新能车汽车充电设施优化布局

郭丽娟

摘 要：近年来，随着新能源的广泛应用，新型电动汽车正逐步在部分城市进行示范应用，加强相应的智能电网充换电服务网络也是电动汽车应用前不可回避的任务。电动汽车具有节能减排的优势。作为电动汽车的主要运营商之一，制定科学合理的电动汽车充换电设施规划是电网公司研究的重要内容。目前，根据国家新能源汽车监测平台2019年的数据，37%的用户需要行驶3公里以上进行充电，45%的公共充电站每月的车辆数量不足50辆。可见，车站使用效率不高，供需不匹配。本文对新能源汽车充电桩的空间布局优化进行了分析，以供参考。

关键词：电动汽车 充换电设施 规划方案

1 引言

需要更有效地应对能源和环境问题，刺激传统汽车部门的转型和现代化，确保国家新兴产业战略性发展，加强节能减排。加强电动汽车工业的推广。随着电汽车发展规模的逐步扩大，对电力供应和能耗的需求越来越大。为此，制定了以业务规划、布局为核心的电动汽车充电器总体规划建设理念，电力替代装置的建造和运行模型。建设电动车更换电站已成为当务之急，加强电动车攻击技术，优化全更换服务运行，促进与上下游企业项目的合作，促进建设的推进.智能充气输电网中国电动汽车的运行与发展。据中国充电协会介绍，中国在国家充电桩排行榜上名列前10位：江苏、广东、北京、上海、山东、浙江、安徽、河北、湖北、福建，国有充电桩共计3.924亿根，比前10个省市增长73.9%，4家企业拥有10%以上的市场份额，占46.1%。总体来看，北京、上海、广东等发达国家的公共充电桩市场占有率从2016年2月的43.5%降至2020年2月的36.1%，加快兴建城市充电桩，显示两至三条线路的新能源正加速流向城市。

2 城市充电设施安装评价指标体系概述

在评估在哪里建设充电桩时，评估对象是充电设施对电动汽车充电的便利性和建设的可行性，评价目标是为电动汽车用户提供最优的充电模式，评价要素为经济性、适应性和可靠性。评价指标法是对充电设施建设现场的各项评价指标进行判断和评价，比较其优劣，分析研究与目标电动汽车用户用电需求的匹配程度。评价结果分为单项评价和综合评价结果，在进行综合评价之前，需要对每一次单项评价的结果进行综合统计。在这里，单项评价和综合评价主要针对两个结果捆绑在一起，对项目有参考价值。由于综合指标包含的方面多、内容广，评价结果比较模糊，不能直接反映评价充电设施安装位置的单方面优劣。因此，在实际建设中，存在只对一个或几个单项指标进行比较的情况，因此单项指标的评价结果也具有很大的实用价值。

指标选择是构建充电设施评价体系的关键，为使充电设施选址评价指标尽可能全面、客观、正确，指标选择应客观、准确、独立、规范、可行，以客观经济社会发展规律为原则。由此引入了国家电网公司制定的《电动汽车充电桩技术条件》、《电动汽车充电站系统规范》等技术标准，为电动汽车的发展提供了便利，也为充电设施建设规划指标的选择提供了指导。

3 电动汽车充电站规划的理论框架

充电站的工作计划主要由三部分组成。（1）需求结束：电荷需求预测。在信息层面对大型电动汽车移动数据进行统计分析，确定电动汽车的行为特征，并根据马尔可夫原理，利用游戏轮盘赌，模拟电路行中一定数量的电动汽车。（电动汽车每天的位置变化）乘以序列，没有起点和终点的限制，预测充电需求的时空分布。（2）网络方面：评估配电网的吞吐量。介绍了配电网的拓扑结构和参数，采用熵法计算了配电网容量估计指标，对现有的层次分析方法进行修改，计算各指标的主客位权重。结合模糊估计，可以得到配电电路容量的综合估计。（3）充电站的规划和建模。建立了一个数学模型，旨在最大限度地降低充电站建设和运行的总成本，考虑到需求限制和电网故障.首先，在需求情况下，根据第（1）款对充电需求的时空分布预测，通过计算配电网节点中未满足和未满足的充电需求，构建需求侧约束。基于此位置（即连接到充电站的配电网节点）和辅助层（即SI{0、1、2、3、4}，具体物理值见第4.1节）在可选范围内创建访问充电站的可能方法。然后，如果电网发生故障，采用配电网连接方案，根据第2段的评价方法计算配电网容量的综合评价。总分必须至少为60，这限制了配电网的能力。最后，通过将配电网的目标函数和容量与最小总建设运行成本相结合，建立遗传算法的适應函数。充电站在配电网连接后，根据优化的最终方案在一段时间内进行计算。如果没有过电压，可以导出有效的解决方案（例如，10kV以下系统的电压偏差应不超过7%），否则，可以重新编程。

