纯电动汽车充电桩概要.docx
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纯电动汽车充电桩概要
得分：
南京林业大学
研究生课程论文
2015～2016学年第一学期
课程名称：
电动汽车与混合动力汽车
论文题目：
充电桩的发展与应用
学科专业：
交通运输工程
学号：
8153214
姓名：
孔静
任课教师：
吴君华
二○一五年十二月摘要:
随着近年来环境恶化、节能减排、国家能源安全等问题不断被提上议程，电动车也再次进入世人的眼帘，政府因势利导出台了一系列政策和法规。
电动汽车作为新能源战略和智能电网的重要组成部分，必将成为今后中国汽车工业和能源产业发展的重点。
然而，电动汽车的发展，必须与其他领域相适应，发展才能有所保证，充电桩作为新能源汽车“加油站”的充电基础设施，建设速度一直是新能源汽车发展的软肋。
目前在城市小区的停车位上发展充电桩设备，已成为迫在眉睫的事情，且已成为推动电动汽车全面推广的重要环节，目前一些公司发现了这一契机，现在正加大对充电桩的研究和优化，以期能保障电动汽车产业的健康发展。
关键词：
电动汽车充电桩
一．充电桩实施背景及发展历程
1.实施背景
充电桩作为新能源汽车“加油站”的充电基础设施，建设速度一直是新能源汽车发展的软肋。
今年上半年，我国新能源汽车产销近8万辆，更凸显充电桩建设的滞后性与紧迫性。
最新一期的新能源汽车摇号结果显示，目前新能源汽车摇号的中签率仅约40%。
这也就是新能源车已经被越来越多的人所接受，并且已经很好融入到了我们日常生活之中。
但这也带来了另一个问题：
我国电动汽车在目前的情况下，国家虽有大力倡导，但电动汽车走入寻常百姓家不是容易的。
国家政策可以给（购车补偿、上路等），但是电动汽车充电网建设滞后，则已成为制约发展的瓶颈，主要原因是充电设备建设还没有与电动汽车的发展相适应，但是，电动汽车的发展已成为清洁能源发展的重要组成部分，也是智能电网的重要组成部分，因此，发展的潮流是必然的。
2.发展历程截至目前，我国电动汽车充电站大多局限于电动公交汽车或内部集团用车，还没有建成真正面向不同用户的充电站服务网络。
已经建成或在建的比较有代表性的充电站有如下内容。
2006年，比亚迪在深圳总部建成深圳首个电动汽车充电站。
2008年，北京市奥运会期间建设了国内第一个集中式充电站，可满足50辆纯电动大巴车的动力电池充电需求。
2009年10月，上海市电力公司投资建成上海漕溪电动汽车充电站，是国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站。
2009年底，北京首科集团在健翔桥建设完成了国内第一个包含完整智能微网的北京纯电动乘用车示范充电站。
2009年12月31日，南方电网投产的首批电动汽车充电站（桩）在深圳建成投运，建设规模为2个充电站、134个充电桩（栓）。
2010年3月31日，国家电网公司唐山南湖充电站建成投运，是我国首座国家电网典型设计充电站，可同时为10台电动汽车按快充和慢充两种方式进行充电作业。
二．充电桩
充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。
充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。
充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。
1.功能
充电桩（栓）能实现计时、计电度、计金额充电，可以作为市民购电终端。
同时为提高公共充电桩（栓）的效率和实用性，今后将陆续增加一桩（栓）多充和为电动自行车充电的功能。
2.种类
（1）按安装方式分：
可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。
落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。
挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。
（2）按安装地点分：
按照安装地点，可分为公共充电桩和专用充电桩。
公共充电桩是建设在公共停车场（库）结合停车泊位，为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。
专用充电桩是建设单位（企业）自有停车场（库），为单位（企业）内部人员使用的充电桩。
自用充电桩是建设在个人自有车位（库），为私人用户提供充电的充电桩。
充电桩一般结合停车场（库）的停车位建设。
安装在户外的充电桩防护等级不应低于IP54。
安装在户内的充电桩防护等级不应低于IP32。
（3）按充电接口数分：
可分为一桩一充和一桩多充。
（4）按充电方式分：
充电桩（栓）可分为直流充电桩（栓），交流充电桩（栓）和交直流一体充电桩（栓）。
3.建设要求
作为电网配用电侧的电动汽车充电桩（栓），其结构的特殊性决定了自动化通信系统的特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。
