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摘 要：随着新能源产业被纳入“十四五规划”，电动汽车的发展前景一片光明。然而，目前电动汽车还面临着许多的问题，如续航里程短、车辆价格高、充电困难等。其中，充电问题是上述诸多问题中的重中之重，因为其是电动汽车产业发展的基础和保障。充电方面目前主要的困境包括设备数量不足、充电位置被燃油车占据、充电速度过慢、电价过高等。针对电动汽车的充电痛点，目前行业上出现了一些新型的充电方式，本文即对此进行描述，探讨了它他们的现状和未来的发展趋势。
关键词：电动汽车 充电 现状
Analysis of Current Situation and Development Trend of New Charging Methods for Electric Vehicles
Qin Junhua Bao Ying Dai Yongqiang Qiu Peng Shao Jie
Abstract：As the new energy industry has been included in the 14th Five-Year Plan， the development prospects of electric vehicles are bright. However， at present， electric vehicles still face many problems， such as short range， high vehicle price， charging difficulties and so on. Among the above issues， charging is the most important， because it is the basis and guarantee of the development of the electric vehicle industry. At present， the main difficulties in charging include insufficient equipment， charging position occupied by fuel vehicles， too slow charging speed， and too high electricity price. Aiming at the charging pain point of electric vehicles， some new charging methods have appeared in the industry at present. This paper describes and discusses the current situation and future development trend.
Key words：electric vehicle， charging， current situation
1 引言
随着我国经济的快速发展，汽车保有量逐年攀升，2020年已经达到了2.81亿辆，与美国并列世界第一。其中，新能源汽车截止2020年的累积保有量为492万辆，比2019年增加了111万辆，略少于2019年120万辆的增长量。当前，受疫情及国家补贴退坡的影响，我国新能源汽车的增速已呈现出一定的放缓趋势，我们需高度重视目前遇到的行业发展问题。据《2020年新能源汽车行业白皮书》统计，充电问题是用户购买电动汽车的主要考虑因素之一。优化充电技术、解决充电痛点是推动电动汽车发展的重要动力。充电技术的提升，还能起到弱化用户对电池续航里程依赖的作用。
2 我国电动汽车充电现状
根据行业统计，用户在选择充电桩时将充电价格、充电速度和停车费用作为主要的考虑因素（图1），体现出用户对效率和费用的敏感程度。在所有的充电痛点当中，充电桩数量少、部分充电桩无法使用和充电速度排在前三（如图2），表明目前充电桩的数量及充电速度仍不能满足用户需求，部分充电桩无法正常使用给用户带来了不便。
我国目前的充电桩建设还相对不足，大规模使用的充电桩占地面积大，导致本就稀缺的土地资源利用效率低下。充电桩（特别是直流充电桩）在充电前需要人力拖拽粗壮的线束进行操作，操作自动化程度低，耗费用户体力[1]。然而，充电桩模式因其可推广性和政策支持性等因素，仍是目前充电体系建设中最重要的模式。
由于充电桩模式有一些问题等待优化与补充，许多新的充电模式应运而生，其中最引人关注的有移动补电车模式、换电模式等、自动充电机器人模式等。多样化的充电模式既能解决用户痛点，又能让潜在用户被各种高科技成分吸引，有利于电动汽车的推广。
3 新型充电模式分析
3.1 移动补电车模式
移动补电车模式在中国已经走过了几个年头，并在近两年获得较为广泛的关注。移动补电车作为分布式储能系统或应急电源，相当于一座小型“充电站”，能够随时随地为电动汽车应急充电，并为变电站分担压力。移动补电车还可利用低价电对电源补电以降低用电成本。移动补电车主要分为两类，一类是国内较为流行的利用小型货车搭载小型储能系统与便捷充电设备的移动补电车，可同时为一至两辆电动汽车车充电，主要用途是道路救援，可为家用或商用、尤其是网约车进行临时补电以提升续航。另一类是使用货柜车搭载大型储能系统与常规充电设备的移动补电车，该种补电车一次性生产成本较高，可同时为多台电动车提供快充服务，主要由一些豪华车品牌小批量制造。目前，移动补电车模式因为其较高的造价、无标准化和不成熟的盈利模式等原因还难以推广应用，但在政策加持、厂家关注及用户的呼唤中有望在未来几年成熟商用。
