前言近年來,環(huán)境污染和能源危機問題日趨嚴重,汽車尾氣成為城市空氣污染的主要來源。以汽油、柴油為主要能源的汽車在給人類帶來更加方便、舒適生活的同時也消耗著有限的石油資源。電動汽車由高性能電池驅動,實現(xiàn)了“以電代油”,是未來綠色交通的理想載體,因此,得到了各國政府、工業(yè)界和科技界的高度重視。經過自20世紀90年代以來動力電池技術的迅速發(fā)展和充電設施網絡的逐步構建,目前,電動汽車在性能和經濟性方面已經接近甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的燃油汽車,市場已初具規(guī)模。電動汽車以其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢,成為我國實施能源持續(xù)利用戰(zhàn)略和低碳經濟轉型的重要途徑。2016年我國純電動汽車產銷分別為41.7萬輛和40.9萬輛。從保有量來看,中國新能源汽車保有量達109萬輛,位居世界第一,與2015年相比增長86.9%。其中,純電動汽車保有量為74.1萬輛,占新能源汽車總量的67.98%,與2015年相比增長223.19%。為支撐電動汽車的推廣應用,我國同步開展了充電網絡建設。截至2017年6月底,我國電動汽車公共類充電樁達到17萬個,加上私人充電樁,充電樁總數(shù)已經超過30萬個。我國政府高度重視電動汽車及充電設施產業(yè)的發(fā)展,近年出臺了多項產業(yè)激勵政策。為加快以電動汽車為主體的新能源汽車的推廣應用,促進汽車產業(yè)轉型升級,2012年國務院印發(fā)《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》,明確了我國節(jié)能與新能源汽車發(fā)展的技術路線和主要目標;2015年國務院辦公廳印發(fā)《關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》(國辦發(fā)〔2015〕73號),大力推進充電基礎設施建設;2015年10月國家發(fā)改委印發(fā)的《電動汽車充電基礎設施發(fā)展指南(2015—2020年)》中規(guī)劃,到2020年,全國將新增集中式充換電站1.2萬座,分散式充電樁480萬個,以滿足全國500萬輛電動汽車充電需求?焖俪潆娪址Q應急充電,在短時間內就能使電池儲電量達到80%以上,與加油時間相仿。相比交流充電,電動汽車快速充電技術能有效地解決電動汽車對快速能源補給的需求,可以降低電動汽車對電池容量的要求,間接延長駕駛里程,降低駕駛員對長途行駛中能量補充速度的擔憂,大大提升用戶體驗的滿意度,是電動汽車市場滿意度的關鍵。在近年各大汽車廠商推出的電動汽車產品中,普遍設計了可以實現(xiàn)快速充電的電池系統(tǒng)。隨著技術的不斷發(fā)展,電動汽車的充電時間也在逐漸縮短。通過對2009—2014年上市后銷量領先的純電動汽車充滿電所需時間統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),充電時間在大趨勢上不斷縮短,快充模式必將是電動汽車能量補給的發(fā)展趨勢。根據我國電動汽車發(fā)展的戰(zhàn)略和目前電動汽車充電需求,高速公路服務區(qū)、城市內公共區(qū)域等場所快速充電方式將成為電動汽車能源補給的重要方式,但目前直流快充樁和交流慢充樁配置比例嚴重失衡(直流與交流約為1∶4),交流充電樁數(shù)量遠遠大于直流快充樁,而實際快速充電的需求遠大于交流慢充,因此急需加大公共區(qū)域直流快充樁的建設布局。建設電動汽車快充網絡,推動電動汽車規(guī);l(fā)展,是落實國家節(jié)能減排政策、解決大氣污染、治理霧霾天氣的重要途徑;也是國家實施電能替代,推進以電代油的重要舉措。