浅谈电动汽车充电桩建设现状及规划方案

摘 要：为实现对电动汽车充电桩的优化建设，对其建设现状及规划方案展开研究。当前充电桩建设存在建设区域分布不均匀、社会公共停车场充电费用较高和部分充电设施维护不及时等问题。针对建设现状，在明确用户充电场景集中、整体高峰充电时间呈三段式分布、车主平均充电时长较短且用户里程焦虑明显等用户充电行为的基础上，扩大现有停车场充电桩的建设面积，加大多种充电站建设的推动力度；优化充电桩运营管理模式，将私人充电桩纳入到市场当中，扩大充电服务范围；考虑各个区域范围充电需求，结合资金补贴政策，丰富补贴方式和服务类型；建立充电基础设施信息管理平台，统一监督管理，统一多个充电设施收费标准，方便充电设备运行维护，为促进电动汽车及配套充电设施和充电桩的发展提供参考意见。
关键词：电动汽车；充电桩；规划方案；建设区域；充电时长
0引言
随着能源转型步伐的加快，我国经济由高速发展迈向高质量发展。 “十三五”以来，全省将节能、削煤、降碳与调结构、治污染、惠民生相结合，实施能耗总量与强度双重控制[1]。四低碳技术是未来世界发展的新趋势，同时也为新能源汽车产业的发展带来了机遇与挑战，而与之相配套的电动 汽车充电设施建设也成为了促进这一产业发展的重要举措。
为了能够充分适应当前以及未来电动汽车发展的需要，在“十二五”期间已经实现了对智能充换 电服务网络覆盖区域的初步建设，目前该网络已经 能够覆盖全国26个省市，当前的电动汽车及充换电 服务行业正经历深刻变革［2］。当前石家庄现有能源汽车保有量已经超过了 3.1万辆，在我国整个新能源 汽车占比呈现出逐渐增长的态势。基于“合理布局、 适度超前、桩站先行”的建设原则，全市已建成2万个充电桩，为新能源汽车的充电需求提供保障。 公共充电站点已覆盖住宅小区、学校医院、厂商超 市、酒店宾馆、公园景区、加油站等常用区域，实 现中心城区充电全覆盖［3］。近几年，随着国家对电动 汽车发展重视程度逐渐提高，为了加强新能源汽车 的市场推广叫政府及有关部门大力支持［5］,纷纷提出了与新能源汽车产业相关的发展和应用措施，并在政策方面从财政补贴、公共试点、减免税收以及管理规定等方面入手，提出了更为具体的指导意见 及要求。
本文通过开展电动汽车充电桩建设现状及规划方案研究，分析充电桩建设区域现状存在的不足，并根据对电动汽车用户使用充电桩的行为分析，制定充电桩建设规划方案。
1电动汽车充电桩建设现状
1.1充电桩建设区域分布不均匀
为实现对电动汽车充电桩建设现状的探究，以石家庄中心城区为例，针对该区域电动汽车充电桩 建设问题进行分析。石家庄市中心地区（二环内）面积共计106 km2。通过收集e充电、E充站、特来 电、星星充电、云快充等APP数据，统计当前石家 庄二环内公共充电站共计50座，充电桩642个，快充与慢充比例为6：1,平均服务半径为0.94 km ［6］。从空间分布来看，石家庄新能源汽车充电桩存在建设区域分布布局不均匀的问题，充电桩缺口仍然明显叫呈南部密集北部少局面。以中山西路至中山 东路为界，北部充电站数量为15座，仅为南部区域 的一半。从用地性质分布来看，由于充电桩建设体 系尚未成熟，当前充电桩主要建立在商场、综合写字楼、酒店等商业综合体，整体占比68%,像居民、 教育、医疗等非商业场所，则分布较少，而建设在医院的公共充电站仅有2座。除此之外，当前石家 庄规模较大的电动汽车充电桩较少，并且建设位置 相对偏僻，不容易寻找，因此无法为电动汽车车主 提供其所需的服务，在一定程度上限制了电动汽车 充电桩建设在石家庄中心地区的发展。
1.2社会公共停车场充电费用较高
随着国民整体教育水平的提升，民众的思想观 念也在发生变化，从一味的经济追求到人与自然和谐相处。在生产方面，很多企业开始主动承担社会 责任，通过采用新技术、新型材料来控制企业能耗, 降低企业污染物的排放同。在出行方面，随着公共交通设施的完善，共享单车的发展，越来越多的民众 选择低碳出行方式；在生活方面，人们开始有节约用电意识，资源的节约已经成为自身修养的体现。 在这样的趋势背景下，越来越多的人选择购买电动 汽车代替传统汽车，在降低环境污染排放的同时， 在一定程度上增加了用电需求，相应的充电费用也 随之提升冋。针对电动汽车的充电费用，通常包含基础电费和服务费用2个部分，以石家庄为例，其充电收费方式是按照电度数进行收费的［10］。该种收费模式由于充电站位置的不同服务费用跨度很大，服 务费占比从25%100%不等。除此之外，电动汽车 车主在充电时还需要承担这一时段当中停车的费用。 尤其是对于依赖公共充电桩进行充电的车主，长期 来说其所承担的整体费用较重［11］。