3.2 换电模式
换电模式是指采用更换电池的方式为电动汽车提供能源，具有降低用户购车成本、提高用户便捷性、减少电动车补电时间、延长电池全寿命周期、提高电力系统整体运行效益、提高土地使用效率等优点[2]。如图3所示，换电站是将电池存放在电池仓内，通过机械臂给换电室内的电动车更换电池的装置。换电站可在用电低谷时期给仓内电池充电，并使用符合电池充电特性的柔和电流。该充电方法可以延长电池寿命，同时降低电费支出。换电模式带来了一种全新的电动车购买方式，消费者可以在购车时不购买动力电池，而是通过租赁的方式使用各续航挡位电池，以降低一次购车成本。这种电动车购买方式的出现与应用将大大刺激电动汽车市场、促进销量的稳定提升。尽管由于换电模式涉及产业链协调、电池制造技术、标准化体系、能源供给网络建设、城市規划等一系列问题仍难以爆发，然而从长远来看，换电模式作为电动汽车的一种重要能源供给模式，凭借其优良的属性，一定会成为电动汽车产业的重要参与者[3]。
3.3 自动充电机器人
自动充电机器人分为机器人和能量块两部分，由远程中央控制模块、充电对准及执行系统、智能行走驱动系统、双向充电转换模块、电池模块组成。摆放在规划好的充电区域，自动充电机器人可以在有限的停车区域内（如小区地下停车场、商超地下停车场等）为汽车提供全自动充电服务。用户可以通过APP一键召唤自动充电机器人，机器人自主携带满电能量块移动到车辆停靠位置，打开车辆充电口后插入充电枪开始充电。这种充电模式是“智能驾驶”和“移动储能”技术的结合，有着节约土地资源，提高土地利用率，降低充电电费等优点。目前，自动充电机器人因为电动汽车充电口位置视觉定位技术、寻车轨迹规划技术、插拔充电器枪柔顺技术等有待突破而无法实际应用到场景中商用，但随着识别与控制技术的发展，相信在未来不久就可以与用户们在各类停车场中相见。
4 结语
本文针对电动汽车用户在充电过程中的痛点，提出了三种新型充电方式，它们目前虽然因为技术开发、标准化、电网匹配等原因暂时无法大规模商用，但是随着用户的需求的推动、技术的快速进化，它们正为优化电动汽车充电生态而蓄势待发。
基金项目：广西创新驱动发展专项资助项目（桂科AA18242039）;柳州市科学研究与技术开发计划资助项目（2018AD10501）
参考文献：
[1]唐葆君，王翔宇，王彬，等.中国新能源汽车行业发展水平分析及展望[J]. 北京理工大学学报（社会科学版），2019，21（02）：6-11.
[2]涂轶昀，李灿，承林.电动汽车接入电网技术综述[J].上海电力学院学报，2012，28（04）：345-368.
[3]潘樟惠;高赐威.电动汽车换电网络规划研究综述.电力与能源.2014.415-419电动汽车换电网络规划研究综述[J].
关键词：电动汽车 充电 现状
Analysis of Current Situation and Development Trend of New Charging Methods for Electric Vehicles
Qin Junhua Bao Ying Dai Yongqiang Qiu Peng Shao Jie
Abstract：As the new energy industry has been included in the 14th Five-Year Plan， the development prospects of electric vehicles are bright. However， at present， electric vehicles still face many problems， such as short range， high vehicle price， charging difficulties and so on. Among the above issues， charging is the most important， because it is the basis and guarantee of the development of the electric vehicle industry. At present， the main difficulties in charging include insufficient equipment， charging position occupied by fuel vehicles， too slow charging speed， and too high electricity price. Aiming at the charging pain point of electric vehicles， some new charging methods have appeared in the industry at present. This paper describes and discusses the current situation and future development trend.
