電動(dòng)汽車充電站運(yùn)營模式探析

0 引言

目前，隨著電動(dòng)汽車迅猛發(fā)展，與電動(dòng)汽車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)汽車充電站并入智能電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃，率先宣布2010 年將在全國27個(gè)城市建設(shè)充電站網(wǎng)絡(luò)，擬建公用充電站75 座、交流充電樁6 209 臺(tái)以及部分電池更換站。南方電網(wǎng)也在大規(guī)模鋪開充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，據(jù)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(shè)備5 億元，其中充電設(shè)備價(jià)值約3.39億元（扣除變配電設(shè)備）。除了兩大電網(wǎng)公司外，兩大能源央企（中石化和中石油）也開始布局充電站市場。
然而，“一項(xiàng)新的、先進(jìn)的技術(shù)或方法不能指望潛在的消費(fèi)者能夠廣泛地認(rèn)識(shí)到它所謂的顯而易見的利益，它是一個(gè)社會(huì)過程，涉及到人的價(jià)值觀、消費(fèi)習(xí)慣、生活經(jīng)驗(yàn)甚至是人際關(guān)系影響，它是整個(gè)社會(huì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化的過程。”因此，一項(xiàng)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(yùn)營模式的創(chuàng)新。技術(shù)進(jìn)步只是產(chǎn)業(yè)增長的外在表現(xiàn)，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)汽車充電站的業(yè)務(wù)才剛剛起步，運(yùn)營模式還沒形成，各個(gè)相關(guān)的利益群體對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的傾向也不盡相同。根據(jù)國外電動(dòng)汽車充電站的實(shí)際情況來看，根據(jù)技術(shù)與充電方式的不同，電動(dòng)汽車充電站的運(yùn)營模式基本上可以分為“整車充電”與“電池更換”兩種模式。

1 整車充電模式

1.1 整車充電模式思想

整車充電模式是很多國家研究試驗(yàn)的重點(diǎn)，這種模式把電池與車輛作為一個(gè)整體來考慮，其規(guī)模化發(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”的電池產(chǎn)品，在便捷性上滿足用戶的需求，具體又包括常規(guī)充電和快速充電兩種類型。

1.1.1 常規(guī)充電

蓄電池在放電終止后，應(yīng)立即充電，充電電流相當(dāng)?shù)?，大小約為15 A，這種充電叫做常規(guī)充電（普通充電）。常規(guī)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，甚至長達(dá)10 至20 多個(gè)小時(shí)。盡管充電時(shí)間較長，但因?yàn)樗霉β屎碗娏鞯念~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電池的使用壽命。

這種充電方式通常適用于：設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程盡可能大，需滿足車輛一天運(yùn)營需要，僅僅利用晚間停運(yùn)時(shí)間充電。現(xiàn)階段技術(shù)條件下，電池的續(xù)駛里程大約為200 km，像私家車、市內(nèi)環(huán)衛(wèi)車、企業(yè)商務(wù)車等車輛日均行駛里程都在電池的續(xù)駛里程范圍之內(nèi)，均可采用常規(guī)充電的方式。

1.1.2 快速充電

快速充電又稱應(yīng)急充電，是以較大電流短時(shí)間在電動(dòng)汽車停車的20 min 至2 h 內(nèi)（具體的充電時(shí)間由電動(dòng)汽車動(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（可充電2000 次以上）；沒有記憶性，可以大容量充電及放電，在幾分鐘內(nèi)就可充70%～80%的電；由于充電在短時(shí)間內(nèi)（約為10～15 min）就能使電池儲(chǔ)電量達(dá)到80%～90%，與加油時(shí)間相仿，使電動(dòng)汽車使用起來非常方便。

這種充電方式適用情況為：電動(dòng)汽車的日平均里程大于電池的續(xù)駛里程即200 km，即在車輛運(yùn)行的間隙進(jìn)行快速補(bǔ)充電，來滿足運(yùn)營需要；比如公交車、出租車等車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)段通過快速充電的方式進(jìn)行補(bǔ)充。當(dāng)然也可以采用更換電池的方式來進(jìn)行能量的補(bǔ)給。

1.2 整車充電模式的運(yùn)營及盈利方式透析

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

該模式在運(yùn)營過程中首先是能源供給企業(yè)通過向中間運(yùn)營商（建站企業(yè)）支付一定的建站費(fèi)用來建設(shè)電動(dòng)汽車充電站。當(dāng)用戶來充電站對(duì)電動(dòng)汽車充電時(shí)能源供給企業(yè)及充電站向用戶收取一定的充電費(fèi)用來實(shí)現(xiàn)自身的盈利。能源供給企業(yè)及充電站利潤值=（用戶的充電費(fèi)用+政府部門建站補(bǔ)貼）-（電動(dòng)汽車充電站建設(shè)費(fèi)+電動(dòng)汽車充電站日常運(yùn)營費(fèi)），具體的運(yùn)營過程如圖1 所示。

