全自动换电范文（精选4篇）

全自动换电 第1篇

随着人们对环境保护的意识增强, 环境污染和节约资源问题倍受关注。汽车行业节能减排形势日益严峻, 节能型电动汽车成为汽车产业发展的选择之一。电动汽车的续航能力是电动汽车行业需要解决的问题, 电动汽车蓄电电池的充电和换电环节关系到电动汽车产业的普及和推广。

在电动汽车利用机械手换电池的过程中, 对电动汽车内的电池进行定位是关键。本文采用将双目相机安装在机械手治具上对电池进行拍摄, 实现了对电池标定中心点的三维坐标以及欧拉角的测量。视觉定位距离测量精度达1 mm, 角度测量精度达0.1°, 满足全自动换电机械手的精度要求。

1 双目视觉定位的基本原理

如图1所示为标准双目立体视觉成像模型。标准的双目立体视觉系统中, 对于空间任一点在两个图像的成像点其纵坐标相等, 即yl=yr=h, 其中yl为空间点P在左相机成像点Pl的纵坐标, yr为空间点P在左相机成像点Pr的纵坐标。根据相似三角形得到空间点P在摄像机坐标系下的三维坐标

式中, xc、yc、zc为P点在世界坐标系中的坐标;b为两个相机光心的间距即基线长度;f为相机焦距, 视差d=xl-xr。

所以已知焦距fl、fr和空间点在左右摄像机中的图像坐标, 只要求出两个摄像机之间的旋转矩阵R和平移向量T就可以得到空间点的三维坐标。

利用双目视觉进行目标定位包括以下步骤:图像获取、摄像机标定、特征提取、图像匹配和三维重建。摄像机标定[4,5]是为了解决相机在成像过程中产生的畸变导致图像变形, 同时也需要获取由相机坐标系到世界坐标系的转换关系。对于空间任意一点, 如果在世界坐标系、左摄像机坐标系和右摄像机坐标系中的x坐标分别为xw、xl、xr, 根据两个坐标系的转换关系则有

式中, Rl和Tl、Rr和Tr分别为空间坐标系到左右摄像机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。

所以两个摄像机的相对位置可以由以下关系式表示

在对相机完成标定后, 需要找到对应匹配的特征点来计算空间点的坐标, 才能进行三维重建。这些特征点需要满足以下要求:与传感器类型及抽取特征所用技术等相适应;应具有足够的鲁棒性和一致性。目前常用的匹配方法[6,7]包括局域算法和全局域算法。局域算法相比全局域算法而言速度快、计算量少, 采用归一化互相关系数法能良好地完成匹配, 其基本思路是在参考图像和匹配图像中一特征点为中心选取一个区域窗口, 然后以每个特征点为参考点在匹配图像中寻找对应点, 计算其相关系数

式中, W是匹配区域大小;I1和I2分别为匹配点的灰度值;CC为相关系数, 其中匹配最大值的两个点即为对应的匹配点。

在得到两个图像中对应的匹配点坐标后, 即可进行空间点的重建。由于一般的双目视觉系统无法保证与标准双目立体视觉相同, 因此可以通过建立以该点的世界坐标为未知数的线性方程, 用最小二乘法可进行求解, 但是求解过程较复杂, 计算量大。一般情况下采用包括极线约束方法[8]消除y方向视差[9]获得标准双目视觉模型下的坐标。极线约束过程中所用到的投影变换矩阵为

其中, A为相机内参;Ol和Or分别为左右相机光心坐标。旋转矩阵R为[r1Tr2Tr3T], 定义如下:旋转后的标准双目相机坐标系X轴应平行于基线, 可得, Y轴垂直于新的X轴和原世界坐标系Z轴, 最后新的Z轴垂直于r1和r2。

2 电动汽车电池定位

2.1 双目相机标定

如图2所示, 在将双目视觉系统架设好后, 采用圆环标定板在相机的视野范围内多次移动并拍摄图像对, 尽量使标定板的挪动区域覆盖整个视野范围。

传统的圆形标定过程需要人工寻找对应点, 采用该圆形标志点的全自动相机标定方法更简单, 利用张正友标定法, 再通过5个不同距离的圆形点确定出其他点的编号, 自动完成匹配过程, 即计算出两个相机的内参和外参Rl和Tl、Rr和Tr。

2.2 电池定位

电动汽车自动换电采用安装在治具上的吸盘对嵌入电池盒中的电池进行吸取, 需要计算出吸盘和电池的三维空间坐标系, 也可转化为计算电池表面相对于相机坐标系的三维信息, 如图3所示。

