1、电动汽车充电站运营模式探析图文概要第38卷第2l期 电力系统保护与控制 V01.38No.21兰Q!Q生!旦!旦 呈竺!笪璺z坠!翌!竺!生2翌呈翌璺曼竺翌!巴! 塑2兰!:兰!Q电动汽车充电站运营模式探析周逢权1,连湛伟1,王晓雷12,杨校辉1,徐怡山1(1.许继电气股份有限公司,河南许昌461000;2.中原工学院,河南郑州450007摘要:电动汽车充电站为电动汽车运行提供能量补给,是发展电动汽车所必须的重要配套基础设施。分析了电动汽车充电站 整车充电、更换电池两种运营模式,探讨了具体运营过程及盈利方式.从其自身的竞争力、盈利方式及对电网运行的影响等 三个方面对这两种运营模式进行了比较分析
2、,最后得出以更换电池为主、整车充电为辅的运营模式将成为我国电动汽车充电 站未采发展的主流模式。关键词:电动汽车;充电站;运营模式Discussion on operation mode to the electric vehicle charging stationZHOU Feng-quanl,LIAN Zhan.weil,WANGXiao-leiL2,YANG Xiao-huil,XU Yi.shahl(1.XJ Electric Co.,LTD,Xuchang 461000,China;2.Zhongyuan University ofTechnology,Zhengzhou 45000
3、7,ChinaAbstract:Electric vehicle charging station provides power supply for electric vehicles running,which is a necessary important supporting infi-astructure for the development of electric vehicles.The paper analyzes the concrete operation process and profitableway oftwo operating modes ofelectri
4、c vehicle charging station including vehicle charging andreplacing the battery.From the view oftheir competitiveness,profitable way and impact on grid operation,the paper makes comparison and analysis oftwo types ofoperating modes.The conclusion is that the prevailing operation mode ofelectric vehic
5、le charging station in the future will mainly depend 011 replacing the baRery,supplemented by vehicle charging.Key wordst electric vehicle:charging station:operation mode中图分类号:TM64文献标识码:B 文章编号:16743415(2010210063.040引言目前,随着电动汽车迅猛发展,与电动汽车相 配套的充电站正成为一种新兴产业,各种资本正竞 相进入该领域。国家电网已将电动汽车充电站并入 智能电网统一规划,率先宣布20
6、10年将在全国27个城市建设充电站网络,拟建公用充电站75座、交 流充电桩6209台以及部分电池更换站。南方电网 也在大规模铺开充电网络建设,据了解,仅深圳市 2009-一2015年要兴建250个充电站,12500个充电 桩,共需采购设备5亿元,其中充电设备价值约3.39亿元(扣除变配电设备。除了两大电网公司外,两 大能源央企(中石化和中石油也开始布局充电站 市场。然而,“一项新的、先进的技术或方法不能指望 潜在的消费者能够广泛地认识到它所谓的显而易见 的利益,它是一个社会过程,涉及到入的价值观、 消费习惯、生活经验甚至是人际关系影响,它是整 个社会系统的结构和功能发生变化的过程。”【ll因
7、此,一项新的产业仅有技术的创新是不够的,它还 需要商业运营模式的创新。技术进步只是产业增长 的外在表现,基于制度基因的商业模式的创新才是 产业发展的关键。在我国,电动汽车充电站的业务 才刚刚起步,运营模式还没形成,各个相关的利益 群体对产业发展的倾向也不尽相同。根据国外电动 汽车充电站的实际情况来看,根据技术与充电方式 的不同,电动汽车充电站的运营模式基本上可以分 为“整车充电”与“电池更换”两种模式。1整车充电模式1.1整车充电模式思想整车充电模式是很多国家研究试验的重点,这 种模式把电池与车辆作为一个整体来考虑,其规模 化发展的关键是能够研制生产出“容量大、成本低、.64. 电力系统保护与
