为什么慢充(充电桩)用交流,而快充(充电站)用直流充电 交流充电

&电动车的充电有交流充电和直流充电两种方式,两者在电流、电压等技术参数上都有较大差距。前者充电效率较低,而后者充电效率较高。中国电力企业联合标准化中心副主任刘永东解释,一般大家常说的“慢充”用的基本是交流冲电,而“快充”多数用的是直流充电。交流直流充电对比图  交流充电  交流充电桩是固定安装在社区停车场、居民小区、大型商场、服务区、路边停车场等场所,接入电网,为电动汽车车载充电机提供可控的单向交流电源或三相交流电源的供电装置。交流充电桩本身并不具备充电功能,其只是单纯提供电力输出,还需要连接电动汽车车载充电机,方可起到为电动汽车电池充电的作用。由于电动汽车车载充电机的功率一般都比较小,所以交流充电桩无法实现快速充电。  交流电动汽车充电桩,俗称就是“慢充”,固定安装在电动汽车外、与交流电网连接,为电动汽车车载充电机(即固定安装在电动汽车上的充电机)提供交流电源的供电装置。交流充电桩只提供电力输出,没有充电功能,需连接车载充电机为电动汽车充电。相当于只是起了一个控制电源的作用的。  简单来说,交流充电桩需要借助车载充电机来充电,直流快速充电桩不需要这个设备。二者在充电速度上差别较大,一辆纯电动汽车(普通电池容量)完全放电后通过交流充电桩充满需要8个小时,而通过直流快速充电桩仅需要2到3个小时。交流充电桩给电动汽车的充电机提供电力输入,由于车载充电机的功率并不大,所以不能实现快速充电。直流快速充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接,可以为非车载电动汽车的动力电池提供直流电源的供电装置,直流充电桩可以提供足够的功率,输出的电压和电流调整范围大,可以实现快充的要求。直流充电  根据对电动汽车的充电方式,充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两大类。交流充电桩主要安装在停车场,造价低廉,适合家用,给普通纯电动轿车充满电需要4-5个小时,俗称“慢充”。目前小型车多采用交流充电桩充电。直流充电桩主要安装在大型充电站内,以三相四线制的方式连接电网,能够提供充足的电力,输出的电压和电流调整范围大,俗称“快充”。电动大巴车主要通过直流充电桩充电。正在给电动大巴充电的直流充电桩  传导式直流充电桩通过接口与电动汽车相连,人们在充电桩上的人机交互界面处刷卡和进行相应的操作后,即可给电动汽车充电。同时,在充电桩显示屏上能够显示电量、费用、充电时间等数据。这里就需要用到通信协议。直流充电桩主要涉及三类通信:直流充电桩与电动汽车通信、直流充电桩内部设备的通信、直流充电桩与周围其他设备(如控制中心)之间的通信。新能源电动汽车直流充电桩控制电路图  直流充电桩与电动汽车之间通信充电时,直流充电桩需要与电动汽车进行信息互换,让充电桩识别插头连接状态,如是否可靠连接、是否漏电等,用于确定是否可以开始充电或断电。GB/T5对直流充电桩与电动汽车的通信方式及接口进行了规范,二者之间通过CAN协议进行通信,因此每一个直流充电插头都必须包含CAN接口,一桩多充的充电桩则会有多个CAN接口。如图2所示。直流充电桩内部功能单元之间通信在充电桩内部,多个控制单元之间也需要进行数据交换,如多功能智能电表检测充电电量等。一般智能电表自带RS485接口,可以通过RS485这种通信方式将电量数据发送给计费控制单元,计费控制单元可实现核对用户信息、计量、扣费、打印账单等功能。另外,主控制单元一般通过CAN通信通知充电机开始或结束充电。如图2所示。直流充电桩与周围其他设备之间的通信电动汽车充电桩属于配网侧,其通信方式往往和配网自动化仪器综合考虑。例如为一个充电站配备一定数量的充电桩时,充电站、充电桩及其他电网设备、管理设备之间需要交换数据来达到配网自动化管理。主流的通信方式由WIFI、GPRS、CAN总线、RS485总线、工业以太网等组成网络来实现,由于这几种方式在不同网络规模、网络特性的应用中各有优劣,目前行业内也未形成统一的标准,为了保持充电桩接入网络的灵活性,常见的做法是在控制板上预留几种主流的通信接口,以适应不同通信网络要求。如图2所示,主板预留了以太网、CAN总线和RS485总线的接口。嘉兆科技(CORAD_TNM) 
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  题图:特斯拉的快速发展与其充电设施的同步发展密不可分
  建桩困难、充电桩市场无法规模化,使得企业盈利前景不乐观
  沈忱、施智梁 |文