Key words：electric vehicle， charging， current situation
1 引言
随着我国经济的快速发展，汽车保有量逐年攀升，2020年已经达到了2.81亿辆，与美国并列世界第一。其中，新能源汽车截止2020年的累积保有量为492万辆，比2019年增加了111万辆，略少于2019年120万辆的增长量。当前，受疫情及国家补贴退坡的影响，我国新能源汽车的增速已呈现出一定的放缓趋势，我们需高度重视目前遇到的行业发展问题。据《2020年新能源汽车行业白皮书》统计，充电问题是用户购买电动汽车的主要考虑因素之一。优化充电技术、解决充电痛点是推动电动汽车发展的重要动力。充电技术的提升，还能起到弱化用户对电池续航里程依赖的作用。
2 我国电动汽车充电现状
根据行业统计，用户在选择充电桩时将充电价格、充电速度和停车费用作为主要的考虑因素（图1），体现出用户对效率和费用的敏感程度。在所有的充电痛点当中，充电桩数量少、部分充电桩无法使用和充电速度排在前三（如图2），表明目前充电桩的数量及充电速度仍不能满足用户需求，部分充电桩无法正常使用给用户带来了不便。
我国目前的充电桩建设还相对不足，大规模使用的充电桩占地面积大，导致本就稀缺的土地资源利用效率低下。充电桩（特别是直流充电桩）在充电前需要人力拖拽粗壮的线束进行操作，操作自动化程度低，耗费用户体力[1]。然而，充电桩模式因其可推广性和政策支持性等因素，仍是目前充电体系建设中最重要的模式。
由于充电桩模式有一些问题等待优化与补充，许多新的充电模式应运而生，其中最引人关注的有移动补电车模式、换电模式等、自动充电机器人模式等。多样化的充电模式既能解决用户痛点，又能让潜在用户被各种高科技成分吸引，有利于电动汽车的推广。
3 新型充电模式分析
3.1 移动补电车模式
移动补电车模式在中国已经走过了几个年头，并在近两年获得较为广泛的关注。移动补电车作为分布式储能系统或应急电源，相当于一座小型“充电站”，能够随时随地为电动汽车应急充电，并为变电站分担压力。移动补电车还可利用低价电对电源补电以降低用电成本。移动补电车主要分为两类，一类是国内较为流行的利用小型货车搭载小型储能系统与便捷充电设备的移动补电车，可同时为一至两辆电动汽车车充电，主要用途是道路救援，可为家用或商用、尤其是网约车进行临时补电以提升续航。另一类是使用货柜车搭载大型储能系统与常规充电设备的移动补电车，该种补电车一次性生产成本较高，可同时为多台电动车提供快充服务，主要由一些豪华车品牌小批量制造。目前，移动补电车模式因为其较高的造价、无标准化和不成熟的盈利模式等原因还难以推广应用，但在政策加持、厂家关注及用户的呼唤中有望在未来几年成熟商用。
3.2 换电模式
换电模式是指采用更换电池的方式为电动汽车提供能源，具有降低用户购车成本、提高用户便捷性、减少电动车补电时间、延长电池全寿命周期、提高电力系统整体运行效益、提高土地使用效率等优点[2]。如图3所示，换电站是将电池存放在电池仓内，通过机械臂给换电室内的电动车更换电池的装置。换电站可在用电低谷时期给仓内电池充电，并使用符合电池充电特性的柔和电流。该充电方法可以延长电池寿命，同时降低电费支出。换电模式带来了一种全新的电动车购买方式，消费者可以在购车时不购买动力电池，而是通过租赁的方式使用各续航挡位电池，以降低一次购车成本。这种电动车购买方式的出现与应用将大大刺激电动汽车市场、促进销量的稳定提升。尽管由于换电模式涉及产业链协调、电池制造技术、标准化体系、能源供给网络建设、城市規划等一系列问题仍难以爆发，然而从长远来看，换电模式作为电动汽车的一种重要能源供给模式，凭借其优良的属性，一定会成为电动汽车产业的重要参与者[3]。
3.3 自动充电机器人
自动充电机器人分为机器人和能量块两部分，由远程中央控制模块、充电对准及执行系统、智能行走驱动系统、双向充电转换模块、电池模块组成。摆放在规划好的充电区域，自动充电机器人可以在有限的停车区域内（如小区地下停车场、商超地下停车场等）为汽车提供全自动充电服务。用户可以通过APP一键召唤自动充电机器人，机器人自主携带满电能量块移动到车辆停靠位置，打开车辆充电口后插入充电枪开始充电。这种充电模式是“智能驾驶”和“移动储能”技术的结合，有着节约土地资源，提高土地利用率，降低充电电费等优点。目前，自动充电机器人因为电动汽车充电口位置视觉定位技术、寻车轨迹规划技术、插拔充电器枪柔顺技术等有待突破而无法实际应用到场景中商用，但随着识别与控制技术的发展，相信在未来不久就可以与用户们在各类停车场中相见。
4 结语
本文针对电动汽车用户在充电过程中的痛点，提出了三种新型充电方式，它们目前虽然因为技术开发、标准化、电网匹配等原因暂时无法大规模商用，但是随着用户的需求的推动、技术的快速进化，它们正为优化电动汽车充电生态而蓄势待发。
基金项目：广西创新驱动发展专项资助项目（桂科AA18242039）;柳州市科学研究与技术开发计划资助项目（2018AD10501）
参考文献：
[1]唐葆君，王翔宇，王彬，等.中国新能源汽车行业发展水平分析及展望[J]. 北京理工大学学报（社会科学版），2019，21（02）：6-11.
[2]涂轶昀，李灿，承林.电动汽车接入电网技术综述[J].上海电力学院学报，2012，28（04）：345-368.
[3]潘樟惠;高赐威.电动汽车换电网络规划研究综述.电力与能源.2014.415-419电动汽车换电网络规划研究综述[J].