8、控瑚充电快、寿命长”的电池产品,在便捷性上满足用 户的需求,具体又包括常规充电和快速充电两种类 型。1.1.1常规充电蓄电池在放电终止后,应立即充电,充电电流 相当低,大小约为15A,这种充电叫做常规充电(普 通充电。常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒 压或恒流充电,般充电时间为5.-一8h,甚至长达 lO至20多个小时。尽管充电时间较长,但因为所 用功率和电流的额定值并不关键,因此充电器和安 装成本比较低;可充分利用电力低谷时段进行充电, 降低充电成本;可提高充电效率和延长电池的使用 寿命。这种充电方式通常适用于:设计电动汽车的续 驶里程尽可能大,需满足车辆一天运营需要,仅仅 利用晚间停运
9、时间充电。现阶段技术条件下,电池 的续驶里程大约为200km,像私家车、市内环卫车、 企业商务车等车辆日均行驶里程都在电池的续驶里 程范围之内,均可采用常规充电的方式。1.1.2快速充电快速充电又称应急充电,是以较大电流短时间 在电动汽车停车的20min至2h内(具体的充电时 间由电动汽车动力电池的接收能力而定,为其提供 短时充电服务,一般充电电流为150:-400A。充电 时间短;充电电池寿命长(可充电2000次以上; 没有记忆性,可以大容量充电及放电,在几分钟内 就可充70%80%的电;由于充电在短时间内(约 为10-15min就能使电池储电量达到80%90%, 与加油时间相仿,使电动汽车
10、使用起来非常方便。 这种充电方式适用情况为:电动汽车的日平均 里程大于电池的续驶里程即200km,即在车辆运行 的间隙进行快速补充电,来满足运营需要;比如公 交车、出租车等车辆它们的日平均行驶里程在 300kin左右,则还有100m左右的电量需要在峰、 平时段通过快速充电的方式进行补充。当然也可以 采用更换电池的方式来进行能量的补给。1.2整车充电模式的运营及盈利方式透析电动汽车整车充电模式中的常规充电和快速充 电的盈利方式是一样的,只是向用户所收取的充电 费用不同而已。该模式运营需要行业方方面面的企 业和个人的参与,主要包括电动汽车制造商、电池 生产商、中间运营商(建站企业、能源供给企业 及
11、充电站、电动汽车用户及政府部门。该模式在运营过程中首先是能源供给企业通过 向中间运营商(建站企业支付一定的建站费用来建设电动汽车充电站。当用户来充电站对电动汽车 充电时能源供给企业及充电站向用户收取一定的充 电费用来实现自身的盈利。能源供给企业及充电站 利润值=(用户的充电费用+政府部门建站补贴一 (电动汽车充电站建设费+电动汽车充电站日常运 营费,具体的运营过程如图1所示【2J。购车赞(高r日前If场燃油汽车平均价格n丽面磊孬磊丽磊广中间运营商(建站企业辇闷蓑藿I熊 慢充服务 掣 快克服务 快允费Jl】 簧俐|Ic卡预付费用I-I“-一出售充电服务预付JC卡建站补贴门图1整车充电模式盈利方式
12、Fig.1Profitable ways ofvehicle charge mode1.3整车充电的管理与缴费整车充电的管理与缴费是通过刷卡的形式进行 的。电动汽车用户可通过能源供给企业提供的IC 卡进行汽车充电缴费。目前,电动汽车充电电价还 没有统一的规定,不过各省市可以按当地普通商业 用电其他类别收取p圳。当用户需要充电时,将IC卡置于插卡口内,充 电桩根据IC卡内的信息进行用户身份确认,得到确 认后提示用户进行正确的连接;然后用户把充电桩 上的充电枪与车辆进行连接,同时在充电桩操作界 面上进行充电参数设定,选择充电模式(定量充电、 定金额充电、自动充满等;当用户完成设定工作 并启动充电后
13、,充电桩执行相应的数据读取、记录 等处理工作,并控制电气回路为输出连接器加电; 充电过程启动后,用户取走IC卡,充电桩自动进行 充电及相关数据计量、记录处理;当充电过程达到 结束条件后,充电桩停止充电。当用户再次刷卡后, 操作界面显示完整的充电信息,提示用户断开充电 桩与车辆的连接,并进行有关费用结算操作,打印 收费单据等(在此时如果用户直接把卡取走而不进 行费用的结算,那么在用户下次进行充电时,计费 系统会自动扣掉上次充电应交的充电费用,否则不 再给当前用户进行充电服务;其具体流程如图2所示。周逢权,等 电动汽车充电站运营模式探析 .65.图2用户刷卡缴费流程图Fig.2Flow chart
14、 of users credit card payment2更换电池模式2.1更换电池模式思想更换电池模式也称租赁电池模式,是一种把车 辆与电池分开考虑的思路。用户只购买汽车,由专 门的电池租赁公司负责电池的购买、租赁、充电、 快速更换及管理。可以让用户像“汽车加油”一样 方便地得到能源供给。它的运营模式是通过各个电 池更换站集中对标准化的电池充电,电动汽车用户 需要补充能源时,可以非常方便地到任意一个更换 站更换充好的电池。2.2更换电池模式的运营及盈利方式透析电动汽车更换电池模式的运营与整车充电模式 的运营所需要参与的企业和个人是一样的,在上面 已经具体的给出在这不再一一介绍。能源供给企业