  北京首都机场T3航站楼的大型充电站里,每天充电的车辆络绎不绝,由于网约车的兴起,可以看到大量北汽的电动汽车在这里边充电边等候刚落地的乘客。
  这是国家电网在北京最大的充电站之一,也是使用率最高的充电站,其拥有快充桩25个,慢充桩25个,但其繁荣和忙碌程度显然不能代表国网运营的众多充电站。
  中国的新能源汽车正在迅速扩大市场,但与之配套的充电桩行业才刚起步,建桩难、技术路径模糊、配套体系不完善、盈利模式不明朗等一堆问题,制约着该行业的发展。
  如何为目前主要依托政策扶植的充电桩产业找到可靠持久的商业模式?这个难题不解决,会影响到已上升为国家战略的电动汽车产业发展。
  建桩难,发展慢
  资本市场很看好充电桩市场。
  新能源车人均保有量近几年大幅增长,国内新能源汽车2012年产量只有434辆,随着近年来新能源技术的推广,新能源车今年上半年生产17.7万辆,销售17.0万辆,比上年同期分别增长125.0%和126.9%。
  电力规划设计总院测算,2015年至2020年各类充电基础设施累计充电电量将超过700亿千瓦时,节约替代燃油超过2900万吨,减少CO2排放超过1300万吨,充电基础设施建设投资超过1400亿元,拉动车用动力电池产值超过2200亿元,电动汽车产值超过1.4万亿元。
  得益于新能源车大热,作为配套设备的充电桩近几年也受到资本市场追捧。充电桩指数(885461)走势较强,指数跟踪50只充电桩概念股票,自2014年初至今,股价已经上涨了238%。
  资本市场的热度还未传导到现实的充电桩市场中,与爆发的新能源汽车市场相比,充电基础设施建设则远远落后。截至2015年底,国内已建成的充换电站3600 座,公共充电桩4.9万个,车桩比大约为9∶1,这说明充电基础设施建设缺口巨大。
  车企造桩最大的难点在于协调各方。“这个不解决,电动车、新能源汽车发展肯定要受限。”北汽集团新技术研究院副院长荣辉对《财经》记者表示,企业落实到每家每户建桩,要牵扯到不同部门,管电的、防火的、物业,现在也没有建设充电桩的标准流程。
  充电桩在建设过程中存在较多阻碍,难以快速推进。缺失充电桩安装细则是个首要问题。要是算上小区老旧,停车位不固定,充电桩很难施展开,就是有了车位,多数物业公司对新能源汽车充电设施的安全、用电、消防等认知不足,担心充电时造成小区电网不稳定、触电、着火等危险,因此而拒绝用户在小区内建设充电设施。
  仅安桩一事就牵涉多方,物业、车企、桩企、运营商等,缺乏牵头人,建桩期间各部门也相互割裂,主要的沟通成本由业主承担。而且充电桩建设需要重新规划建设用地、场所布局等,需要对配电网络扩容改造,其中各方的利益难以协调。
  别说私人建桩,公共充电桩的建设也难。国家电网公司营销部智能用电管理处副处长武斌告诉《财经》记者,公共充电桩设施建设用地协调难,高速公路服务区权属单位结构复杂,个别服务区是由私人承包,协调用地很难。
  为何充电基础设施滞后于新能源车的发展呢?相比于电动汽车的政策扶持,充电桩的政策相对较少。自2015 年下半年起,国家明确了对充电设施的规划和建设指南,出台了《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》和《电动汽车充电基础设施发展指南( 年)》这两个纲领性文件(下文称《意见》和《指南》)。
  电力规划设计总院高级工程师饶建业在接受《财经》记者采访时表示,之前中国新能源汽车的政策着力点都集中在电动汽车上,一定程度上忽略了对充电设施发展的支持,因此导致大部分电动汽车发展较快的地区,充电桩的建设不能及时跟上,出现“有车无桩”的现象。而另一方面,在部分地区也出现为了“示范”、“试点”而盲目建桩,导致充电桩布局不合理,使用率低,还出现了“有桩无车”的现象。这两方面问题的同时存在,致使社会大众对新能源车的最大使用顾虑就是“充电难”。
  在饶建业看来,充电设施发展相对滞后的根本原因,是由于发展技术路线选择的不明确所致。政府对充电设施技术路线并不像对电动汽车那样,初期就明确了“纯电动”的技术路线,这也使得投资者的投资预期定位不明确,从而延缓了充电设施的发展。
  技术发展路线不明确,主要是指国家初期主推的换电模式,在北京、杭州、唐山等多个城市陆续建设了多座换电站。然而,经过五年多的发展,主推的换电模式存在难以克服的瓶颈制约,如:投入成本高企、电池标准无法统一等,限制了其进一步推广发展。
  充电桩的技术路线在实验中前进,但过往基于换电模式铺下的基础建设无疑是资源浪费。参与《意见》和《指南》起草工作的饶建业向记者透露,未来我国的充电设施将采取城市内交流慢充模式为主体,城际路网直流快充模式为辅助,城区周边换电模式为补充的思路。