為適應快速充電方式將成為公共充電設施發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)的新形勢,我國積極構建電動汽車城市公共快充網絡和城際互聯(lián)快充網絡。為了指導電動汽車充換電服務網絡建設,國家和國家電網公司等相關部門先后出臺了一系列電動汽車充電基礎設施支持政策和規(guī)劃文件!峨妱悠嚦潆娀A設施發(fā)展指南》指出:加快建設以用戶居住地停車位、單位內部停車場、公交及出租等專用場站配建的專用充電基礎設施為主體,以城市公共建筑物配建停車場、社會公共停車場、路內臨時停車位配建的公共充電基礎設施為輔助,以獨立占地的城市快充站、換電站和高速公路服務區(qū)配建的城際快充站為補充,以充電智能服務平臺為支撐,加快建設適度超前、布局合理、功能完善的充電基礎設施體系。鼓勵建設占地少、成本低、見效快的機械式與立體式停車充電一體化設施。對于公交、環(huán)衛(wèi)、機場通勤等定點定線運行的公共服務領域電動汽車,應根據線路運營需求,優(yōu)先在停車場站配建充電設施,沿途合理建設獨立占地的快充站和換電站。充分利用高速公路服務區(qū)停車位建設城際快充站。優(yōu)先推進京津冀魯、長三角、珠三角區(qū)域城際快充網絡建設,適時推進長江中游城市群、中原城市群、成渝城市群、哈長城市群城際快充網絡建設,到2020年初步形成覆蓋大部分主要城市的城際快充網絡,滿足電動汽車城際、省際出行需求。由此看出,在城市內、高速路等公共區(qū)域建設快充網絡已經成為國家層面的發(fā)展重點,通過構建公共快充網絡,將有效支撐電動汽車的出行充電需求。隨著我國大力推進電動汽車規(guī);l(fā)展的戰(zhàn)略方針逐步落實,電動汽車及其快充技術的逐步成熟和深化應用,電動汽車城市公共快充網絡和城際互聯(lián)快充網絡正逐步形成,但充電設施現(xiàn)有運營模式與其發(fā)展模式不相適應。亟需開展快充模式下電動汽車充電設施運營關鍵技術研究,研究電動汽車快充站分時分段計量計費策略及實現(xiàn)方法,研發(fā)電動汽車快充站運營監(jiān)控系統(tǒng)及其與站級監(jiān)控系統(tǒng)的接口,進而開展快充模式下電動汽車充電設施運營成本收益、經濟性能指標和計算模型并形成經濟性能評價體系,推進電動汽車及其充換電技術發(fā)展,為解決化石能源枯竭、大氣污染等問題提供堅強有力的技術支撐。編者
前言1電動汽車產業(yè)發(fā)展概述1.1國內外電動汽車產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1國外電動汽車產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.1.2我國電動汽車產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.2電動汽車產業(yè)發(fā)展趨勢、目標1.2.1電動汽車產業(yè)發(fā)展趨勢1.2.2電動汽車產業(yè)發(fā)展目標2電動汽車充換電技術與充電網絡發(fā)展情況2.1電動汽車能源補給方式2.1.1傳導式充電2.1.2無線充電2.1.3電池更換2.2電動汽車充電技術發(fā)展趨勢2.2.1大功率充電技術發(fā)展趨勢2.2.2無線充電技術發(fā)展趨勢2.3電動汽車充換電設施發(fā)展情況2.3.1電動汽車充換電設施總體情況2.3.2國外電動汽車充換電設施產品情況2.3.3中國電動汽車充換電設施產品情況2.3.4中國各省充電設施政策及建設規(guī)劃分析2.4國際電動汽車充換電網絡建設情況2.4.1國際電動汽車充換電網絡建設總體情況2.4.2典型國家電動汽車充換電網絡建設情況2.5中國電動汽車充換電網絡建設情況2.5.1中國電動汽車充換電網絡建設總體情況2.5.2中國電動汽車快充網絡建設情況3電動汽車充換電運營模式及關鍵技術3.1電動汽車充換電運營模式3.1.1國外主要運營模式3.1.2我國主要運營模式3.1.3運營