1.3部分充电设施维护不及时
石家庄中心地区部分充电设施由于建设时间比 较早，设备相对比较陈旧未能及时更新，且充电桩管理不到位，导致找到桩后无法充电或充电故障、 损毁等一系列问题。同时，由于当前充电桩的建设 速度较快，而相应的辅助技术和条件的发展无法追 赶建设的速度，因此造成了在出现故障问题时，服 务条件和技术无法实现对设施的优化，造成维护不 及时的问题产生问。同时由于无人看管，部分燃油车的车主会将车辆停在充电位置上，在一定程度上 影响到电动汽车车主的充电感受，进而产生因使用 电动汽车而带来的焦虑感。
2充电桩用户充电行为分析
2.1用户充电场景集中
基于国家电网充电桩的运营数据，对石家庄地区114座充电站、5 400个用户、2.6万充电频次 （去除无效充电）进行数据整合、汇总，分析石家庄用户的日常充电行为。当前，用户充电场景主要集中在上下班地点，这与电动汽车车主相对固定的充 电地点吻合［13］。同时，高速公路服务区的充电桩使用用户较多，占比达到25%，这说明随着高速公路 充电站的增加，中长途驾驶的充电需求将得到进一 步释放；对于长期在市区活动的车主中，46%的车主会选择在消费、休闲娱乐场所进行充电。从这一 行为也能够进一步反映出，当前电动汽车的续航能力较弱，并且已经使得车主产生了里程焦虑问题， 充电用户只有通过临时充电的方式，才能够确保正 常的出行不受影响。
2.2整体高峰充电时间呈三段式分布
从整体上来看，由于公共充电桩通常会建设在 相对开放，且周围建筑场所相对集中的区域，用户在晚上9:00以后到第二天的早上9:00这一段时间当 中，充电行为明显减少，大部分的充电时段集中在中午，并成为一天用电的高峰时期［14］。同时，上午6:00—8:00、中午 11:00—13:00、下午 15:00—17:00这3个时间段为大部分车主集中充电的时段，与全
社会用电高峰期重叠。由于峰谷差价不明显，车主 在现阶段未被电价合理引导，节假日期间充电频次无明显变化。按照充电桩所在地来看，居民区域公共充电桩充电频次波动相对较大，早上6:00点之后至晚上20:00之间为使用频率较高时段，其他时间 段使用频次大幅降低；商业区域的公共充电桩的重点集中在下午时段，下午18:00之后呈缓慢下降趋势，与购物、消费时段相匹配；在加油站的充电桩 充电集中度不明显，仅在中午与晚上就餐时间略有 提升。分地域来看，中心城区充电桩使用频率要远高于郊区的使用频率，一方面原因是市区人口集中 度高，活动范围相对固定，另一方面因素是市区为工作场所的聚集区［15］。
2.3车主平均充电时长较短且用户里程焦虑明显
从充电时长分布来看，在车主充电行为中，充 电时长在30 min内的占比高达47%，充电时长仅为10 min以内的占比为11.3%。由于大部分停车场停 车15 min内免费的限制，导致部分车主充电时间在10 min左右。大部分用户没有充足的时间来等待电 量充满，仅有44.4%的充电行为是以充满电为结束。 从平均充电时长来看，在高速服务站充电频次较高， 平均充电时间为40 min，中长途驾驶中用户里程焦 虑会尤为明显，导致充电频次高、充电时间短；仓储与办公类型用户平均充电时长较高，接近2h，这 体现该类型用户充电时间宽裕，且该区域为此部分 用户的主要充电场所。
3电动汽车充电桩建设规划方案
3.1优化充电桩建设区域布局
河北省能耗强度已由2015年的1.18 tce/万元降 低至2019年的0.95 tce/万元，整体下降19%，平均年降速达到4.7%。但从全国角度对比，仍高出全国1.9倍。在一线城市中，整体能耗水平已控制在0.3tce/万元左右，其中广州的能耗强度低，仅为0.27 tce/万元，接近发达国家水平。从地区分布上 看，能耗强度降速快的是廊坊与邯郸，达到8%以 上。分行业来看，河北工业能耗强度较高，达到2.12 tce/万元，高出全国2倍水平；但交通运输行业能耗为0.48 tce/万元，明显优于其他一线城市水平。这一能源效率水平也进一步影响到了城市能源 消费结构的改变。在这样的发展背景下，针对当前 充电桩建设区域分布不均匀的问题，在进行建设规划时，需要从对其区域布局进行优化的角度出发,结合当前城市电动汽车充电基础设施建设要求，按照图1所示的充电桩分布结构实现优化。

