摘要：针对当今家用纯电动汽车的几种充电方式进行阐述及对比，结合调研实例，对充电方式的发展趋势进行分析预测，并对相关组织群体提出建议，进而推动纯电动汽车乃至新能源汽车在国内汽车市场的技术进步和大规模普及。
关键词：家用纯电动汽车；充电方式；发展现状；趋势
1前言
【资料图】
受当前国际局势影响，全球油价再创新高，伴随着国家宏观政策引导和日益尖锐的环境保护问题，新能源汽车的需求量也因此持续走高。根据中国经济网数据显示，2022年前两季度，我国汽车产业产销量分别达1211.7万辆以及1205.7万辆，其中，新能源汽车产销量分别为266.1万辆以及260万辆，同比增长约120%，市场占有率首次突破20%，达21.6%，提前三年实现了《“十四五”现代能源体系规划》中所提出的“到2025年新能源汽车新车销量占比达20%”的目标。尤其是家用纯电动汽车以其低噪、节能、零排放等优点，受到市场青睐，销量持续火爆。家用纯电动汽车即为私人或个人所有的非营运纯电动汽车，电能作为其单一的动力来源，充电频次根据家庭使用场景，约为2~7d充电1次。除去插电混动、增程式等新能源汽车种类，家用纯电动汽车的国内市场份额也达到了家用车市场的17%。本文旨在阐明家用纯电动汽车充电方式的发展现状并运用比较研究及实例调研的方式对其趋势加以分析预测。
2国内外新能源汽车充电产业的发展现状
2.1国外发展现状西方发达国家，尤其像日、美、德等老牌汽车强国，对新能源汽车及相关充电产业的基础研究和建设布局起步较早，相较我国，其相关政策的完善程度及政企之间的合作深度，是较为完备与成熟的［1］。
2.2国内发展现状相较于西方发达国家的新能源汽车充电产业，我国在相关领域的技术研究及积累起步较晚，但伴随着国家对新能源汽车产业在宏观上的大力支持，并在取长补短，吸取国外相关发展经验后，我国的充电产业也取得了长足进步，甚至有赶超之势。目前，我国的新能源汽车充电产业及充电基础设施的建设也位居世界前列，并在世界范围内，已成为投入并运营充换电设备最多的国家［1］。
3三种充电方式的阐述与比较
3.1外接插入式充电方式外接插入式充电（后文简称为插充）的充电方式即为纯电动汽车动力电池在放电后，从外界输入直流或交流电，按照与放电电流相反的方向通过动力电池，使其恢复电能储备，这个过程就称之为动力电池的插充过程。插充的充电方式又分为快速直流充电和慢速交流充电。
3.1.1快速直流充电（以下称为快充）
快充也被称为地面充电，是通过快充充电桩输出的高强直流电给动力电池直接充电，在较短时间内，动力电池的电量即可充到80%左右。这种充电方式的电压，一般在150~400V之间，且功率较大。快充的优势就是充电效率高、时间短，但是快充对于汽车动力电池电压和功率的要求较高，也有可能会导致动力电池热管理系统的负载加重，对其造成不良影响。在当今动力电池技术和快充技术不断进步和普及完善的背景下，家用纯电动汽车的续航里程和充电速度都在不断地提升，而快充对车辆电池效率降低的影响也在逐步减小。以60kW的普通充电桩为例，为家用纯电动汽车充电，其续航电量从20%充到75%，也仅需不到30min的时间。
3.1.2慢速交流充电（以下称为慢充）
慢充又被称为常规充电、车载充电，是采用随车携带的便携式充电设备进行充电，使用家用电源和充电桩。慢充的充电电流较小，一般为6~32A左右，充电电流的形式为三相交流电。根据电流的大小和动力电池的体积，一辆家用纯电动汽车采用慢充方式充满电需要8~12h，甚至更久。由此可以看出，慢充的缺点是十分明显的，即充电时间过长，但是对充电的成本要求不高。更为重要的一点是慢充可对家用纯电动汽车动力电池进行深度充电，对电池效率的下降影响也较小，可延长其使用寿命。
3.2换电站更换电池充电方式换电站更换电池（后文简称为换电）的充电方式为：