模式借鑒3.2電動汽車充換電運營關鍵技術3.2.1有序充電技術3.2.2智能繳費技術3.2.3物聯(lián)網技術3.3電動汽車公共充電網絡存在的問題4電動汽車充電、停車需求分析及計費影響因素4.1電動汽車快充模式下不同應用場景下業(yè)務需求4.2電動汽車充電、停車需求建模分析4.2.1電動汽車充電需求建模4.2.2電動汽車停車需求建模4.3電動汽車充電、停車計費影響因素4.3.1充電計費影響因素4.3.2停車計費影響因素5電動汽車快充站分時分段計費策略及實現(xiàn)方法5.1城市快充站計費策略5.2城際快充站計費策略5.3快充站充電服務費計費方法5.3.1服務費時段劃分方法5.3.2分時服務費定價模型5.4快充站停車費計費策略5.5算例分析5.6計費模塊設計6電動汽車快充站運營監(jiān)控系統(tǒng)設計6.1設計原則6.1.1系統(tǒng)的開放性6.1.2系統(tǒng)的分布性6.1.3系統(tǒng)的可靠性和安全性6.1.4系統(tǒng)的可維護性6.1.5系統(tǒng)的實時性6.1.6跨平臺性6.2系統(tǒng)總體設計方案6.2.1運營監(jiān)控系統(tǒng)功能需求6.2.2運營監(jiān)控系統(tǒng)架構設計6.2.3對外服務子系統(tǒng)設計6.2.4系統(tǒng)通信方案設計6.3運營監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)6.3.1車輛管理6.3.2繳費管理6.3.3計量計費6.3.4智能卡管理6.3.5充電設施監(jiān)控6.3.6充電完成提醒6.3.7人員管理6.3.8設備管理和場地管理6.3.9查詢統(tǒng)計6.4軟件支撐平臺及技術6.4.1數(shù)據庫管理系統(tǒng)6.4.2分布式系統(tǒng)管理與監(jiān)控6.4.3高級腳本語言6.4.4可視化技術6.4.5二次開發(fā)接口6.5系統(tǒng)運行環(huán)境及性能指標6.5.1系統(tǒng)運行環(huán)境6.5.2性能指標7快充模式下電動汽車充電設施運營經濟性能評價7.1快充模式下電動汽車充電設施運營收益模型7.1.1電動汽車快充設施投入計算模型7.1.2電動汽車快充設施收入計算模型7.1.3電動汽車快充設施收益計算模型7.2電動汽車快充設施運營經濟性能評價體系7.2.1財務評價指標7.2.2EVA評價指標7.2.3評價方法7.2.4算例8電動汽車快充設施項目盈虧平衡與敏感性分析8.1影響電動汽車快充設施收益的內部因素8.1.1充電站規(guī)模對收益的影響分析8.1.2充電站布局對收益的影響分析8.1.3充電站運營商業(yè)模式對收益的影響8.2影響電動汽車快充設施收益的外部因素8.2.1用戶行為對充電站收益的影響8.2.2政府行為對充電站收益的影響8.2.3企業(yè)競爭策略對充電站收益的影響8.3政府、企業(yè)和用戶之間的博弈行為分析8.3.1政府與充電企業(yè)之間的博弈8.3.2政府與用戶之間的博弈8.3.3企業(yè)與用戶間的博弈8.4快充設施項目風險識別8.4.1規(guī)劃建設風險8.4.2法規(guī)政策調整風險8.4.3企業(yè)經營及用戶行為風險8.4.4行業(yè)技術風險8.4.5市場經濟風險8.5盈虧平衡法分析快充設施經濟性8.5.1NPV模型8.5.2算例分析8.6敏感性分析8.6.1影響因素的選擇8.6.2算例分析9快充模式下電動汽車充電設施技術綜合評價體系9.1技術綜合指標的提出9.1.1容量評估指標9.1.2效率指標9.1.3可靠性指標9.1.4負荷特性指標9.1.5用戶體驗指標9.2技術綜合指標評價體系9.2.1建立多層次評價指標9.2.2指標權重集的確定9.2.3隸屬度的確定9.2.4模糊評價矩陣與綜合評價值的計算9.3算例分析9.3.1充電站概況9.3.2權重的確定9.3.3指標隸屬度的確定9.3.4綜合評價結果的確定參考文獻