图1充电桩分布结构
根据图1中的充电桩分布结构要求，可以从2 个方面实现对充电桩建设区域布局的优化。
1） 在现有停车场的基础上扩大充电桩的建设面积。以石家庄城市为例，近几年该城市政府积极鼓励充电基础设施的建设项目，并通过当前已经处于 建设或运营状态的停车场进行扩大，为充电桩建设 提供了充足的空间条件。同时，在扩大建设时，政 府可积极鼓励各公立医院、企事业单位等按照规定 的比例完成对充电设施的建设。政府部门可适当对社会公共停车场充电设施建设的审批手续进行简化,以此进一步提高社会类型的公共停车场充电桩的配比。除此之外，还应当在现有加油站建设区域范围 内增设充电桩，以此为电动汽车车主提供更加方便 的充电服务。
2） 加大对国家电网、特来电和星星充电等充电 站建设的推动力度。根据当前石家庄城市现有充电 基础设施发展与规划的相关要求，对充电基础设施进行优化建设或改扩建，并且应当在建设过程中严格按照规定实行。目前各大运营商充电桩已实现石家庄全覆盖，但随着电动汽车市场的逐步增加，公共充电站规模应持续扩大，缩小服务半径，进一步 提升快充占比。特别是高速公路、环城快速周边， 加大大功率直流充电桩建设，为中长途车主提供充电保证。
3.2基于共享机制优化运营管理模式
针对当前充电桩建设中存在的部分充电设施维 护不及时的问题，可从优化充电桩运营管理的角度出发，将共享机制作为其管理依据，将更多私人充电桩引入到市场当中，实现共享充电双赢局面。在 当前互联网+的时代背景下，私人充电桩的数量不断增加，同时其规模也在呈现出逐渐扩大的趋势。 因此结合这一发展特点，应当将私人充电桩纳入到市场范围内，并以此实现对充电服务范围的进一步扩大。通过限时手段来释放已有供电潜能，将更多
处于闲置状态的私人充电桩纳入到市场当中，并对其进行统一管理，按照相关要求实现对充电需求的 合理调配。同时，通过该项制度的建立也能够进一 步为充电桩桩主带来额外的经济收益，实现双赢。 除此之外，还可以通过提升公共停车场运营管理模 式的方式实现对管理模式的优化。各运营平台应通 过峰谷电价机制，积极引导用户充电需求，按照削峰填谷的方式，改善高峰时段集中充电情况。针对 已经由政府定价管理的停车场，可实施限时免费政 策，针对短时间内的停车费用可适当降低或免费。 针对其他社会公共类型的停车场，应当积极鼓励各个运营商与停车场进行合作，并将停车费纳入服务 商的运营管理，以此进一步降低停车场内部充电费费用，降低电动汽车车主的充电负担。
3.3针对不同区域制定补贴政策
针对当前社会公共停车场充电费用较高的问题， 为实现对其优化建设，应当针对不同区域内的电动 汽车充电提供不同的补贴政策。在制定补贴政策时， 应当充分考虑到各个区域范围内充电市场的具体需 求，以及未来需求变化的增长态势，除了结合资金补贴政策外，还应当不断丰富充电补贴方式和服务 类型。按照中心与郊区区分、不同性质区分等方式, 以此保障电动汽车充电桩建设规划布局与商业运行阶段的可持续发展。同时，完成对不同区域制定补 贴政策后，在具体实施时，还应当注意，不仅需要从电动汽车充电设施建设和投运数量上进行严格的核查，同时还应当针对充电桩在实际运营阶段的效 果以及其具备的服务能力进行综合考量，以此才能 够进一步保障补贴政策发挥其实际效用。
3.4建立统一基础信息管理平台
当前，在石家庄城市内，包含的电动汽车充电 设施运营商主要有国家电网、特来电、星星充电等多家厂商。针对设备老旧、充电故障、设备损毁等问题，监管部门应加强管理，及时督促进行设备更新。对于长期占用充电车位的现象进行治理。由于运营厂商过多，用户常常需要应用多个APP上进行空闲充电桩信息查询，特别不利于用户使用。石家庄市可以建立充电基础设施信息管理平台，利用大数据、云存储等技术对石家庄不同的充电基础设施 信息进行统一监督管理，实现石家庄所有充电设施 的布局分析、运营分析、用户行为特征分析和数据统计。便于用户在一个平台下实现对所有设施的查 询，有助于实现各充电设施收费标准的统一，方便 设备运行维护等工作。
通过对多个 APP 充电桩信息的统一管理，一方 面方便了用户对于充电桩的使用，在另一方面也增加了运营厂商的收益。由于充电桩信息统一，增加 了访问APP的用户数量，与此同时，运营商也能够 减少自身APP管理人员数量，节省了一部分的人力资源支出，实现了多个运营厂商合作共赢的局面。
4.电动汽车充电桩建设解决方案