1.3 整車充電的管理與繳費(fèi)

整車充電的管理與繳費(fèi)是通過刷卡的形式進(jìn)行的。電動(dòng)汽車用戶可通過能源供給企業(yè)提供的IC卡進(jìn)行汽車充電繳費(fèi)。目前，電動(dòng)汽車充電電價(jià)還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，不過各省市可以按當(dāng)?shù)仄胀ㄉ虡I(yè)用電其他類別收取。
當(dāng)用戶需要充電時(shí)，將IC 卡置于插卡口內(nèi)，充電樁根據(jù)IC 卡內(nèi)的信息進(jìn)行用戶身份確認(rèn)，得到確認(rèn)后提示用戶進(jìn)行正確的連接；然后用戶把充電樁上的充電槍與車輛進(jìn)行連接，同時(shí)在充電樁操作界面上進(jìn)行充電參數(shù)設(shè)定，選擇充電模式（定量充電、定金額充電、自動(dòng)充滿）等；當(dāng)用戶完成設(shè)定工作并啟動(dòng)充電后，充電樁執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取、記錄等處理工作，并控制電氣回路為輸出連接器加電；充電過程啟動(dòng)后，用戶取走IC 卡，充電樁自動(dòng)進(jìn)行充電及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)量、記錄處理；當(dāng)充電過程達(dá)到結(jié)束條件后，充電樁停止充電。當(dāng)用戶再次刷卡后，操作界面顯示完整的充電信息，提示用戶斷開充電樁與車輛的連接，并進(jìn)行有關(guān)費(fèi)用結(jié)算操作，打印收費(fèi)單據(jù)等（在此時(shí)如果用戶直接把卡取走而不進(jìn)行費(fèi)用的結(jié)算，那么在用戶下次進(jìn)行充電時(shí)，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)扣掉上次充電應(yīng)交的充電費(fèi)用，否則不再給當(dāng)前用戶進(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

更換電池模式也稱租賃電池模式，是一種把車輛與電池分開考慮的思路。用戶只購買汽車，由專門的電池租賃公司負(fù)責(zé)電池的購買、租賃、充電、快速更換及管理?？梢宰層脩粝?ldquo;汽車加油”一樣方便地得到能源供給。它的運(yùn)營模式是通過各個(gè)電池更換站集中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的電池充電，電動(dòng)汽車用戶需要補(bǔ)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(yùn)營及盈利方式透析

電動(dòng)汽車更換電池模式的運(yùn)營與整車充電模式的運(yùn)營所需要參與的企業(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=（用戶的所用電費(fèi)+電池租賃費(fèi)+賣廢舊電池所得利潤+政府部門補(bǔ)貼）-（電池購買費(fèi)用+電池更換站建設(shè)費(fèi)+電池維護(hù)費(fèi)用+電池更換站日常運(yùn)營費(fèi)），具體的運(yùn)營過程如圖3 所示，其具體的運(yùn)營過程包括電池的租賃、電池的更換、電池的維護(hù)和電池的回收。

2.2.1 電池租賃

能源供給企業(yè)購買電池后通過向中間運(yùn)營商（建站企業(yè)）支付一定的建站費(fèi)用來進(jìn)行更換站的建設(shè)。電動(dòng)汽車用戶在購買“裸車”后，去電池更換站辦理相應(yīng)的“租賃手續(xù)”及交一定的租金就能使電動(dòng)汽車投入使用。租賃的手續(xù)及租金由相關(guān)部門協(xié)商而定，對(duì)于租金可以肯定的是，因?yàn)閾Q給消費(fèi)者的是一塊充滿電的電池，加上一些其他成本，租賃電池的價(jià)格肯定要比消費(fèi)者自己在家充電貴，但是絕對(duì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燃油的費(fèi)用。用戶在電池的使用過程中不僅要交租金，每次更換電池時(shí)根據(jù)電池電量的消耗情況用戶還要向電池更換站交納相應(yīng)的所用電費(fèi)。

2.2.2 電池的快速更換

為了使得更換更加快捷，需要更換電池的車輛進(jìn)站之前應(yīng)向站臺(tái)提出電池更換請(qǐng)求，以便站臺(tái)調(diào)度安排停車位置、通知電池更換庫準(zhǔn)備整車更換電池并運(yùn)至更換電池區(qū)、準(zhǔn)備卸載設(shè)備。當(dāng)車輛進(jìn)站后，根據(jù)調(diào)度指令將車開到更換電池區(qū)準(zhǔn)確位置，準(zhǔn)備更換電池。在更換電池前，必須仔細(xì)翻閱車載監(jiān)控裝置故障記錄，檢查車輛電池在運(yùn)營過程中是否故障。如果有故障記錄，則記錄故障信息（包括故障位置和類型）。然后清除故障記錄。然后進(jìn)行更換電池，首先斷開整車的高低壓供電，然后才能卸載電池。卸載的時(shí)候，將故障電池和無故障電池分開擺放。對(duì)于故障電池箱，將故障電池和故障信息一并送維護(hù)車間，無故障的電池箱送充電區(qū)充電。卸載完畢后，將已經(jīng)準(zhǔn)備好的電池裝車。接通整車的高低壓供電，再進(jìn)行一次故障診斷，確保更換完電池之后整車運(yùn)行正常后將車駛出更換電池區(qū)。其具體流程如圖4 所示。

