“加油”，电动汽车

国内首座电动汽车充电和换电于一体的综合型充换电站观察
本刊记者 张逸飞 刘津　 通讯员 杨晓君

　  “将来电动汽车大规模发展起来，对电网的影响将是非常巨大的，如果电动汽车数量大增，不控制地无序充电，将给电网带来极重的负担。试想一下，如果有车族都集中在晚上下班回家后进行充电，那么将给本来就属于用电晚高峰的时段造成“峰上加峰”的现象。”电动汽车专家、中国电力科学研究院电工与新材料研究所副所长李武峰的心中一直有这样一个隐忧。日前，我国自行设计建设的第一个集充电和换电为一体、同时服务大型车和小型车的多功能充换电站——苏州市邓蔚路电动汽车充换电站工程顺利建成。这种充换电模式或许可以解决一直困扰李所长的问题。

　  “充电”还是“换电”，这是一个问题

　  众所周知，电动汽车以电力驱动，当电动汽车动力电池电能消耗到一定程度，就必须使用充电装置对其动力电池进行电能补充，从而满足电动汽车的循环使用。对电动汽车进行充电，目前的技术条件下主要有两种方式，充电和换电。

　  李武峰告诉记者，所谓充电，就是使用外部提供的交流或直流电源给电动汽车进行整车充电。目前已建成的充电站均设置了数个至数十个充电桩，并且有服务人员提供充电服务。型式相当于加油站，充电桩就像是加油站里的加油机，占地面积不大，柱子上装有充电插头，直接把插头连在汽车插座上就可以充电。这种方式充电时间一般需要2至8个小时，一些型号的电动汽车充电时间可能长达10多个小时。

　  如果要缩短充电时间，则可使用快速充电方式。它并不需要把电池完全充满，只要满足车辆行驶需要便可。快速充电使用直流充电机，可在20分钟至30分钟的时间里，为电池充电50%至80%。但使用该种方式充电将会明显缩短车载电池的使用寿命，整体看来经济性并没有明显的提高，因此并不能作为平时车辆使用的常态。
总体来说，电动汽车充电站建设内容相对简单，应用设备少，技术复杂度也相对较低，建设所需投资较小。但因为车辆充电方式时间一般较长，所以站内需要为车辆提供足够的停放位置，服务能力受场地限制较大。此外，电动汽车充电站网络无法短期建成，还有一个主要原因是给电动汽车快速充电需要瞬时强大的功率电力，常规电网无法满足，必须要建专用充电网络，这涉及整个配电网的改造，技术难度大，所需投资更是巨大，非一朝一夕所能实现。而在目前条件下，能够较好的解决快速充电问题的方案就是建设“电动汽车换电站”，即利用给汽车更换电池的方法代替漫长的充电过程。

　  使用换电型式的电动汽车，通常需要配备两块电池，当一块电池用完后自动切换到另一块，此时可到换电站将用完的电池换下，装上满电的电池。而换下的电池由电站统一充电和维护。这个方法优点是电池更换时间短，可服务的车辆大大增加，充电设备利用率大大提高，用户换完电池就可以上路；此外，换电站对电池的充电可以择避开电动汽车集中充电时对电网的冲击，因此对配电网改造的依赖并不明显。但换电站需要增加备用更换电池、电池架、更换设备等一系列设备和设施，技术相对复杂，投资也随之增加。

　  当然，无论建设充电站还是换电站，都面临着无法根治的“先天不足”。那么，究竟有没有一个万全之策呢？

　  充换电一体先进独特的设计理念“初体验”

　  苏州市邓蔚路电动汽车充换电站就是集充电和换电于一体的新型模式，并且可以为国内主流电动汽车车型进行换电，颇具实用意义。中国电科院北京国网普瑞特高压输电技术有限公司项目经理陈光介绍说：“苏州市邓蔚路电动汽车充换电站原址地形特殊，进深短，面宽大，有效利用面积小，于是，我们就想到了建设一座‘充换电站’！”为此，中国电科院技术人员在项目前期广开思路，将充、换电有机结合，建成国内首座既有大、小车整车充电，又有大、小车换电的充换电站。

　  苏州邓蔚路电动汽车充换电站占地面积1790平米，建筑面积672平米，场内交通合理，将有限的用地最大化地利用起来。站内设置全齐，可为来此等候充电的顾客提供便捷全面的服务。与目前国内建设的大多数普通充/换电站不同，该站既使用了整车充电方式，也使用了电池更换方式，可为大型电动公交车、小型电动轿车和电力工程车提供电池充电或更换服务。在它的功能设计上，中国电科院的工程技术人员更是展现了先进和独特的设计理念，开国内充换电站建设之先河。