图4为采用经过校正后的左右两个30万像素的工业相机所拍得的电池图片。由计算得到的外参Rl和Tl、Rr和Tr, 可以根据式 (5) 计算出对图像进行重投影的投影变换矩阵, 并完成对左右两张图片的重投影, 从而实现极线校正。在完成极线校正后, 对电池进行图像处理, 首先采用中值滤波对图像进行平滑处理, 消除图像中存在的噪点。然后利用区域分割原理, 将电池区域分成3块, 左右两个白色区域, 中间灰色区域。区域分割以后, 采用亚像素边缘提取对边缘进行精确定位, 可得到有效的电池信息。根据电池表面进行关键信息的三维坐标重建。关键信息即图4所示的机器人纵向和横向边缘信息, 这些边缘都近似为二维直线。

得到左右相机所拍摄的电池图像关键信息后, 进行三维重建。在得到相关直线上的点后, 利用式 (4) 计算特征点的相关系数, 根据相关系数最大值即为匹配点完成左右相机特征点的匹配。利用匹配的结果根据式 (2) 计算出电池表面关键信息点在左相机坐标系下的三维坐标, 如图5所示。

2.3 精度检测

为检测双目视觉系统的定位精度, 采用将电动汽车电池平放在6自由度关节机器人4轴上, 如图6所示, 调整机器人姿态, 保证电池模型在光轴方向成水平姿态摆放。由于在光轴方向, 电池模型是水平的, 在考虑各种因素带来误差的情况下, 可以认为电池方位角的偏转与滚转角度的偏转与实际值不同, 但是总体呈线性变化。

2.4 实验结果与分析

实验结果分别如图7和图8所示, 其中圆点为实验测得的机械手偏转一定角度时视觉系统测得的偏转角, 图中实线为利用实验数据进行拟合得到的曲线。

如图7所示, 拟合后的曲线, 与实际值的最大偏差为0.083 7°, 线性度为8.9%。图8是拟合的直线与实际数据的比较图, 与实际值的最大偏差为0.082 4°, 线性度为8.8%。

整体来看, 视觉系统测得的结果能满足换电要求, 但是依然存在测量误差。产生误差的原因主要包括:相机标定会产生一定的误差, 包括基线距离、有效焦距以及内外参数等;在进行三维重建时, 采用直线的平行与垂直关系对匹配点进行整体拟合逼近, 会造成一定的误差;整个测量系统还取决于对电池位姿数据采样的精度以及机器人本身精度, 同样会对最终拟合数据造成一定误差[9,10]。

3 结束语

随着光学、电子学以及计算机技术的发展, 双目立体视觉不仅将会成为工业检测、生物医学、虚拟现实领域的关键技术, 还可能应用于航天遥测、军事侦察等领域。本文采用双目视觉立体定位系统对电池表面进行三维重建, 经实验验证, 该精度满足全自动换点机器人的要求。

摘要：介绍了双目立体视觉原理, 并利用该技术解决了电动汽车自动换电过程中对电池表面三维信息的定位要求。采用张正友标定法完成相机标定, 利用区域匹配原则进行特征点匹配, 完成电池的三维重建。实验结果表明, 双目视觉的定位精度满足换电要求。

加快电动汽车充换电设施建设 第2篇

目前全球气候变暖、能源短缺、生态环境恶化等问题日益严峻。为了保护环境和保障能源供给, 各国政府不惜投入大量人力、物力寻求解决这些问题的途径。电动汽车以电代油, 具有高效率、零排放、低噪音等显著优点, 是促进节能减排、发展低碳经济、解决能源短缺和环境污染的重要手段。

电动汽车改变了传统汽车燃油驱动的模式, 采用电力驱动, 它具有传统汽车不可比拟的优势。第一, 电动汽车能源利用效率高。其总效率在19%以上, 而传统汽车效率低于12%;第二, 环境污染小。电动汽车排出的废气非常少, 产生的废热也明显少于传统汽车;第三, 具有噪音低的特点。即使靠近正在高速运转的电动机也不会让人感觉到恼人的噪音, 而传统汽车内燃机的噪音则较大;第四, 从日常使用的经济成本来看, 电动汽车的运行费用远低于传统内燃机汽车。