2.2.3 電池的維護(hù)

當(dāng)電池在使用過程中，個(gè)體電池的容量會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重不均衡的現(xiàn)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(dá)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)；反過來在電動(dòng)汽車行駛過程中，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。這樣長期循環(huán)使用下去，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的容量會(huì)越來越不均衡，一次充滿電的行駛里程會(huì)大大降低。

為充分利用鋰離子動(dòng)力電池的儲(chǔ)能效率，降低使用成本，充電站建設(shè)需要設(shè)置電池容量測試與充放電維護(hù)設(shè)備，當(dāng)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的容量明顯出現(xiàn)下降時(shí)，利用該設(shè)備可以對(duì)單個(gè)電池進(jìn)行容量測試，并對(duì)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(fù)。對(duì)于快換電池模塊，利用該設(shè)備對(duì)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?cái)?shù)據(jù)用戶檔案，為電動(dòng)汽車客戶提供使用建議。

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(duì)廢棄電池進(jìn)行專業(yè)處理、保護(hù)環(huán)境，又能整體節(jié)約運(yùn)營成本，系統(tǒng)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，不僅造成浪費(fèi)，而且存在污染地下水的潛在危險(xiǎn)。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(xiàn)在鋰金屬在自由市場很難售出，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，就太可惜了。

3 我國電動(dòng)汽車充電站運(yùn)營模式的發(fā)展方向

電動(dòng)汽車充電站的運(yùn)營究竟選取哪種模式，應(yīng)圍繞“快速、健康、高效地推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及普及”這一核心目標(biāo)，結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)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(fèi)者使用的總體經(jīng)濟(jì)性、方便性，這關(guān)系到運(yùn)營模式的競爭力；二是能源供給企業(yè)的盈利模式，這決定著電動(dòng)汽車充電站的可持續(xù)發(fā)展能力；三是對(duì)城市電網(wǎng)運(yùn)行的影響，這是城市整個(gè)電網(wǎng)能否安全、高效地運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

1）整車充電中的慢速充電方式可以充分利用低谷電力充電，電費(fèi)相對(duì)降低，但是充電時(shí)間過長使車輛的使用十分不便；快速充電方式下充電時(shí)間短易于車輛的使用，但是充電費(fèi)用較高，且會(huì)大大縮短電池的使用壽命；而且整車充電模式下初次購買及后續(xù)更換電池的費(fèi)用很高（約占車輛總費(fèi)用30%~50%）。換電池模式單純的租賃費(fèi)和電費(fèi)支出可能比整車充電模式有一定幅度增加，但是由于節(jié)省購買電池的費(fèi)用，如果政策和管理到位，理論上車輛整個(gè)生命時(shí)期的運(yùn)營費(fèi)用會(huì)顯著低于整車充電模式，且換電池模式的靈活性、方便性都相對(duì)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(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，有利于能源供給企業(yè)的規(guī)模化采購與集約化管理，能夠顯著降低總運(yùn)營成本。能源供給企業(yè)作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的中間運(yùn)營商，有利于政府施加更具針對(duì)性的扶持和優(yōu)惠政策，如電價(jià)政策、購買電池補(bǔ)貼政策等，容易建立起清晰的財(cái)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(jì)回報(bào)，具有更大的發(fā)展空間。

3）整車充電中的快充大量發(fā)展將使得電網(wǎng)諧波污染問題突出，治理成本提高。換電池模式集中充電便于統(tǒng)一調(diào)度、管理和監(jiān)控，能夠最大程度發(fā)揮削峰填谷作用，提高電力系統(tǒng)負(fù)荷率，最大限度減少諧波污染等對(duì)電網(wǎng)的不利影響，有利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(shì)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(bǔ)給的需要，以更換電池為主、整車充電為輔的運(yùn)營模式將成為我國電動(dòng)汽車充電站未來發(fā)展的主流模式。

4 結(jié)束語

電動(dòng)汽車是零排放、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)汽車的能量補(bǔ)給是其發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，電動(dòng)汽車充電站作為電動(dòng)汽車能量補(bǔ)給的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它是否具有新穎、高效的商業(yè)化運(yùn)營模式是該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。本文希望通過對(duì)電動(dòng)汽車充電站運(yùn)營模式的探討，為電動(dòng)汽車充電站在中國的長期發(fā)展提供思路和理論基礎(chǔ)。