之間的合作深度，是較為完備與成熟的［1］。

2.2國內發展現狀相較于西方發達國家的新能源汽車充電產業，我國在相關領域的技術研究及積累起步較晚，但伴隨著國家對新能源汽車產業在宏觀上的大力支持，并在取長補短，吸取國外相關發展經驗后，我國的充電產業也取得了長足進步，甚至有趕超之勢。目前，我國的新能源汽車充電產業及充電基礎設施的建設也位居世界前列，并在世界范圍內，已成為投入并運營充換電設備最多的國家［1］。

3三種充電方式的闡述與比較

3.1外接插入式充電方式外接插入式充電（后文簡稱為插充）的充電方式即為純電動汽車動力電池在放電后，從外界輸入直流或交流電，按照與放電電流相反的方向通過動力電池，使其恢復電能儲備，這個過程就稱之為動力電池的插充過程。插充的充電方式又分為快速直流充電和慢速交流充電。

3.1.1快速直流充電（以下稱為快充）

快充也被稱為地面充電，是通過快充充電樁輸出的高強直流電給動力電池直接充電，在較短時間內，動力電池的電量即可充到80%左右。這種充電方式的電壓，一般在150~400V之間，且功率較大。快充的優勢就是充電效率高、時間短，但是快充對于汽車動力電池電壓和功率的要求較高，也有可能會導致動力電池熱管理系統的負載加重，對其造成不良影響。在當今動力電池技術和快充技術不斷進步和普及完善的背景下，家用純電動汽車的續航里程和充電速度都在不斷地提升，而快充對車輛電池效率降低的影響也在逐步減小。以60kW的普通充電樁為例，為家用純電動汽車充電，其續航電量從20%充到75%，也僅需不到30min的時間。

3.1.2慢速交流充電（以下稱為慢充）

慢充又被稱為常規充電、車載充電，是采用隨車攜帶的便攜式充電設備進行充電，使用家用電源和充電樁。慢充的充電電流較小，一般為6~32A左右，充電電流的形式為三相交流電。根據電流的大小和動力電池的體積，一輛家用純電動汽車采用慢充方式充滿電需要8~12h，甚至更久。由此可以看出，慢充的缺點是十分明顯的，即充電時間過長，但是對充電的成本要求不高。更為重要的一點是慢充可對家用純電動汽車動力電池進行深度充電，對電池效率的下降影響也較小，可延長其使用壽命。

3.2換電站更換電池充電方式換電站更換電池（后文簡稱為換電）的充電方式為：

利用集中型的換電站對家用純電動汽車的動力電池集中充電、集中存儲、統一配送，并在換電站內對家用純電動汽車進行動力電池的更換服務。對于普通家庭用戶來說，換電模式雖然能夠解決續航焦慮，提升充電效能，但是也存在著諸多問題［2］。例如在換電的過程中，可能會產生電池箱與車輛結構機械連接不穩的情況，導致電極插頭磨損，甚至產生火花引起安全隱患。換電的充電方式，如今面臨三大挑戰：a.換電站的前期建設成本過高；b.各個車企的技術標準及動力電池標準不同；c.車企普遍不會主動共享技術標準。以上三點是導致換電的充電方式最終難以普及和推廣的三個重要原因。但在某些特定領域，換電方式卻擁有著獨特的優勢和競爭力，比如在電動公共交通領域里擁有著定制化和規模化的交通工具，在這些領域將來可能會形成閉環式的換電模式。換電帶來的家用純電動汽車用戶體驗是更方便和快捷的，單論換電的時間成本幾乎可以媲美燃油車的加油效率。但是從成本方面考慮，換電設施的籌建在前期建設當中的投入是相當巨大的，還應考慮到換電站本身所需的儲備電池投入，這都將是一筆巨大的開銷