并且随着城市的发展，网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构，因此，电动汽车充电桩（栓）通信方式的选择应考虑如下问题：
（1）通信的可靠性——通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪音干扰的考验，并保持通信的畅通。
（2）建设费用——在满足可靠性的前提下，综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。
（3）双向通信——不仅能实现信息量的上传，还要实现控制量的下达。
（4）多业务的数据传输速率——随着以后终端业务量的不断增长，主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。
（5）通信的灵活性和可扩展性——由于充电桩（栓）具有控制点面多、面广和分散的特点，要求采用标准的通信协议，随着“ALLIP网”络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长，需要考虑基于IP的业务承载，同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。
4.安全要求
（1）变电所应设置安全嗣栏、警示牌、安全信号灯及警铃。
（2）高压配电室和变压器室门外或变电所安全同栏上应悬挂“止步，高压危险”警示牌。
警示牌的标示必须朝向围栏的外侧。
（3）高压配电装置上应有显著的操作指示说明。
设备的接地点应有明显可见的标志。
（4）室内应有明显的“安全通道”或“安全出口”标示牌。
另外，变电所及配电设备的布置设计应便于安装、操作、搬运、检修、试验和监测。
高低压配电室、变压器室、电容器室、控制室内，不应有与其无关的管道和线路通过。
当然，即便充电站技术瓶颈得到了很好的解决，但是充电站建设可能还存在选址困难等问题。
新能源汽车应先以城市为主，但繁华区域往往用地紧张，地价成本较高，这方面需要政府在政策上能予以倾斜．推动充电设施的建设。
由电力企业发展经营电动车充电站具有先天优势。
电力企业将电力直接卖给车辆是一个新的业务，希望电力企业能转变。
5.充电技术
自19世纪第1辆电动汽车面世至今，均采用可充蓄电池作为其动力源。
对于一辆电动汽车来讲，蓄电池充电设备是不可缺少的子系统之一。
它的功能是将电网的电能转化为电动汽车车载蓄电池的电能。
电动汽车充电装置的分类有不同的方法，总体上可分为车载充电装置和非车载充电装置。
车载充电装置指安装在电动汽车上的采用地面交流电网和车载电源对电池组进行充电的装置，包括车载充电机、车载充电发电机组和运行能量回收充电装置，将一根带插头的交流动力电缆线直接插到电动汽车的充电插座中给蓄电池充电。
车载充电装置通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器，也可以是感应充电器。
它完全按照车载蓄电池的种类进行设计，针对性较强。
非车载充电装置，即地面充电装置，主要包括专用充电机、专用充电站、通用充电机、公共场所用充电站等。
它可以满足各种电池的各种充电方式。
通常非车载充电器的功率、体积和重量均比较大，以便能够适应各种充电方式。
另外，根据对电动汽车蓄电池充电时能量转换的方式不同，充电装置可以分为接触式和感应式。
随着电力电子技术和变流控制技术的飞速发展，高精度可控变流技术的成熟和普及，分阶段恒流充电模式已经基本被充电电流和充电电压连续变化的恒压限流充电模式取代。
主导充电工艺的还是恒压限流充电模式。
接触式充电的最大问题在于它的安全性和通用性。
为了使它满足严格的安全充电标准，必须在电路上采用许多措施使充电设备能够在各种环境下安全充电，恒压限流充电和分阶段恒流充电均属于接触式充电技术。
新型的电动汽车感应充电技术发展很快。
感应充电器是利用高频交流磁场的变压器原理，将电能从离车的原方感应到车载的副方，以达到给蓄电池充电的目的。
感应充电的最大优点是安全，这是因为充电器与车辆之间并无直接的点接触，即使车辆在恶劣的气候下，如雨雪天，进行充电也无触电的危险。
6.通信方式
电动汽车充电桩属于配电网侧，其通信方式往往和配电网自动化一起综合考虑。
通信是配电网自动化的一个重点和难点，区域不同、条件不同，可应用的通信方式也不同，具体到电动汽车充电桩，其通信方式主要有有线方式和无线方式：
（1）有线方式
有线方式主要有：
有线以太网（RJ45线、光纤）、工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）。
有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大，缺点是布线复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差。
工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）优点是数据传输可靠，设计简单，缺点是布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。