利用集中型的换电站对家用纯电动汽车的动力电池集中充电、集中存储、统一配送，并在换电站内对家用纯电动汽车进行动力电池的更换服务。对于普通家庭用户来说，换电模式虽然能够解决续航焦虑，提升充电效能，但是也存在着诸多问题［2］。例如在换电的过程中，可能会产生电池箱与车辆结构机械连接不稳的情况，导致电极插头磨损，甚至产生火花引起安全隐患。换电的充电方式，如今面临三大挑战：a.换电站的前期建设成本过高；b.各个车企的技术标准及动力电池标准不同；c.车企普遍不会主动共享技术标准。以上三点是导致换电的充电方式最终难以普及和推广的三个重要原因。但在某些特定领域，换电方式却拥有着独特的优势和竞争力，比如在电动公共交通领域里拥有着定制化和规模化的交通工具，在这些领域将来可能会形成闭环式的换电模式。换电带来的家用纯电动汽车用户体验是更方便和快捷的，单论换电的时间成本几乎可以媲美燃油车的加油效率。但是从成本方面考虑，换电设施的筹建在前期建设当中的投入是相当巨大的，还应考虑到换电站本身所需的储备电池投入，这都将是一笔巨大的开销
3.3无线充电的充电方式
无线充电的充电方式是近几年才进入大众视野的充电研究成果，是一种非接触、感应式的充电技术。以高频交变磁场的能量形式，通过埋于地面之下的供电导轨将电能传输给地面之上家用纯电动汽车的电能接收端，以此为动力电池充电，通过此充电方式，车辆即可自身携带较少量的动力电池组，且能够延长其续航里程，同时非接触形式使得充电过程更加安全、便捷。就当前而言，汽车无线充电还只是对充电方式的一次尝试与创新，但相比于大家所熟悉的手机无线充电，汽车的充电频次相对较低，且并不像手机的小型化无线充电装置，使得汽车能够随时实现无线充电，而且汽车的无线充电还必须把汽车开到指定的地点，所以汽车无线充电在现阶段并没有办法从根本上做到“随充随用、方便快捷”。此前，国内外也有专家明确提出了“智能公路”的构想，透过在公路路面下方铺设无线充电板，即可为运行中的电动汽车补能充电，即“边驾车边充电”。
4综合比较分析
无线充电的充电方式，受制于各方诸多因素影响，以目前的状况，要达到实际应用还是十分困难的，因篇幅有限，故不在综合比较分析内讨论，综合比较分析着重对插充及换电两种充电方式展开讨论。
3.4.1在前期投入上的比较
有数据表明，目前建设一个换电站需要大约200万元左右的设备和200万元左右的动力电池储备，再加上其他成本，基本上建设一个换电站需要500万元左右的前期投入，换电站的回本盈利周期过长。而一个普通充电桩的建设成本约在1.8万元左右，一个快速充电桩的建设成本约在9万元左右，1个小型充电站以5~8个充电桩来计算，建设投入成本大约为10~80万元，换电站的成本几乎是充电站成本的5~10倍。
3.4.2在适配程度上的比较
目前，占据市场规模较大的换电站基本上都来自于新能源车企本身并且只为自家车型提供换电服务，处于“各自为战”的局面，通用性和普适性较低。由于各个汽车品牌的家用纯电动汽车独立生产，如今行业内也没有统一的换电规范标准，导致换电站不能布局联网，即使一个品牌布局了再多的换电站，暂时也做不到像燃油车去加油站加油一样，无论什么品牌的家用纯电动汽车都能在同一换电站内进行换电。而大部分充电桩对各个汽车品牌家用纯电动汽车充电的兼容性就要好很多，在充电桩通用标准国标后，新建充电设施已按国家统一标准进行制造安装，原有充电设施也在逐步更新插充接口，实现家用纯电动汽车插充标准的统一。
3.4.3在用户体验上的比较
购买和使用家用纯电动汽车的车主，在日常的用车场景中，一般在家里、居住小区都配有充电桩或常停放的单位配有充电桩，这样就可以结合自身的用车需求利用闲暇时间或夜晚的用电波谷来进行充电，以此来减小充电时间较长给用车带来的时间成本影响。单次换电的速度虽快，但由于换电站的普及难度大，覆盖面还不够广，车主在来回去换电站的路上，也有较高的时间成本，换电站的覆盖率和用户的实际使用体验有着直接的关系。
4以柳州为例探究家用纯电动汽车及其充电方式的发展现状
4.1柳州家用纯电动汽车高占比的使用背景