  盈利不乐观
  成本高企、投入周期长、充电桩使用率不高,更重要的是没有实现规模化,这些都是充电桩无法盈利的主要原因,也是最大的困难所在。
  目前大部分的充电桩主要是快充和慢充两种方式。快充和慢充是相对概念,一般快充为大功率直流充电,半小时可以充满电池80%的容量,慢充指交流充电,充电过程需6小时至8小时。通常慢充用在私人充电桩上,快充一般是指在公共场合建立的充电站,但有些公用充电站也会装慢充桩。快充方式造价较高,直流充电桩的成本是交流桩的3倍至5倍,甚至更高。
  公共充电桩基本都处于亏损中。桩企负责造桩,充电桩的运营商主要有国网、南网、普天、特来电、万帮等。国网能源研究院主任工程师李立理向《财经》记者介绍,公共充电站一般分为两种,铺设在高速公路上的充电站,以及城市内的充电站。国家电网目前建成充电桩3万多个,在8条高速公路上投运快充站363座。
  建一个直流桩需投入成本数十万元,除了充电桩的费用,还有辅助设备、电力配套设备和人工费用等,而运营商的盈利模式是售电加服务费。电费按照国家规定的电价政策执行。充电服务费是指导价,按充电电量收取,可以在上限的价格范围内进行市场竞争。以上海为例,电动汽车充电服务费执行政府指导价,暂定为每千瓦时不超过1.6元,加上电费,一度电总共收取2.3元。
  荣辉表示,公用充电桩回收成本时间很久,甚至十年都有可能收不回来,运营充电设施,得包括维护成本、设备折旧、土地费用,这些加起来要做到成本回收很难。
  达到规模化是盈利的第一步。现有模式下的充电桩如果要实现盈利,必须形成规模效应,或者最大程度地使用充电桩,简而言之,一保证用户,二保证充电时间。而目前在国内大部分地区,新能源汽车保有量尚为有限,充电桩的利用效率难以提升,每年的运营管理与折旧费用等金额较大,这种情况下,充电站要盈利,无异于空谈。
  新能源车与充电桩的发展关系,类似于先有鸡还是先有蛋的难题。新能源车要普及,必须要提前铺设充电桩以解决新能源车后顾之忧。《意见》和《指南》两大纲领性文件提出充电桩建设要按照“桩站先行”的原则,适度超前建设。
  国家电网响应政策,事先布局充电站。但因为产业发展缓慢,短期内看不到盈利的可能。同时,国网承担充电设施供电服务,为私人充电桩安装电表,承担电表及以上配电设施的建设投资,用户充电仅交纳电费。公共充电设施,比如高速公路上的充电站使用人数极少,有桩无车的情况居多。
  当被问及公共充电桩的亏损情况,国家电网营销部、北京市电力公司、国网能源研究院没有正面回应,只是向《财经》记者表明,“即使是实际使用率高达40%的首都机场T3航站楼充电站都无法实现盈利。”所谓实际使用率40%,是指24小时内充电站内有40%的时间在充电。
  补贴仍是主要手段
  靠收电费明显挣不了钱,补贴倒还能指望。
  2016年财政部出台的充电基础设施奖补标准可以核算为平均每辆新能源汽车的推广对应补贴充电桩建设3000元,之后年份的补贴逐年下降。财政部的补贴与地方政府出台的补贴政策相结合,可以大大缓解充电桩的建设投入,对于投资企业而言建桩的资金压力减小,能够加快充电桩的投资回收周期,激发投资热情。
  地方政府对于充电设施建设也有支持。以上海为例,上海地方政府对充换电设施建设运营公司给予不超过30%的财政资金支持,规划至2020年为止,中心城的充电服务半径小于1公里。
  从地方出台的补贴政策来看,补贴主要是用在对充电设施的初始投资上,还有按设备功率进行补贴,如江苏省交流充电桩每千瓦补贴400元,直流充电桩每千瓦补贴600元。
  通过补贴充电桩的设施建设,短期的政策补助可以减低投资成本,提升央企或社会资本进入的积极性,但是对于普及新能源车助力不大,对充电桩长期的盈利模式帮助也不大。
  如何解决盈利模式问题,国家电网有了一些经营模式上的创新,比如互联网加充换电服务,国网建成电动汽车车联网平台,实现充电支付卡与无卡支付、跨省清分结算等功能,客户可通过手机APP查询充换电设施位置及状态、预约充电、查询支付结算和综合信息等。
  北京市电力公司营销部副主任龙国标向《财经》记者介绍,目前各家充电桩运营公司均有充电APP,通过APP可以增强用户黏性。了解充电站的每天有效利用小时、高峰期利用率、充电需求人数、平均充电周期等数据之后,还可以对用户进行大数据分析,从而可以提供更好的充电体验,提升运营效率和盈利能力。
  作者为《财经》记者,原载日《财经》杂志
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