4 城市公用充电站的建设规模

从目前国内各大城市公共充电设施的用电规模来看，城市公共充电站大多为40或20台50kW交流一体化充电器，标准充电站不到40个，计算负载为2000千伏安。供配电系统设计为三个800千伏安箱式变压器。标准充电站不到20个，计算负荷为1000千伏安，供配电系统设计为两台5000千伏安箱式变压器。50多个标准充电站（如深圳莲花山充电站，66个），2台1600千伏安供配电系统变压器，可安装在专用配电室，监控系统和休息室专用房间。

5 充电设施布局现状分析

2009年是中国电动汽车发展的第一年，当时国家电网公司提出“以换电为主，插电为辅，采用集中充电，目的是加强对售电的管控。2013年，国家电网调整思路，提出“引领快充，兼顾慢充，引导换电，经济实用”，旨在全面引领公共领域普遍使用的快充设施，全面开放私域慢充设施。快充是大电流，如果要求电动汽车充满电半小时，给同样容量的电池充电，电网短期电压波动会增大，会造成电压质量下降，给电网带来很大影响。为此，需要专门的变压器来隔离对低压国家电网的影响。中国电网需要做好电网扩容工作。这也是国家电网提出“领先快充”的原因。然而，与会者更关心电动汽车充电定价、土地规划和设施建设投资，运营补贴、运营补贴等实际问题。

国家电网公司计划向社会“全面开放”电动汽车充换电设施，这意味着国家电网在充换电领域的业务思路发生了“急转弯”，国内电动汽车充电站发展的关键在于能否实现电的“分拨”制。从这个角度来看，国家电网华南公司退出对电动汽车充电站的投资是一件好事，这意味着国家电网只提供电力供应，充电站交给其他社会资本建设。

因此，可以预测，增加市场上的电动汽车数量需要很长时间。因此，城市充电站的网络布局不宜过快，否则会因充电设备利用率低而出现运营损失。对于资金和资源有限的投资者来说，仍然需要把握市场机遇，找准投资切入点，提前树立品牌意识，才能在未来的竞争中占据一席之地。

6 电动汽车的充电基础设施建设影响研究

6.1 满足用户充电设施使用需求

对于电动汽车的两个用户来说，电力需求的特点是多样性和流动性，用户希望在不同的地点、不同的时间及时方便地进行充电。目前，电动汽车有很多种，在不同的情况下，用户的收费方式也不同。充电设施的建设需要充分考虑用户的需求，满足用户的需求。

在建设充电设施时，也要考虑用户的总充电需求。总需求反映的是市场上电动汽车的保有量、每天行驶的电动汽车数量、日均行驶里程和耗电量，充电设施要根据需求合理安排和建设。

6.2 多周期充电

电动汽车目前的充电方式包括机械充电、快速充电和常规充电，充电时间从几十分钟到几个小时不等。在充电过程中，用户希望自己的车能够随时随地充电，并且有足够的设备为自己的车充电。定期充电时，充电需要很长时间，这意味着需要有足够稳定充电时间和足够的停车位。在机械充电过程中，电动车到达位置后，需要卸下电池，安排专人管理，配备专业换电设备。此外，更换后的电池组需要在低功耗时间充电，蓄电池充电需要足够的存储空间。

6.3 考虑环境和场所

在对电池进行充放电时，涉及到各种化学反应和物理反应，如抗溶解、电化学反应、电解液浓度差等。充电环境容易影响上述因素，如温度和湿度，影响更为突出。在充电设施建设中，要充分考虑周边环境条件，安装专门的控制设施，做好电池运行环境和状态的监测。

6.4 考虑电动汽车未来的发展趋势

如今，电动车在人们的生活中随处可见，最常见的是电动自行车和类似摩托车的电瓶车，所以市场上一般都是开小型充电桩的。只有国家、企业，尤其是公交集团需要充分利用大充电桩。电能作为一种环境能源，为人类社会的发展提供了巨大的帮助，充电桩的建设既要考虑人们目前的使用需求，也要考虑未来社会的电动汽车市场环境，从长远考虑充电设施的布局和建设。

6.5 特殊因素

建设电动汽车充电设施时，必须综合考虑，包括很多特殊因素。在市场上，目前的电动汽车大多是老式电瓶车。目标用户为中老年人，中老年人对新电子设备的使用和接受能力较差。很多中老年人身体不好，充电设施建设一定要考虑特殊需求，比如安排特殊服务、讲解如何充电、辅助充电等。

6.6 经济因素

建设成本是影响收费设施建设的重要因素，应建立系统完善的充电网络设施，考虑未来发展空间和用户当前需求。在成本方面，要考虑投资回收期、运营成本和建设成本。满足条件后，要尽量控制成本，降低成本，获得更高的利润。

7 新能源汽车的种类

7.1 混合动力汽车

混合动力汽车主要是指使用常规燃料，利用动力提高低速输出的汽车。根据实际燃料种类，主要分为汽油混合动力汽车和柴油混合动力汽车。燃料电池电动汽车的主要燃料是氢气或甲醇，在正常运行时，通过化学反应产生电流并最终驱动。氢和氧在动力汽车电池中必须发生化学反应，而不是燃烧。燃料电池电动汽车是无污染汽车，因为它们在化学反应过程中不会产生污染气体。同时，燃料电池的转换效率非常高，从环保的角度来看，燃料电池是目前最好的新能源汽车。

