電動(dòng)汽車(chē)充電站運營(yíng)模式探析

0 引言

目前，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)迅猛發(fā)展，與電動(dòng)汽車(chē)相配套的充電站正成為一種新興產(chǎn)業(yè)，各種資本正競相進(jìn)入該領(lǐng)域。國家電網(wǎng)已將電動(dòng)汽車(chē)充電站并入智能電網(wǎng)統一規劃，率先宣布2010 年將在全國27個(gè)城市建設充電站網(wǎng)絡(luò )，擬建公用充電站75 座、交流充電樁6 209 臺以及部分電池更換站。南方電網(wǎng)也在大規模鋪開(kāi)充電網(wǎng)絡(luò )建設，據了解，僅深圳市2009～2015 年要興建250 個(gè)充電站，12500 個(gè)充電樁，共需采購設備5 億元，其中充電設備價(jià)值約3.39億元（扣除變配電設備）。除了兩大電網(wǎng)公司外，兩大能源央企（中石化和中石油）也開(kāi)始布局充電站市場(chǎng)。
然而，“一項新的、先進(jìn)的技術(shù)或方法不能指望潛在的消費者能夠廣泛地認識到它所謂的顯而易見(jiàn)的利益，它是一個(gè)社會(huì )過(guò)程，涉及到人的價(jià)值觀(guān)、消費習慣、生活經(jīng)驗甚至是人際關(guān)系影響，它是整個(gè)社會(huì )系統的結構和功能發(fā)生變化的過(guò)程。”因此，一項新的產(chǎn)業(yè)僅有技術(shù)的創(chuàng )新是不夠的，它還需要商業(yè)運營(yíng)模式的創(chuàng )新。技術(shù)進(jìn)步只是產(chǎn)業(yè)增長(cháng)的外在表現，基于制度基因的商業(yè)模式的創(chuàng )新才是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在我國，電動(dòng)汽車(chē)充電站的業(yè)務(wù)才剛剛起步，運營(yíng)模式還沒(méi)形成，各個(gè)相關(guān)的利益群體對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的傾向也不盡相同。根據國外電動(dòng)汽車(chē)充電站的實(shí)際情況來(lái)看，根據技術(shù)與充電方式的不同，電動(dòng)汽車(chē)充電站的運營(yíng)模式基本上可以分為“整車(chē)充電”與“電池更換”兩種模式。

1 整車(chē)充電模式

1.1 整車(chē)充電模式思想

整車(chē)充電模式是很多國家研究試驗的重點(diǎn)，這種模式把電池與車(chē)輛作為一個(gè)整體來(lái)考慮，其規?；l(fā)展的關(guān)鍵是能夠研制生產(chǎn)出“容量大、成本低、充電快、壽命長(cháng)”的電池產(chǎn)品，在便捷性上滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，具體又包括常規充電和快速充電兩種類(lèi)型。

1.1.1 常規充電

蓄電池在放電終止后，應立即充電，充電電流相當低，大小約為15 A，這種充電叫做常規充電（普通充電）。常規蓄電池的充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電，一般充電時(shí)間為5～8 h，甚至長(cháng)達10 至20 多個(gè)小時(shí)。盡管充電時(shí)間較長(cháng)，但因為所用功率和電流的額定值并不關(guān)鍵，因此充電器和安裝成本比較低；可充分利用電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低充電成本；可提高充電效率和延長(cháng)電池的使用壽命。

這種充電方式通常適用于：設計電動(dòng)汽車(chē)的續駛里程盡可能大，需滿(mǎn)足車(chē)輛一天運營(yíng)需要，僅僅利用晚間停運時(shí)間充電?，F階段技術(shù)條件下，電池的續駛里程大約為200 km，像私家車(chē)、市內環(huán)衛車(chē)、企業(yè)商務(wù)車(chē)等車(chē)輛日均行駛里程都在電池的續駛里程范圍之內，均可采用常規充電的方式。

1.1.2 快速充電

快速充電又稱(chēng)應急充電，是以較大電流短時(shí)間在電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)的20 min 至2 h 內（具體的充電時(shí)間由電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的接收能力而定），為其提供短時(shí)充電服務(wù)，一般充電電流為150～400 A。充電時(shí)間短；充電電池壽命長(cháng)（可充電2000 次以上）；沒(méi)有記憶性，可以大容量充電及放電，在幾分鐘內就可充70%～80%的電；由于充電在短時(shí)間內（約為10～15 min）就能使電池儲電量達到80%～90%，與加油時(shí)間相仿，使電動(dòng)汽車(chē)使用起來(lái)非常方便。