3.3無線充電的充電方式

無線充電的充電方式是近幾年才進入大眾視野的充電研究成果，是一種非接觸、感應式的充電技術。以高頻交變磁場的能量形式，通過埋于地面之下的供電導軌將電能傳輸給地面之上家用純電動汽車的電能接收端，以此為動力電池充電，通過此充電方式，車輛即可自身攜帶較少量的動力電池組，且能夠延長其續航里程，同時非接觸形式使得充電過程更加安全、便捷。就當前而言，汽車無線充電還只是對充電方式的一次嘗試與創新，但相比于大家所熟悉的手機無線充電，汽車的充電頻次相對較低，且并不像手機的小型化無線充電裝置，使得汽車能夠隨時實現無線充電，而且汽車的無線充電還必須把汽車開到指定的地點，所以汽車無線充電在現階段并沒有辦法從根本上做到“隨充隨用、方便快捷”。此前，國內外也有專家明確提出了“智能公路”的構想，透過在公路路面下方鋪設無線充電板，即可為運行中的電動汽車補能充電，即“邊駕車邊充電”。

4綜合比較分析

無線充電的充電方式，受制于各方諸多因素影響，以目前的狀況，要達到實際應用還是十分困難的，因篇幅有限，故不在綜合比較分析內討論，綜合比較分析著重對插充及換電兩種充電方式展開討論。

3.4.1在前期投入上的比較

有數據表明，目前建設一個換電站需要大約200萬元左右的設備和200萬元左右的動力電池儲備，再加上其他成本，基本上建設一個換電站需要500萬元左右的前期投入，換電站的回本盈利周期過長。而一個普通充電樁的建設成本約在1.8萬元左右，一個快速充電樁的建設成本約在9萬元左右，1個小型充電站以5~8個充電樁來計算，建設投入成本大約為10~80萬元，換電站的成本幾乎是充電站成本的5~10倍。

3.4.2在適配程度上的比較

目前，占據市場規模較大的換電站基本上都來自于新能源車企本身并且只為自家車型提供換電服務，處于“各自為戰”的局面，通用性和普適性較低。由于各個汽車品牌的家用純電動汽車獨立生產，如今行業內也沒有統一的換電規范標準，導致換電站不能布局聯網，即使一個品牌布局了再多的換電站，暫時也做不到像燃油車去加油站加油一樣，無論什么品牌的家用純電動汽車都能在同一換電站內進行換電。而大部分充電樁對各個汽車品牌家用純電動汽車充電的兼容性就要好很多，在充電樁通用標準國標發布后，新建充電設施已按國家統一標準進行制造安裝，原有充電設施也在逐步更新插充接口，實現家用純電動汽車插充標準的統一。

3.4.3在用戶體驗上的比較

購買和使用家用純電動汽車的車主，在日常的用車場景中，一般在家里、居住小區都配有充電樁或常停放的單位配有充電樁，這樣就可以結合自身的用車需求利用閑暇時間或夜晚的用電波谷來進行充電，以此來減小充電時間較長給用車帶來的時間成本影響。單次換電的速度雖快，但由于換電站的普及難度大，覆蓋面還不夠廣，車主在來回去換電站的路上，也有較高的時間成本，換電站的覆蓋率和用戶的實際使用體驗有著直接的關系。

4以柳州為例探究家用純電動汽車及其充電方式的發展現狀

4.1柳州家用純電動汽車高占比的使用背景

柳州地處廣西腹地，為廣西第二大城市，西南地區工業重鎮。除了景色人文的驚奇之外，柳州的新能源汽車產業也稱得上驚奇。統計數據顯示，柳州市家庭每100輛出行車輛中，純電動汽車就占22輛；近5年來，城市家用汽車的電動化率也在逐年提高，截至目前，柳州乘用車的電動化率已達33.1%，占比高居全國首位。

