電動汽車分散充電設施配比度分析與計算方法研究

　　摘要：分散充電設施需按一定比例合理配置以滿足電動汽車的充電需求，同時盡量避免設施冗余。本文基于美國NHTS（Nationalhouseholdtravelsurvey）的私家車調查數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析車輛的行駛里程數(shù)分布規(guī)律，研究用戶對不同剩余荷電狀態(tài)（stateofge，SOC）接受心理下的電動汽車充電需求概率，提出了分散慢充樁與電動汽車的配比度分析計算方法；分析了影響用戶進行快、慢充選擇的諸多因素，進而建立用戶快充需求判斷的概率模型，提出了分散快、慢速充電設施的配比度分析計算方法，為分散充電設施的規(guī)劃配置提供依據(jù)。

　　1、引言

　　隨著能源危機和環(huán)境污染問題日益嚴重，電動汽車迎來了自身發(fā)展的重大契機。充電基礎設施的建設是電動汽車產業(yè)推廣的前提和基石，如何合理地配置充電設施以適應電動汽車的推廣應用將是急需解決的關鍵問題。現(xiàn)階段對于充電基礎設施規(guī)劃配置的研究主要圍繞集中式充電站或換電站的站址選擇與容量確定進行，對于分散充電設施，由于其依各功能區(qū)的停車場而建，在選址方面較為簡單經濟，因此更應合理確定各類分散充電設施之間以及充電設施與電動汽車之間的配比度，而目前這方面的研究較少。

　　分散充電設施根據(jù)充電方式的不同可分為交流慢速充電樁和直流快速充電設施。交流慢充樁輸出為交流電，需通過車載充電機為電動汽車充電，充電電流較小，充電時間一般在3-8小時；直流快速充電設施則直接為電動汽車動力電池提供直流電源，充電電流大，一般可在半小時將電池電量充至80%以上。目前新生產的電動乘用車基本都同時配有快充和慢充兩個充電接口。充電電流過大將縮短電池壽命、降低電池效率，且會對電網造成沖擊。基于以上因素，并考慮進行有序充電的充裕度，應把慢充充電作為當前技術水平下動力電池的主要充電手段，而將快充充電作為一種輔助的應急手段。

　　現(xiàn)階段在分散充電設施實際規(guī)劃建設過程中，其配比度仍然依靠主觀確定，無科學的分析方法。本文從滿足電動汽車用戶不同充電需求的目標出發(fā)，基于對私家車運行規(guī)律的統(tǒng)計分析，提出了電動汽車與慢充樁配比度和快、慢充電設施配比度的概率分析方法，為合理確定分散充電設施的配置比例提供依據(jù)。除私家車外的其余類型電動汽車（如出租車，公交車）一般都有固定的集中式充電場所，且私家車的比重將達到70%～80%，是未來電動汽車推廣的主體，面向私家車的充電設施配置是否完善，將直接影響到電動汽車的發(fā)展速度，因此，本文針對電動私家車進行充電設施配比度分析，且假設未來電動汽車行駛規(guī)律與燃油車相似。

　　2、慢充樁與電動汽車配比度計算方法

　　分散慢充樁應成為滿足電動汽車日常充電需求的主要設施類型，而充電需求則由多方面因素決定，包括用戶的用車行為習慣、電動汽車的續(xù)航能力以及用戶對電動汽車行駛性能的信心等因素，后兩者決定了在分析用戶充電行為時，需考慮用戶心理因素。私家車夜間一般停泊在居住區(qū)停車場，?？繒r間較長。從充電的便利程度和可支配充電的時間充裕性來看，居住地是最主要的電動汽車能量補集地點，應最大程度的滿足用戶的充電需求，從而首先適合在居民區(qū)電動汽車用戶的停車位建設分散充電樁，其數(shù)量應與該小區(qū)電動汽車數(shù)量相等，車、樁、位之比適宜為1：1：1，以保證為每輛電動汽車提供專有的充電服務。但是只在住宅區(qū)配置充電設施不足以完全保證用戶外出行駛需求，也不利于增強用戶對電動汽車的使用信心，因此，有必要在私家車用戶頻繁停車的其他場所配置相應的充電設施，其配比度如何確定，是本文所要分析的問題。

　　2.1電動汽車用戶心理接受能力分析

　　據(jù)文獻發(fā)布的2012年上海電動汽車示范運行一周年的《數(shù)據(jù)采集報告》，大約90%的電動汽車用戶會在出行前將電池荷電狀態(tài)（stateofge，SOC）充至60%以上，且大部分用戶（77%）在電池剩余SOC下降到一半之前就開始充電，幾乎沒有人會在電量耗盡時再去充電。統(tǒng)計結果體現(xiàn)了用戶對電池剩余SOC不足以維持電動汽車完成一次行駛的心理擔憂。充電樁建設數(shù)量越多，越容易滿足用戶的充電需求，但是也意味著造成設施閑置以及投資浪費的可能性越大，因為每個用戶對剩余SOC程度的承受心理不盡相同，這將直接影響其充電意愿，并非所有用戶均會在停車地點進行充電，因此，在配置充電設施時，必須計及用戶對不同剩余SOC的接受心理，從而綜合考慮對充電的心理迫切性和發(fā)生充電行為的便利性，確定一個相對合理的充電樁建設比例。

　　2.2樁車配比度計算方法

　　單個用戶的充電行為具有較大的隨機性，但是當樣本數(shù)量足夠大時，總體用戶的充電行為會呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，即隨著樣本數(shù)量的增加，對電動汽車具有相近使用心理的用戶中，產生充電需求的頻率將會逐漸穩(wěn)定在一個值附近，即單個用戶的充電概率。

　　本文計及不同用戶對剩余SOC的接受心理，分析不同接受水平下的充電需求概率，并為其設置權重，進而綜合考慮不同用戶的充電需求，按適當?shù)呐浔榷扰渲媒涣髀錁丁?/p>

　　本文在分析時做如下假設：

　　1）所有電動汽車均以滿電狀態(tài)從家出發(fā)；

　　2）用戶會優(yōu)先考慮住宅區(qū)充電。僅當在返回住宅區(qū)之前，電動汽車能量狀態(tài)可能不滿足用戶心理可接受水平時才在住宅區(qū)以外的場所進行充電；

　　3）除居住地以外，每個用戶只有一個外出目的地，且往返里程相同；

　　4）行駛里程與電量消耗呈線性關系，且不考慮電池自放電；

　　5）由于慢充充電時間較長，一般為3~8h，因此，假設在不同功能區(qū)的一個停車周期內，單個充電樁僅為一輛有充電需求的車輛服務，即不出現(xiàn)排隊情況；

　　6）對剩余SOC具有相同接受心理的用戶具有相同的充電需求概率。

　　用戶行駛及充電過程可描述如下：

　　根據(jù)假設1）和2），用戶滿電狀態(tài)從家出發(fā)，當其到達戶外目的地，可選擇充電與否。這由用戶對電動汽車剩余電量能否支撐其返回居住地的信心決定。后者又受以下兩方面因素影響：

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