柳州地处广西腹地，为广西第二大城市，西南地区工业重镇。除了景色人文的惊奇之外，柳州的新能源汽车产业也称得上惊奇。统计数据显示，柳州市家庭每100辆出行车辆中，纯电动汽车就占22辆；近5年来，城市家用汽车的电动化率也在逐年提高，截至目前，柳州乘用车的电动化率已达33.1%，占比高居全国首位。
4.2柳州政企协同扶持充电产业及充电设施的发展
在当前柳州市家庭纯电动汽车保有量十分庞大的背景下，如何保障大数量的家庭纯电动汽车的正常充电，是一个备受关注的问题。央视新闻频道《新闻直播间》栏目曾以《广西柳州，完善公共配套设施，打造“十分钟充电圈”》为题，以及央视财经频道《正点财经》栏目曾以《10分钟找到充电桩！广西柳州缓解新能源车“充电难”》为题，报道了家用纯电动汽车车主在柳州10min之内就能找到充电桩，给爱车充电一事。市相关部门通过政企联动、配套推动和市场驱动等方式，多措并举地打造新能源汽车推广及应用的“柳州模式”，成功开辟出一条在新能源汽车推广及应用中“产、销、用、停、充”等服务的新路径。在上一个五年规划期间，柳州政府就早已成立新能源汽车推广应用的工作领导小组，一系列有利于新能源汽车及充电产业发展的相关政策文件先后得到颁布出台，旨在鼓励相关企业，持续加大人才及资金的投入力度，加快充电桩及充电站的建设速度。4.3柳州家用纯电动汽车充电方式的发展现状经实地走访调研及相关数据显示，柳州家用纯电动汽车的充电方式，主要是以充电桩快充为建设核心，辅以换电方式为补充。目前在全市范围内，已建设公共充电桩站点700多家、充电桩9000余个；公共充电插座站点530多个、充电插座两万余个（含个人充电插座，不完全统计），市内公共充电桩站点数量已超过加油站数量，建成充电桩和充电插座3万余个，车桩比达3∶1。此外，柳州还选定区域，构建全新的新能源汽车充电站点示范工程，目前已建成66家示范机关单位、64所示范学校、36家示范企业、35座示范性小区、22个示范商业区、6个示范医院和2条示范道路，由点及面，推广复制，充电桩充电的服务网络和服务体系得到不断完善。2021年8月，柳州首座换电站在南方电网柳州鹿山综合能源服务站正式投入运营，在这里，相应品牌的家用纯电动汽车除了可以插充充电外，还能够进行换电充电。
5结语
充电方式的发展与进步，关系着千家万户在实际使用纯电动汽车时的实际体验，说到底是一项民生工程。根据家用纯电动汽车每周1~3次的充电频率，及以上对几种充电方式的阐述比较。以柳州为例，分析了柳州市家用纯电动汽车充电的发展现状，综合得出家用纯电动汽车电能补充方式的发展现状为：目前我国家用纯电动汽车的充电方式是以插充为主，对于普通家庭个人用户来讲，插充才是综合当前诸多因素下最具竞争力的充电方式，尤其是快充方式。家用纯电动汽车电能补充方式的发展趋势为：充电桩快充为主，多种充电方式并存。在今后相当长的一段时间内，此趋势将一直持续下去。
针对上述趋势，提出以下三点建议：
a.国家应继续加大对新能源汽车充电产业的政策扶持力度，以政策为导向，明确发展方向，并积极加强政企合作，改善充电基础设施的设计规划，建立分配合理的电力能源体系，加速快速充电桩的建设布局并倾听各方建议，做好坚强后盾。
b.相关企业在继续完善探索快速充电、动力电池及电力运行等技术，不断缩减快充时间，减小快充对动力电池带来的损伤。针对换电、无线充电等新型充电方式，也应适当进行投入、完善研究，进行小范围试点，为若干年后的技术突破储能蓄力。
c.家庭纯电动汽车的实际用户应培养自己良好的用车及充电习惯，如尽量在动力电池20%~90%的电量区间内使用车辆，尽量避免过充放电，延长车辆的使用寿命，进而拥有良好的用车体验。
参考文献：
［1］罗文雲，周浩，李金宝.国内外电动汽车充电设施发展现状综述［J］.机电信息，2017（24）：156-157.
［2］胡斌.新能源汽车换电商业模式盈利优化研究［D］.杭州：浙江大学
作者:刘佳豪 单位:柳州工学院