电动汽车充换电设施主要包括交流充电桩、整车充电站、电池更换站和电池集中充电站。交流充电桩为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能的专用装置, 有一桩一充式、一桩双充式及壁挂式3种形式, 主要服务对象是出租车、私家车等小型乘用车。交流充电桩一般占地面积小、安装方便、使用便捷, 适合在大型商业场所停车场、居民小区停车场进行建设;整车充电站包括立体充电站和平面充电站。立体充电站结合各种类型的立体停车库的具体特点进行设计, 平面充电站的外观与传统汽车加油站类似。整车充电站内安装多台直流充电机, 布置少量交流充电桩, 同时大型充电站可配置电池更换设备, 可以满足公交车、电动客车、电力工程车、邮政车、环卫车等商用车以及小型乘用车的充电需求。电池更换站是采用电池更换方式为电动汽车提供电能供给的场所, 包括综合型电池更换站、商用车电池更换站、乘用车电池更换站和电池配送站4种类型, 其中电池配送站通过配送方式获得电池, 不对电池进行充电。电池更换站具有换电过程自动化程度高、换电时间短等优势, 适用于频繁充电、对充电时间有较高要求或一次充电续航里程不能满足日常行驶需要的车辆, 可以弥补交流充电桩和整车充电站充电时间过长的缺点, 对电动汽车推广使用具有促进作用。电池集中充电站可以对电动汽车动力电池集中进行充电, 然后通过物流网络将电池统一运送至电池配送站, 保证可换电车辆的能源补给。在因土地资源紧张或配电网难以扩建改造而无法建设电池更换站的地区, 可以依托电网公司110k V及以上变电站, 建设电池集中充电站, 以充分利用变电站土地资源及变电容量。

2 阻碍电动汽车健康发展的最大瓶颈

在电动汽车与插电型混合动力车市场方面, 要建立一定规模, 必须符合5个关键性的条件, 它们分别是:高油价、充电站基础设施、政府激励政策、产品供应能力, 以及二氧化碳排放量限制法规。据称, 以上条件大多数恐怕要到2024~2030年才会达到成熟阶段;至于目前最受各相关厂商关注的电动汽车用锂离子电池技术, 则可望在2017~2023年之间就迈向成熟。纯电动汽车在持续时间和寿命上有着很大的局限性, 这也是电动汽车的挑战之一。电动汽车如果想要得到推广, 大商场、停车场、公寓等都需要建立完善的充换电设施, 这将是一笔不小的开支, 需要一步一步来做。

目前阻碍电动汽车发展遇到的困难主要有4个:一是成本较高, 二是配套设施问题, 三是续航能力, 四是蓄电池的寿命问题。除了价格过高制约电动汽车大面积投入使用并进入私家车领域之外, 电动汽车的续航里程能力也是制约其发展的另一重要因素。充换电站的建设将是影响未来纯电动汽车推广的主要因素, 政府在这方面的投入与引导将是主要推动因素。如同电动汽车一样, 充换电站未来的建设仍然需要政府的扶持与补贴。目前, 国家电网、南方电网、中石油、中石化都积极参与到充换电站的建设与规划中。与续航能力密切相关的另一个因素则是动力电池的容量问题, 这是一个两难问题:如果为了增加航程, 就需多加装电池, 那么由于自身重量问题, 将使耗电增加导致续航里程效用递减, 使用成本和制造成本增加。不加装电池组, 将很难达到续航要求。

在成本上, 与传统内燃机汽车相比, 纯电动汽车首次购车成本高将是电动汽车市场化的重大难题。目前, 电动汽车的市场开发针对的是对价格敏感性不高的机构客户和致力于提升节能减排形象的企业客户, 但电动汽车商业化最终还要走进大众消费者。按照目前的成本, 在私家车层面, 由于年行驶里程数较小, 即使在目前的补贴政策下, 也很难取得成本上的优势。因此, 降低材料与制造成本, 实现规模化生产至关重要。

对于电池的性能, 充换电设施的配套以及相关的补贴政策都有更严格的要求。从目前实际来看, 由于电池的性能仍有待提高, 电池的成本仍有待下降, 充换电站建设仍有待加速, 政府相关部门的协调配合需要时间, 因此电动汽车真正大规模进入家庭, 还有很多道槛需要迈过。

3 电动汽车充换电能源供给模式

私人购买新能源汽车补贴标准出台后, 部分试点城市的“再补贴”政策也随即出台, 新能源汽车消费正逐步启动, 各地掀起一股兴建充电站的风潮。各地大规模兴建充电站有利有弊, 好处在于这些基础设施可以支持电动汽车业持续发展, 坏处是快充使电池寿命缩短, 可能使消费者放弃去充电站快充, 这样充电站的收益就会受到冲击。截至目前, 我国电动汽车充电设施大多局限于电动公交汽车或内部集团用车, 还没有建成真正面向不同用户的充电站服务网络。“十一五”期间, 因政府倡导插充式新能源汽车发展, 故目前许多车企量产的新能源汽车基本都是插充式。但从今年初开始, 包括国家电网、南方电网等在内的能源供应商, 又提出以换电池为主的发展思路, 并已在全国开始布局换电站。

目前电动汽车电池的可靠性是个难题, 如果在快充过程中遇到充电站与电池匹配性较差的情况, 不仅会减少电池的使用寿命, 而且可能引发爆炸等事故。为此国家给予充分的时间, 让充电站和电池实现技术升级, 不要盲目扩大规模。