安科瑞充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。
5.安科瑞充电桩云平台具体的功能
①数据概览：统计该账户下所有充电站的充电数据统计。
②充电站信息统计：地图上显示该账户下所有充电站的定位，以及所有充电桩的状态统计

③地图查询：地图查询站点信息
④充电站监控：可以按站点名称进行筛选，显示站点详情、充电枪列表、统计订单信息、故障记录
1、可以按充电枪编号、状态、功率筛选充电枪列表
2、点击某个充电枪编号后在进入充电枪监控页面
3、实时监测变压器负荷，当负荷超过50%时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为50%，当变压器负荷超过80%时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。

⑤充电枪监控：统计该充电枪的订单信息，显示订单列表，故障列表
1、充电过程中，实时显示电参量，点击实时曲线，在弹出框中显示电参量的实时曲线
2、点击订单列表中的订单编号，跳转到该订单的详情页面。

6. 产品选型
安科瑞为广大用户提供慢充和快充两种充电方式，便携式、壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kw交流充电桩，30kw交流充电桩，60kw/120kw直流一体式充电桩来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，同时为提高公共充电桩的效率和实用性，具有有智能监测：充电桩智能控制器对充电桩具备测量、控制与保护的功能；智能计量：输出配置智能电能表，进行充电计量，具备完善的通信功能；云平台：具备连接云平台的功能，可以实现实时监控，财务报表分析等等；远程升级：具备完善的通讯功能，可远程对设备软件进行升级；保护功能：具备防雷保护、过载保护、短路保护，漏电保护和接地保护等功能；适配车型：满足国标充电接口，适配所有符合国标的电动汽车，适应不同车型的不同功率。下面是具体产品的型号和技术参数。


7. 现场图片


8结论
1) 以石家庄中心城区为例，该城市现存的充电 桩规划建设分布不均匀、公共停车场充电费用普遍较高和充电设施缺乏管理和维护。
2) 电动汽车用户存在使用场景较为集中、具有 三段式的用电高峰和部分用户存在里程焦虑心态的 特点，应根据用户行为，制定充电桩建设规划方案。
3) 通过扩大现有停车场充电桩的建设面积、优化充电桩运营管理模式和设立共享机制优化运营管理模式，为电动汽车车主提供更加方便的充电服务， 扩大充电服务范围；设置统一收费标准，对充电桩进行统一管理，满足用户充电需求。
4) 按照本文上述规划方案可初步实现对电动汽 车充电桩建设的优化，但除此之外，政府及有关部门还应当继续提高对充电桩建设的重视程度，为其各项建设活动提供规划控制保障、财政扶持保障、 运营管理保障以及电力技术保障等，以此促进充电桩建设的深化发展。
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