15、 及换电站利润值=(用户的所用电费+电池租赁费+卖废旧电池所得利润+政府部f-J_l,贴一(电池购买 费用+电池更换站建设费+电池维护费用+电池更换 站日常运营费,具体的运营过程如图3所示【2】, 其具体的运营过程包括电池的租赁、电池的更换、 电池的维护和电池的回收。2.2.1电池租赁能源供给企业购买电池后通过向中间运营商 (建站企业支付一定的建站费用来进行更换站的 建设。电动汽车用户在购买“裸车”后,去电池更 换站办理相应的“租赁手续”及交一定的租金就能 使电动汽车投入使用。租赁的手续及租金由相关部 门协商而定,对于租金可以肯定的是,因为换给消 费者的是一块充满电的电池,加上一些其他成本,
16、租赁电池的价格肯定要比消费者自己在家充电贵,购车费(低rH前fH场燃油汽车平均价格叫霎中闭运费商(建站企业订 蔷蓑购买电池及建站补贴图3更换电池模式盈利方式Fig.3Profitable ways ofreplacing battery mode但是绝对远远低于燃油的费用。用户在电池的使用 过程中不仅要交租金,每次更换电池时根据电池电 量的消耗情况用户还要向电池更换站交纳相应的所 用电费。2.2.2电池的快速更换为了使得更换更加快捷,需要更换电池的车辆 进站之前应向站台提出电池更换请求,以便站台调 度安排停车位置、通知电池更换库准备整车更换电 池并运至更换电池区、准备卸载设备。当车辆进站 后,
17、根据调度指令将车开到更换电池区准确位置, 准备更换电池。在更换电池前,必须仔细翻阅车载 监控装置故障记录,检查车辆电池在运营过程中是 否故障。如果有故障记录,则记录故障信息(包括 故障位置和类型。然后清除故障记录。然后进行更 换电池,首先断开整车的高低压供电,然后才能卸 载电池。卸载的时候,将故障电池和无故障电池分 开摆放。对于故障电池箱,将故障电池和故障信息 一并送维护车间,无故障的电池箱送充电区充电。 卸载完毕后,将已经准备好的电池装车。接通整车 的高低压供电,再进行一次故障诊断,确保更换完 电池之后整车运行正常后将车驶出更换电池区。其 具体流程如图4所示pJ。2.2.3电池的维护当电池在
18、使用过程中,个体电池的容量会出现 严重不均衡的现象。这样在电池串联充电时,只要 有一只电池的充电电压达到最高限制电压,就要立 即停止充电,而此时电压较低的个体电池还处于欠 充状态:反过来在电动汽车行驶过程中,只要有一 只电池的电压下降到最低限制电压,就要断开动力 电池停止放电,而此时电压较高的个体电池容量不 能充分利用。这样长期循环使用下去,电动汽车动 力电池的容量会越来越不均衡,一次充满电的行驶 里程会大大降低。静匦及一攀撕-斟 刻.66. 电力系统保护与控羽图4电池更换流程图Fig.4Flow chart battery replacement为充分利用锂离子动力电池的储能效率,降低 使用
19、成本,充电站建设需要设置电池容量测试与充 放电维护设备,当电动汽车动力电池的容量明显出 现下降时,利用该设备可以对单个电池进行容量测 试,并对容量落后的电池进行多次的充放电操作, 使其活性物质充分激活,容量得到恢复。对于快换 电池模块,利用该设备对单体电池进行容量检测, 把容量一致的电池重新进行配组,提高电池的利用 率。另外可配套建立电池数据用户档案,为电动汽 车客户提供使用建议。2.2.4电池的回收电池租赁的另一大好处在于能回收残值,其中 约50%的价值可以回收再利用,如电池的外壳、电 极等等,所以电池企业采用租赁方式再回收电池, 既能对废弃电池进行专业处理、保护环境,又能整 体节约运营成本
20、,系统综合成本是下降的。虽然锂电池和铅酸蓄电池不同,它不含腐蚀性 化学物质。但是如果任其堆放在垃圾场,不仅造成 浪费,而且存在污染地下水的潜在危险。锂离子电 池其实是可以循环使用的,再循环使用前,先要冷 冻至-325,去除锂金属,然后剪切,分离。尽管 现在锂金属在自由市场很难售出,但是锂电池里其 他金属元素,例如镍、钻,都非常珍贵,如果把锂 离子电池直接送到垃圾场,就太可惜了。3我国电动汽车充电站运营模式的发展方向电动汽车充电站的运营究竞选取哪种模式,应 围绕“快速、健康、高效地推动电动汽车产业的发 展及普及”这一核心目标,结合技术发展趋势和现 实条件进行综合考量。最主要包括以下三个方面: 一