4.2柳州政企協同扶持充電產業及充電設施的發展

在當前柳州市家庭純電動汽車保有量十分龐大的背景下，如何保障大數量的家庭純電動汽車的正常充電，是一個備受關注的問題。央視新聞頻道《新聞直播間》欄目曾以《廣西柳州，完善公共配套設施，打造“十分鐘充電圈”》為題，以及央視財經頻道《正點財經》欄目曾以《10分鐘找到充電樁！廣西柳州緩解新能源車“充電難”》為題，報道了家用純電動汽車車主在柳州10min之內就能找到充電樁，給愛車充電一事。市相關部門通過政企聯動、配套推動和市場驅動等方式，多措并舉地打造新能源汽車推廣及應用的“柳州模式”，成功開辟出一條在新能源汽車推廣及應用中“產、銷、用、停、充”等服務的新路徑。在上一個五年規劃期間，柳州政府就早已成立新能源汽車推廣應用的工作領導小組，一系列有利于新能源汽車及充電產業發展的相關政策文件先后得到頒布出臺，旨在鼓勵相關企業，持續加大人才及資金的投入力度，加快充電樁及充電站的建設速度。4.3柳州家用純電動汽車充電方式的發展現狀經實地走訪調研及相關數據顯示，柳州家用純電動汽車的充電方式，主要是以充電樁快充為建設核心，輔以換電方式為補充。目前在全市范圍內，已建設公共充電樁站點700多家、充電樁9000余個；公共充電插座站點530多個、充電插座兩萬余個（含個人充電插座，不完全統計），市內公共充電樁站點數量已超過加油站數量，建成充電樁和充電插座3萬余個，車樁比達3∶1。此外，柳州還選定區域，構建全新的新能源汽車充電站點示范工程，目前已建成66家示范機關單位、64所示范學校、36家示范企業、35座示范性小區、22個示范商業區、6個示范醫院和2條示范道路，由點及面，推廣復制，充電樁充電的服務網絡和服務體系得到不斷完善。2021年8月，柳州首座換電站在南方電網柳州鹿山綜合能源服務站正式投入運營，在這里，相應品牌的家用純電動汽車除了可以插充充電外，還能夠進行換電充電。

5結語

充電方式的發展與進步，關系著千家萬戶在實際使用純電動汽車時的實際體驗，說到底是一項民生工程。根據家用純電動汽車每周1~3次的充電頻率，及以上對幾種充電方式的闡述比較。以柳州為例，分析了柳州市家用純電動汽車充電的發展現狀，綜合得出家用純電動汽車電能補充方式的發展現狀為：目前我國家用純電動汽車的充電方式是以插充為主，對于普通家庭個人用戶來講，插充才是綜合當前諸多因素下最具競爭力的充電方式，尤其是快充方式。家用純電動汽車電能補充方式的發展趨勢為：充電樁快充為主，多種充電方式并存。在今后相當長的一段時間內，此趨勢將一直持續下去。

針對上述趨勢，提出以下三點建議：

a.國家應繼續加大對新能源汽車充電產業的政策扶持力度，以政策為導向，明確發展方向，并積極加強政企合作，改善充電基礎設施的設計規劃，建立分配合理的電力能源體系，加速快速充電樁的建設布局并傾聽各方建議，做好堅強后盾。

b.相關企業在繼續完善探索快速充電、動力電池及電力運行等技術，不斷縮減快充時間，減小快充對動力電池帶來的損傷。針對換電、無線充電等新型充電方式，也應適當進行投入、完善研究，進行小范圍試點，為若干年后的技術突破儲能蓄力。

c.家庭純電動汽車的實際用戶應培養自己良好的用車及充電習慣，如盡量在動力電池20%~90%的電量區間內使用車輛，盡量避免過充放電，延長車輛的使用壽命，進而擁有良好的用車體驗。

參考文獻：

［1］羅文雲，周浩，李金寶.國內外電動汽車充電設施發展現狀綜述［J］.機電信息，2017（24）：156-157.

［2］胡斌.新能源汽車換電商業模式盈利優化研究［D］.杭州：浙江大學

作者:劉佳豪 單位:柳州工學院