這種充電方式適用情況為：電動(dòng)汽車(chē)的日平均里程大于電池的續駛里程即200 km，即在車(chē)輛運行的間隙進(jìn)行快速補充電，來(lái)滿(mǎn)足運營(yíng)需要；比如公交車(chē)、出租車(chē)等車(chē)輛它們的日平均行駛里程在300 km 左右，則還有100 km 左右的電量需要在峰、平時(shí)段通過(guò)快速充電的方式進(jìn)行補充。當然也可以采用更換電池的方式來(lái)進(jìn)行能量的補給。

1.2 整車(chē)充電模式的運營(yíng)及盈利方式透析

電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)充電模式中的常規充電和快速充電的盈利方式是一樣的，只是向用戶(hù)所收取的充電費用不同而已。該模式運營(yíng)需要行業(yè)方方面面的企業(yè)和個(gè)人的參與，主要包括電動(dòng)汽車(chē)制造商、電池生產(chǎn)商、中間運營(yíng)商（建站企業(yè)）、能源供給企業(yè)及充電站、電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)及政府部門(mén)。

該模式在運營(yíng)過(guò)程中首先是能源供給企業(yè)通過(guò)向中間運營(yíng)商（建站企業(yè)）支付一定的建站費用來(lái)建設電動(dòng)汽車(chē)充電站。當用戶(hù)來(lái)充電站對電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)能源供給企業(yè)及充電站向用戶(hù)收取一定的充電費用來(lái)實(shí)現自身的盈利。能源供給企業(yè)及充電站利潤值=（用戶(hù)的充電費用+政府部門(mén)建站補貼）-（電動(dòng)汽車(chē)充電站建設費+電動(dòng)汽車(chē)充電站日常運營(yíng)費），具體的運營(yíng)過(guò)程如圖1 所示。

1.3 整車(chē)充電的管理與繳費

整車(chē)充電的管理與繳費是通過(guò)刷卡的形式進(jìn)行的。電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)可通過(guò)能源供給企業(yè)提供的IC卡進(jìn)行汽車(chē)充電繳費。目前，電動(dòng)汽車(chē)充電電價(jià)還沒(méi)有統一的規定，不過(guò)各省市可以按當地普通商業(yè)用電其他類(lèi)別收取。
當用戶(hù)需要充電時(shí)，將IC 卡置于插卡口內，充電樁根據IC 卡內的信息進(jìn)行用戶(hù)身份確認，得到確認后提示用戶(hù)進(jìn)行正確的連接；然后用戶(hù)把充電樁上的充電槍與車(chē)輛進(jìn)行連接，同時(shí)在充電樁操作界面上進(jìn)行充電參數設定，選擇充電模式（定量充電、定金額充電、自動(dòng)充滿(mǎn)）等；當用戶(hù)完成設定工作并啟動(dòng)充電后，充電樁執行相應的數據讀取、記錄等處理工作，并控制電氣回路為輸出連接器加電；充電過(guò)程啟動(dòng)后，用戶(hù)取走IC 卡，充電樁自動(dòng)進(jìn)行充電及相關(guān)數據計量、記錄處理；當充電過(guò)程達到結束條件后，充電樁停止充電。當用戶(hù)再次刷卡后，操作界面顯示完整的充電信息，提示用戶(hù)斷開(kāi)充電樁與車(chē)輛的連接，并進(jìn)行有關(guān)費用結算操作，打印收費單據等（在此時(shí)如果用戶(hù)直接把卡取走而不進(jìn)行費用的結算，那么在用戶(hù)下次進(jìn)行充電時(shí)，計費系統會(huì )自動(dòng)扣掉上次充電應交的充電費用，否則不再給當前用戶(hù)進(jìn)行充電服務(wù)）；其具體流程如圖2所示。

2 更換電池模式

2.1 更換電池模式思想

更換電池模式也稱(chēng)租賃電池模式，是一種把車(chē)輛與電池分開(kāi)考慮的思路。用戶(hù)只購買(mǎi)汽車(chē)，由專(zhuān)門(mén)的電池租賃公司負責電池的購買(mǎi)、租賃、充電、快速更換及管理?？梢宰層脩?hù)像“汽車(chē)加油”一樣方便地得到能源供給。它的運營(yíng)模式是通過(guò)各個(gè)電池更換站集中對標準化的電池充電，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)需要補充能源時(shí)，可以非常方便地到任意一個(gè)更換站更換充好的電池。