21、是消费者使用的总体经济性、方便性,这关系到 运营模式的竞争力;二是能源供给企业的盈利模式, 这决定着电动汽车充电站的可持续发展能力g三是 对城市电网运行的影响,这是城市整个电网能否安 全、高效地运行的关键因素睁71。1整车充电中的慢速充电方式可以充分利用 低谷电力充电,电费相对降低,但是充电时间过长 使车辆的使用十分不便;快速充电方式下充电时间 短易于车辆的使用,但是充电费用较高,且会大大 缩短电池的使用寿命;而且整车充电模式下初次购 买及后续更换电池的费用很高(约占车辆总费用 30%50%。换电池模式单纯的租赁费和电费支出 可能比整车充电模式有一定幅度增加,但是由于节 省购买电池的费用,如果
22、政策和管理到位,理论上 车辆整个生命时期的运营费用会显著低于整车充电 模式,且换电池模式的灵活性、方便性都相对较好。 2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,能够显著 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,有利于政府施加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,容易建 立起清晰的财务盈利模式,比单纯提供充电服务可获 得更高的经济回报,具有更大的发展空间。3整车充电中的快充大量发展将使得电网谐 波污染问题突出,治理成本提高。换电池模式集中 充电便于统一调度、管理和监控
23、,能够最大程度发 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。综上所述,换电池模式具有更突出的优势和更 广阔的发展前景。考虑到差异化需求和特殊情况下 电能补给的需要,以更换电池为主、整车充电为辅 的运营模式将成为我国电动汽车充电站未来发展的 主流模式。4结束语电动汽车是零排放、零污染的新能源绿色产品, 具有良好的发展前景,而电动汽车的能量补给是其 发展的前提和基础,电动汽车充电站作为电动汽车 能量补给的重要基础设施,它是否具有新颖、高效 的商业化运营模式是该产业发展的关键。本文希望 通过对电动汽车充电站运营模式的
24、探讨,为电动汽 车充电站在中国的长期发展提供思路和理论基础。(下转第71页continuedonpage 71陈星莺,等 基于保护信息的城市电网故障元件定位方法 .7卜(上接第66页continued from page 66参考文献I埃弗雷特M罗杰斯.创新的扩散【M】.辛欣,译.北 京:中央编译出版社,2006.2陶大坤.我国手机电视运营模式探析【J】.温州大学学 报:社会科学版,2009(7:99.104.TAO Da-kun.The discusses of Chinas mobileI Voperation modeJ.Journal of Wenzhou University: So
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29、han-wei， WANG Xiao-lei， YANG Xiao-hui， XU Yi-shan 周逢权,连湛伟,杨校辉,徐怡山,ZHOU Feng-quan,LIAN Zhan-wei,YANG Xiao-hui,XU Yishan(许继电气股份有限公司,河南,许昌,461000， 王晓雷,WANG Xiao-lei(许继电气股份 有限公司,河南,许昌,461000;中原工学院,河南,郑州,450007 电力系统保护与控制 POWER SYSTEM PROTECTION AND CONTROL 2010,38(21 4次 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 参考文献(7条 1.
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31、国市场 2008(19 本文读者也读过(4条 1. 李瑞生.王晓雷.周逢权.李献伟.LI Rui-sheng.WANG Xiao-lei.ZHOU Feng-quan.LI Xian-wei 灵巧潮流控制的 电动汽车智能化充电站期刊论文-电力系统保护与控制2010,38(21 2. 曹秉刚.Cao Binggang 中国电动汽车技术新进展期刊论文-西安交通大学学报2007,41(1 3. 曹秉刚.张传伟.白志峰.李竟成 电动汽车技术进展和发展趋势期刊论文-西安交通大学学报2004,38(1 4. 李雪 电动汽车充电站市场分析期刊论文-商场现代化2010(24 引证文献(4条 1.赵茜 电网企业充换电设施运营模式分析期刊论文-现代经济信息 2011(16 2.林晶怡.陈企楚.李斌.陈毓春 物联网技术在电动汽车换电运营模式中的应用期刊论文-电力信息化 2011(11 3.李如琦.苏浩益 基于排队论的电动汽车充电设施优化配置期刊论文-电力系统自动化 2011(14 4.陈良亮.张浩.倪峰.朱金大 电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨期刊论文-电力系统自动化 2011(14 本文链接：