7.2 燃气汽车

气体成分比较简单，纯度高，能与空气均匀混合，完全燃烧。废气几乎不含一氧化碳和颗粒物，即使在相对较低的环境温度下也不会显着影响发动机性能。但是，汽油车也有一些局限性。相比之下，汽油车的承载能力和发动机效率相对较低。为有效解决这些问题，汽油车通常采用双燃料系统，目前公交车以汽油车为主。

8 新能源汽车充电桩中绝缘材料的应用

8.1 绝缘片在新能源汽车充电桩中的應用

保温板主要位于充填桩的散热模块中，隔热片对快充桩或慢充桩的运行都有很好的效果。常规简单的风扇散热器和原有的导热陶瓷芯片已不能满足高效高发热功率模块的导热要求，根据基本结构、连接位置、电线电缆、内部元器件等特点、充电桩、TIS系列导热硅胶片可实现高效绝缘性能。TIS系列导热绝缘片可以同时达到导热和绝缘的效果，在使用中将绝缘硅胶片置于导热材料中，实现高压绝缘，热阻低，导电性好，绝缘强度好，保证了绝缘性。装载桩的高效运行。实现新能源汽车的智能化、轻量化、集成化使用。

8.2 阻燃耐候材料在新能源桩中的应用

结合新能源汽车的发展和充电桩的使用场所，室内外充电桩的防护等级应达到P32以上。尤其是在室外遇到恶劣天气时，充电桩必须具备良好的分断条件和绝缘性，防护等级必须达到IP54，以确保人身、充电设备和个人的安全。充电桩对材料的耐候性和抗冲击性要求很高，为了保证充电桩的安全运行，配套设施需要更好的阻燃耐候材料。经过目前的测试项目和实验，轻量化材料是未来新能源汽车的发展趋势。例如，轻质导热硅胶片可以减轻动力电池的负载。在提高动力电池能量密度的前提下，动力电池内含有数十片导热硅胶片，可以增加新能源汽车的续航里程。此外，导热硅胶片的轻密度提高了新能源汽车动力电池的性能，实现了可持续发展、节能减排的双重目标。将塑料和复合材料相结合，可生产出具有卓越性能的轻质材料。例如，碳刷架绝缘子对应于碳刷架绝缘子的内脱板的冲压形状，具有与内脱板的形状相匹配的开口。安装孔导柱固定板和底板自上而下依次排列，冲孔周壁和内脱料板外周设有吹气孔。吹气孔可以提高模具的顶出和排屑能力，避免因顶出和排屑不良而引起的一系列问题。

9 充电桩选址空间布局优化分析

9.1 建立判断矩阵

本研究将层次分析法（AHP）与选取的17个新增机动车灵敏度分析结果相结合，对城市管理、交通等领域的相关数据和文獻进行研究，并将指标与环保站负责人总结的量化评价和量化计算进行对比，确定评价矩阵的规模和定义。

9.2 评估参数的设置

根据驾驶员寻找充电站的愿望，在调研中，结合其余网络数据，为驾驶员提供了一个理想的充电站，因此本文建立了一个500米的正方形空间网格。使用ArcGIS中的渔网功能将研究区域划分为2150 x 500M的网格，将POI数据和影响因子中包含的一些线数据映射到网格，并映射到对应的网格。通过点密度分析、特征变换等，使数据类型一致，以识别索引中各种数据类型的值指定。将矢量数据对象从源数据转换为包含评估信息的栅格数据，指标按级别分类，评级按级别分为五类，可以通过用彩色编码数据表示空间中的不同索引来创建影响因素的分层图。

9.3 地理信息系统的实施

GIS点阵基础数据分别转化为500mx500m网络，这清楚地表明，城市中心的利益更加集中。尾场位于城市规划的主要问题中，总量较小。将电网价值评估中的影响因素与设定的权重相结合，利用Arcgis进行组合计算，得出福州市新能源状态选择的适宜性分析。根据区域总价值，网络分为五类。综合评价较高的区域比价值较高的区域更适合建设新能源桩，说明该区域应该有更多的新能源桩。结合收到和分析的数据，福岛县首府现有充电站数量远远不足以满足新车需求，新充电站布局是难以有效利用的中心趋势。

10 结束语

总之，我国新能源汽车目前处于可持续发展阶段，在实际发展过程中存在诸多问题。但是，要有效解决发展过程中出现的各种障碍，与政府的支持、技术人力的创新研究、经济市场的发展有着千丝万缕的联系。为更好地发展自身经济市场，保障新能源汽车的发展和发展，需要多角度加以完善和解决。

课题项目：河南省社科联2012年度调研课题《河南建设新能源汽车充电基础设施体系研究》课题编号：SKL-2021-2401。

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