（2）无线方式
无线方式主要采用移动运营商的移动数据接入业务，如：
GRPS、EVDO、CDMA等。
采用移动运营商的移动数据业务需要将电动汽车充电桩这一电网内部设备接入移动运营商的移动数据网络，需要支付昂贵的月租和年费，随着充电桩数量的增加费用将越来越大；同时数据的安全性和网络的可靠性都受到移动运营商的限制，不利于设备的安全运行；其次，移动运营商的移动接入带宽属共享带宽，当局部区域有大量设备接入时，其接入的可靠性和每个用户的平均带宽会恶化，不利于充电桩群的密集接入、大数据量的数据传输。
三．国内电动汽车充电桩的发展情况
1.发展状况
国内模式目前我国正处于充电站基础设施建设的高峰期，政府和企业关注于充电站专业服务是直充还是换电的选择中，国内充电站的综合服务尚未开发。
（1）充电站成功运营案例：
国内现有的两个最大最成熟的电动汽车充电站就是北京奥运充电站和上海世博充电站，这两个充电站目前都是为城市电动公交客车提供电池快速更换服务，两个充电站目前都不属于正式商业运营，只是政府组织下的试点运行。
两个充电站的共同点就是都是由当地公交集团主导运行，充电站由国家重大专项资金和地方出资建立，电动客车归属公交集团运行，北京奥运充电站使用的动力蓄电池从电池厂家租赁，按照使用的电量每月付给电池厂家租赁费用（约1度电4元人民币），而上海世博充电站则直接从电池厂家购买电池，同时电池厂家负责初期电池的维护保养，并完成相关技术人员的培训工作，之后电池的所有权归充电站。
（2）目前，国家电网正加快与各地方政府合作，以加快充电站的建设进度。
根据年初国家电网公司工作会议上总经理刘振亚提出的规划，年内国家电网将在
27个省市（区）建立公用充电站75座、交流充电桩6209台以及部分电池更换站。
目前已宣布项目包括，国家电网陕西省电力公司与西安合作年后建立5座中型电动汽车充电站；成都省电力公司与地方政府合作年内建立3座电动汽车充电站和300个充电桩；湖北省电力公司与宜昌市合作年内建立1座大型充电站，
16个充电桩；重庆市电力公司与重庆合作年内建立50个充电桩中海油：
与中国普天合资成立了普天海油新能源动力有限公司，专门运营电动汽车能源供给网络。
合资公司已与众泰汽车合作，计划于今年上半年在中国2个以上省会城市启动纯电动汽车充电站网络建设。
中石化：
中石化宣布以北京作为突破口，首次进入充电站行业。
中石化旗下北京石油分公司已与北京首科集团公司共同出资成立了北京中石化首科新能源科技有限公司，将主要利用中石化现有面积较大的加油、加气站改建成加油充电综合服务站。
中石化将以北京作为进入充电站行业的突破口，其加油充电综合服务站最终将扩展到全市范围，进而扩展到河北、天津甚至更大范围。
中石油：
据称与地方政府部门有接触，提出建设电动汽车充电站的想法。
（3）国家电网公司的充电站投资计划：
国家电网将分三个阶段大力建设充电站和充电桩。
第一阶段（2010年）充电站主设备总投资规模将达到3亿元，在27个网省公司建设75座充电站和6209个充电桩，初步建成电动汽车充电设施网络架构；第二阶段（2011-2015年）投资140亿元，电动汽车充电站规模达到4000座，同步大力推广建设充电桩，初步形成电动汽车充电网络；第三阶段（2016-2020年）投资180亿元，电动汽车充电站达到10000座，同步全面开展充电桩配套建设，建成完整的电动汽车充电网络。
到2020年充电站主设备总投资将达到320亿元。
2010年充电站主设备中充电机、电能监控系统、有源滤波装置的投资规模分别将达到1.5亿元、2000万元、6300万元，第二阶段的年均投资规模将迅速增长至14.4亿元、1.6亿元、6.72亿元。
2010年充电桩投资规模1.6亿元，2011-2015充电桩投资规模45亿元，年均投资9亿元，是第一阶段年均投资规模的5倍。
到2020年，充电桩总投资将达到125亿元。
2.目前国内充电桩存在的发展壁垒
（1）充电电流由10安培-100安培不等，对充电桩大功率充电模块要求较高。
（2）电动车采用的锂离子电池对过充过放要求严格，充电装置需要配备高精度监控系统。
（3）目前国家电网、南方电网两大电网公司主导充电站市场的格局基本形成，新进入者将面临较高壁垒。
3.我国电动汽车充电桩运营模式的选择
截至2013年底，我国各类新能源汽车累计销售大约4．5万辆，远落后于美国累计销售20万辆，其中私人购置新能源汽车只有一小部分。
电动汽车在我国还处于发展初期，电动汽车基数小，截至2013年底电网企业已累计建成1．9万台充电桩，并且一小区27个充电桩仅一业主开电动汽车，电网企业布局充电桩闲置情况各地都有存在，电网企业要想获得盈利，还是处于“万里长征第一步”都没开始的阶段。
因此现阶段不宜单纯采用某一种模式，较为理想的选择应是“汽车厂商+电网企业”的联盟模式，即汽车厂商和电网企业联盟建设运营充电桩。
电网企业具有电能提供的条件，汽车厂商拥有庞大的终端销售网络以及掌握着充电桩的运营经验，二者的合作能到达互利共赢的局面。
汽车厂商在电力技术问题上难以突破，而电网企业建设充电桩也离不开汽车厂商，所以双方的联盟可以实现优势互补，推动电动汽车标准统一，推动电动汽车市场化进程。