　  首先，它引入了自动仓储式电池充电系统，实现采用电池更换模式的电动车电池以箱为单位的电池自动出入库管理；采用无线射频电子标签（RFID），可实现电池的自动识别与物流管理；它的电池架与充电机相连，实现货位上的电池自动检测与充电管理。该站可实现电池取放，电池输送、电池充电全自动操作，提高了电动车换电站自动化水平、提高场地利用率、减轻电池更换工作量。

　  其次，该站的设计可有效提高场地利用效率，降低投资成本。目前，国内其他充换电站均为单一型充换电站，即：或者为整车充电站，或者为电池更换站。充电站占地面积小，投资小，但场地利用率低，电动车充电时间长；而换电站场地利用率高、充电时间短，但投资规模却较大，难以大面积推广。而苏州邓蔚路充电站则将充电站与换电站优点有机结合，兼有两种方案的优点。它设置了5个整车充电位和1个电池更换位，实现了可充可换的设计理念。其自动更换电池的设计可充分利用现有场地面积，提升场地利用率，缩短充电时间。

再次，邓蔚路充换电站的设计理念适用范围更广。目前，国外电池更换充电的需求较少，只有BP公司等几家公司尝试，并只针对小型乘用车；而国内在运行电池更换站目前只有中国电科院负责建设的“奥运”及“世博”换电站，其需求均是只针对大型公交车，占地面积大和投资均较大。相比之下，邓蔚路充换电站自动仓储系统目前设计服务车辆的类型包括苏州金龙纯电动公交车、江铃全顺纯电动服务车、郑州日产锐骐纯电动工程车、海马普力马型轿车等四类，可兼顾大型公交进行整车充电、小型轿车进行整车充电、大型公交进行电池更换、小型轿车进行电池更换，适用性和使用范围大大增加。

　  电动汽车配套产业乘风而行

　  李武峰告诉记者，要发展电动汽车产业，自主创新是一条必由之路。自2006年公司开展推动电动汽车发展工作以来，中国电科院持续在关键技术研究、充电设施研发、车辆示范运行管理、标准制订和政策研究等方面开展大量工作，为发展电动汽车提供了全面的技术支撑。

　  近年来，中国电科院在国家电网公司的大力支持下，在大量前期基础研究的基础上，立足自主创新，对我国电动汽车充、换电设施科研攻关进行了积极的探索。2008年，中国电科院与有关单位合作，为北京奥运会电动公交车充电站研发了充电机和充电监控系统，目前设备已经连续运行两年，情况良好，得到了国家和地方政府有关部门的高度评价。2009年，按照国家电网公司关于全面开展电动汽车充电设施建设的工作部署，中国电科院全面启动了电动汽车充电设施研发和产业化工作，组织精干技术力量，依托自身在电动汽车充电、电力电子、电力计量等方面的综合技术优势和技术积累，全力开展电动汽车充电设施攻关工作。今年2月，中国电科院成功研发出100千瓦电动汽车直流充电机和7千瓦交流充电桩，相较国内外同类产品优势显著——直流充电机功率因数高、谐波含量小，交流充电桩可刷卡充电、自动计费，结构简单可靠。

　  在此基础上，中国电科院的2座电动汽车充电站和1个充电监控中心于4月竣工，标志着国内第一个电动汽车充电设施实验室顺利投运。依托该实验室，中国电科院正在重点开展电动汽车充电技术研究和设备研制，以及电动汽车与智能电网双向能量转换等研究，进行电动汽车充电设施标准制定、设备检测、政策研究等工作，收集试验运行数据，为电动汽车充电设施建设及产业化发展提供有效的实验平台。今年5月，中国电科院研制的充电监控系统在上海世博会电动汽车充电站成功投运，该站占地约6200平方米，负责为园区内120辆纯电动公交车提供电池更换和维护服务，是目前世界上最大规模的纯电动汽车充电站。

　  目前，中国电科院正全面开展电动汽车充电设施产业化工作，重点攻关电池更换站集中充电技术、电池成组应用技术以及电池维护技术，延长电池寿命，提高充电设施运营经济性，研究整车充电及电池更换模式下计量计费信息交互技术，完善充电设施商业运营模式，建设充电设施生产线，并具备通用化、系列化、标准化、规模化产品生产能力，为电动汽车充电站及电池更换站建设提供完整解决方案；建立完善的电动汽车充电设备试验检测体系，持续提高产品的技术性能，不断降低成本造价，大力提高电动汽车充电设施产业的市场竞争能力。

　  苏州邓蔚路充换电站的投运，是我国电动汽车基础设施建设史上一个新的里程碑，是国家电网公司在电动汽车充电设施建设上的崭新突破。凸显了公司立足电动汽车能源供应企业、积极建设多种充电设施、满足各种车型充电服务需要、全面推动电动汽车发展的战略理念；也是公司在坚强智能电网建设方面新的尝试，对电动汽车与坚强智能电网的应用结合具有积极的示范意义。

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