2.2 更換電池模式的運營(yíng)及盈利方式透析

電動(dòng)汽車(chē)更換電池模式的運營(yíng)與整車(chē)充電模式的運營(yíng)所需要參與的企業(yè)和個(gè)人是一樣的，在上面已經(jīng)具體的給出在這不再一一介紹。能源供給企業(yè)及換電站利潤值=（用戶(hù)的所用電費+電池租賃費+賣(mài)廢舊電池所得利潤+政府部門(mén)補貼）-（電池購買(mǎi)費用+電池更換站建設費+電池維護費用+電池更換站日常運營(yíng)費），具體的運營(yíng)過(guò)程如圖3 所示，其具體的運營(yíng)過(guò)程包括電池的租賃、電池的更換、電池的維護和電池的回收。

2.2.1 電池租賃

能源供給企業(yè)購買(mǎi)電池后通過(guò)向中間運營(yíng)商（建站企業(yè)）支付一定的建站費用來(lái)進(jìn)行更換站的建設。電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)在購買(mǎi)“裸車(chē)”后，去電池更換站辦理相應的“租賃手續”及交一定的租金就能使電動(dòng)汽車(chē)投入使用。租賃的手續及租金由相關(guān)部門(mén)協(xié)商而定，對于租金可以肯定的是，因為換給消費者的是一塊充滿(mǎn)電的電池，加上一些其他成本，租賃電池的價(jià)格肯定要比消費者自己在家充電貴，但是絕對遠遠低于燃油的費用。用戶(hù)在電池的使用過(guò)程中不僅要交租金，每次更換電池時(shí)根據電池電量的消耗情況用戶(hù)還要向電池更換站交納相應的所用電費。

2.2.2 電池的快速更換

為了使得更換更加快捷，需要更換電池的車(chē)輛進(jìn)站之前應向站臺提出電池更換請求，以便站臺調度安排停車(chē)位置、通知電池更換庫準備整車(chē)更換電池并運至更換電池區、準備卸載設備。當車(chē)輛進(jìn)站后，根據調度指令將車(chē)開(kāi)到更換電池區準確位置，準備更換電池。在更換電池前，必須仔細翻閱車(chē)載監控裝置故障記錄，檢查車(chē)輛電池在運營(yíng)過(guò)程中是否故障。如果有故障記錄，則記錄故障信息（包括故障位置和類(lèi)型）。然后清除故障記錄。然后進(jìn)行更換電池，首先斷開(kāi)整車(chē)的高低壓供電，然后才能卸載電池。卸載的時(shí)候，將故障電池和無(wú)故障電池分開(kāi)擺放。對于故障電池箱，將故障電池和故障信息一并送維護車(chē)間，無(wú)故障的電池箱送充電區充電。卸載完畢后，將已經(jīng)準備好的電池裝車(chē)。接通整車(chē)的高低壓供電，再進(jìn)行一次故障診斷，確保更換完電池之后整車(chē)運行正常后將車(chē)駛出更換電池區。其具體流程如圖4 所示。

2.2.3 電池的維護

當電池在使用過(guò)程中，個(gè)體電池的容量會(huì )出現嚴重不均衡的現象。這樣在電池串聯(lián)充電時(shí)，只要有一只電池的充電電壓達到最高限制電壓，就要立即停止充電，而此時(shí)電壓較低的個(gè)體電池還處于欠充狀態(tài)；反過(guò)來(lái)在電動(dòng)汽車(chē)行駛過(guò)程中，只要有一只電池的電壓下降到最低限制電壓，就要斷開(kāi)動(dòng)力電池停止放電，而此時(shí)電壓較高的個(gè)體電池容量不能充分利用。這樣長(cháng)期循環(huán)使用下去，電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的容量會(huì )越來(lái)越不均衡，一次充滿(mǎn)電的行駛里程會(huì )大大降低。

為充分利用鋰離子動(dòng)力電池的儲能效率，降低使用成本，充電站建設需要設置電池容量測試與充放電維護設備，當電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的容量明顯出現下降時(shí)，利用該設備可以對單個(gè)電池進(jìn)行容量測試，并對容量落后的電池進(jìn)行多次的充放電操作，使其活性物質(zhì)充分激活，容量得到恢復。對于快換電池模塊，利用該設備對單體電池進(jìn)行容量檢測，把容量一致的電池重新進(jìn)行配組，提高電池的利用率。另外可配套建立電池數據用戶(hù)檔案，為電動(dòng)汽車(chē)客戶(hù)提供使用建議。

2.2.4 電池的回收

電池租賃的另一大好處在于能回收殘值，其中約50%的價(jià)值可以回收再利用，如電池的外殼、電極等等，所以電池企業(yè)采用租賃方式再回收電池，既能對廢棄電池進(jìn)行專(zhuān)業(yè)處理、保護環(huán)境，又能整體節約運營(yíng)成本，系統綜合成本是下降的。