该模式不仅具备理论依据，而且可以克服单纯的电网企业主导模式和汽车厂商主导模式的缺点，能较好地满足现阶段充电桩建设与运营的需要。
4.应用方案
电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具，今后的普及速度会异常迅猛，未来的市场前景也是异常巨大的。
在全球能源危机和环境危机严重的大背景下，我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展，充/换电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施，具有非常重要的社会效益和经济效益。
一场兴建电动汽车充/换电站的运动已经在全国范围内展开。
整体系统由四部分组成：
电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统（BMS）、充电管理服务平台。
电动汽车充电桩（栓）的控制电路主要由嵌入式ARM处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音输出接口，实现语音交互。
用户可根据液晶显示屏指示选择4种充电模式：
包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。
电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互，为了安全起见，电量计费和金额数据实现安全加密。
电池管理系统系统（BMS）的主要功能是监控电池的工作状态（电池的电压、电流和温度）、预测动力电池的电池容量（SOC）和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。
充电服务管理平台主要有三个功能：
充电管理、充电运营、综合查询。
充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩（栓）信息；充电运营主要对用户充电进行计费管理；综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。
四．我国充电桩的发展前景
（1）电动汽车，一直被看做是下一代汽车的发展趋势。
作为电动汽车的“加油站”，充电桩建设的全面开展，无疑会提供巨大的市场。
在北上广这三大城市，由于交通拥堵，纷纷通过车牌进行购车限制。
不过由于电动车的环保作用，政府从上层支持电动车，因此北上广等大城市都有相关政策，进入其相关名录的电动车可以直接获得车牌，这一点从政策方面刺激了电动车的需求。
同时，国内成品油价格上涨速度高于下降速度，最终车主承受的是越来越高的油价，电动车可以代替部分汽油柴油的消耗，降低了这部分成本。
毋庸置疑充电桩是新能源战略推进的终端市场，如能在现在抢占先机，对资本的盈利有极大好处。
（2）政府大力度的扶持和推进，刺激了众多企业对于充电桩产业的期待。
一位行业人士表示，除了国家电网、南方电网、中石化等能源巨头外，汽车企业和电气生产企业积极性都很高。
像比亚迪、北汽这类电动车企业早已开始建设通用充电桩，许继电气、西门子这类行业内企业也已开始开发或投资充电站的建设。
按照相关测算，未来5年内，充电站的营业规模每年有望超过千亿。
从国家今年的各项动作来看，电动车的充电基础设施建设将在今年爆发。
（3）民资虎视眈眈充电桩市场。
由于电动汽车每天需要补充大量电能，经营充电站就可以获得巨大的充电服务收益。
相对于加油站，电能比较安全和方便，可在各地大量安装设置充电站。
根据投资规模，小到社区慢速充电桩，大到公路快速充电站，单站经营，组网经营均可。
对于充电站市场的开放，国家电网以后可能更多地会偏向服务和电力供应，让充电站建设更充分地与市场融合，大家都将是同一个市场的竞争者。
因此提前准备、提前规划，对从事电池生产的企业来说很重要。
充换电市场，政策有倾斜，市场有潜力，投资又少，将面临较大的商机。
（4）要取得较为可观的收益尚需时日。
如今，除了北京、天津、上海、杭州等地相继出台充电设施建设规划之外，不少地方政府还提出新建小区配套充电桩的新思路，这不仅可缓解电动汽车使用者的“里程焦虑”问题，更将大幅、直接拉动充电桩生产企业的销量。
充电桩作为新能源汽车产业链的重要下游支柱行业，其市场化前景似乎相当乐观。
尽管行业前景被一致看好，但目前电动汽车市场的发展并未完全成熟。
标准、规划和土地三大问题拦在充电桩建设的路前，成体系的充电桩建设并不一帆风顺。
参考文献：
[1]充电桩原理．XX文库[引用日期2015-12-24]
[2]
科技管理研究
刘娟娟.曹胜兰.LIUJuanjuan.CAOShenglan电动汽车充电桩运营模式研究[J]-2015（19）
[3]充电桩之路:
荆棘密布[期刊论文]-中国质量万里行2015（9）
[4]王荣.王海燕智能小区汽车充电桩的发展探究[J]-科技创新与应用2015（27）
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