雖然鋰電池和鉛酸蓄電池不同，它不含腐蝕性化學(xué)物質(zhì)。但是如果任其堆放在垃圾場(chǎng)，不僅造成浪費，而且存在污染地下水的潛在危險。鋰離子電池其實(shí)是可以循環(huán)使用的，再循環(huán)使用前，先要冷凍至-325℃，去除鋰金屬，然后剪切，分離。盡管現在鋰金屬在自由市場(chǎng)很難售出，但是鋰電池里其他金屬元素，例如鎳、鈷，都非常珍貴，如果把鋰離子電池直接送到垃圾場(chǎng)，就太可惜了。

3 我國電動(dòng)汽車(chē)充電站運營(yíng)模式的發(fā)展方向

電動(dòng)汽車(chē)充電站的運營(yíng)究竟選取哪種模式，應圍繞“快速、健康、高效地推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及普及”這一核心目標，結合技術(shù)發(fā)展趨勢和現實(shí)條件進(jìn)行綜合考量。最主要包括以下三個(gè)方面：

一是消費者使用的總體經(jīng)濟性、方便性，這關(guān)系到運營(yíng)模式的競爭力；二是能源供給企業(yè)的盈利模式，這決定著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)充電站的可持續發(fā)展能力；三是對城市電網(wǎng)運行的影響，這是城市整個(gè)電網(wǎng)能否安全、高效地運行的關(guān)鍵因素。

1）整車(chē)充電中的慢速充電方式可以充分利用低谷電力充電，電費相對降低，但是充電時(shí)間過(guò)長(cháng)使車(chē)輛的使用十分不便；快速充電方式下充電時(shí)間短易于車(chē)輛的使用，但是充電費用較高，且會(huì )大大縮短電池的使用壽命；而且整車(chē)充電模式下初次購買(mǎi)及后續更換電池的費用很高（約占車(chē)輛總費用30%~50%）。換電池模式單純的租賃費和電費支出可能比整車(chē)充電模式有一定幅度增加，但是由于節省購買(mǎi)電池的費用，如果政策和管理到位，理論上車(chē)輛整個(gè)生命時(shí)期的運營(yíng)費用會(huì )顯著(zhù)低于整車(chē)充電模式，且換電池模式的靈活性、方便性都相對較好。

2）換電池模式屬于能源新物流模式。換電池模式有利于電池生產(chǎn)企業(yè)規?；?、標準化生產(chǎn)，有利于能源供給企業(yè)的規?；少徟c集約化管理，能夠顯著(zhù)降低總運營(yíng)成本。能源供給企業(yè)作為一個(gè)相對獨立的中間運營(yíng)商，有利于政府施加更具針對性的扶持和優(yōu)惠政策，如電價(jià)政策、購買(mǎi)電池補貼政策等，容易建立起清晰的財務(wù)盈利模式，比單純提供充電服務(wù)可獲得更高的經(jīng)濟回報，具有更大的發(fā)展空間。

3）整車(chē)充電中的快充大量發(fā)展將使得電網(wǎng)諧波污染問(wèn)題突出，治理成本提高。換電池模式集中充電便于統一調度、管理和監控，能夠最大程度發(fā)揮削峰填谷作用，提高電力系統負荷率，最大限度減少諧波污染等對電網(wǎng)的不利影響，有利于電網(wǎng)的安全穩定運行和電力資源的優(yōu)化利用。

綜上所述，換電池模式具有更突出的優(yōu)勢和更廣闊的發(fā)展前景?？紤]到差異化需求和特殊情況下電能補給的需要，以更換電池為主、整車(chē)充電為輔的運營(yíng)模式將成為我國電動(dòng)汽車(chē)充電站未來(lái)發(fā)展的主流模式。

4 結束語(yǔ)

電動(dòng)汽車(chē)是零排放、零污染的新能源綠色產(chǎn)品，具有良好的發(fā)展前景，而電動(dòng)汽車(chē)的能量補給是其發(fā)展的前提和基礎，電動(dòng)汽車(chē)充電站作為電動(dòng)汽車(chē)能量補給的重要基礎設施，它是否具有新穎、高效的商業(yè)化運營(yíng)模式是該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。本文希望通過(guò)對電動(dòng)汽車(chē)充電站運營(yíng)模式的探討，為電動(dòng)汽車(chē)充電站在中國的長(cháng)期發(fā)展提供思路和理論基礎。