目前充换电站可向电动汽车提供充电和换电池2种能源供给模式。

在充换电设施推进过程中, 亟待突破的难题就是充换电服务网络布点问题。电力企业依托现有的停车场设施, 因地制宜地建设微电网、分布式、综合化的可充、可换全功能充换电站, 可避免充电模式存在的2个短板:充电时间长, 停车空间有限。

利用超市、体育场馆、公共停车场等资源, 设立充电桩给电动汽车充电;可以在住宅小区或商场的停车场里, 实现电池的配送和更换, 只要停车场提供一个集装箱大小的场地即可。这种模式构成了低成本、广覆盖、强功能的电池能源供应网络。

现在很多汽车生产厂家为迎合消费者缩短充电时间的心理, 打出快充15分钟即可完成80%充电容量的广告语, 与此同时, 他们却闭口不谈这是要以降低电池使用寿命为代价的。其实合理充电是一项系统的技术工程, 这个工程可以交给设备、技术完善的企业去完成, 然后消费者再去购买和置换, 就像更换液化气罐一样, 这也就是通常所说的换电站。

奥运会期间纯电动大巴车的成功运营表明:一是换电池的方式, 可以最大限度缩短车辆补给能源的等待时间, 提高车辆使用效率;二是专业的电池养护, 使电池的使用寿命达到普通充电方式的8~10倍, 换电池的方式, 可以最大限度地实现电池专业、专人养护, 有效延长电池使用寿命。充电站与换电站并不冲突, 完全可以结合发展, 避免重复建设。

4 结束语

全自动换电 第3篇

1 电动汽车主要充电方式

目前,电动汽车充电的模式主要有3种,慢充、快充和换电。

(1) 慢充 ( 充电桩 ) 方式 : 通常使用7 k W以下的交流电源充电,充满一组电池大概需要6~10 h。 充电桩缓慢的充电过程意味着它只适合面向用户的停车过程,更适合服务覆盖范围较小的分散式布局。

(2) 快充方式: 电动汽车快速充电需要高功率直流充电机,额定功率可达200 kW以上,充满一组电池大约需要10~30 min。 快速充电可以满足电动汽车的应急充电需求,但是对于电池寿命有很大的损伤,同时会给电网带来冲击和谐波污染。

(3) 换电池方式: 换电模式利用专用的电池更换设备, 将电动汽车耗尽的电池组直接更换为充电站内已经充满的电池组。 整个过程由自动化设备在数分钟内完成,比快速充电更为方便快捷。这种充电方式对电池损伤小,而且可以提供统一的电池维护保养,大大增加了电池寿命。但是这种模式需要统一的电池规格,充电技术和接口标准, 还有与之相配套的电池租赁体系和物流系统[6],因此短期内这种模式的推广普及具有一定的难度,从中长期看,这种模式良好的特性使得其在未来市场中将占有一定的份额。

2 电动汽车充电功率计算

充电功率预测的主要任务是研究电动汽车充电功率在时间上的分布状况, 从而为电力系统运行提供参考,并作为进一步引导电动汽车有序充电的依据。充电功率预测是一个多元、强耦合、非线性的复杂问题,影响因素众多且有些因素难以进行数学建模。在研究中, 将选取对电动汽车充电行为影响最大的几个因素进行建模和分析。 因为慢充和换电方式在充电功率特性上表现很大的不同, 则分别对慢充模式和换电模式的充电功率预测进行分析。

2.1 慢充方式

2.1.1基本假设

影响慢充方式电动汽车充电功率的主要因素包括出发 / 到达时刻、行驶距离、起始电量状态、充电功率、 充电场所和充电习惯。

(1) 出发 / 到达时刻的选取对电动汽车开始 / 结束充电时刻影响较大, 而出发 / 到达时刻因个人出行习惯的不同差异很大,为了便于分析,只研究在正常工作日,用于通勤的电动汽车的行为。 对于通勤的车辆, 每天的日常出行有很大的规律性, 根据中北京市交通统计数据[7],通勤车辆上班、下班出发 / 到达比例如图1、图2所示。

(2) 电动汽车的行驶距离决定了电池耗电量的大小,从而决定了充电时间的长短,根据2011年北京市交通发展年度报告, 车辆年平均行驶里程统计数据如表1所示。

假设日平均行驶里程=年平均行驶里程 /365。 通勤车辆每天行驶次数为2次, 因此假设每次出行的距离为二分之一行驶距离。 如认为车辆行驶里程满足正态分布,其数学期望为日均行驶里程,方差为日均行驶里程的1/10。

(3) 起始电量状态。 电量状态是表征电动汽车电池状态的参数,其定义为:

起始电量状态即电动汽车在一天开始时刻的电池电量,假设初始电量状态服从正态分布。

(4) 根据中国于2010年4月通过的《电动汽车传导式接口》[8], 认为在家充电功率为3.5 k W, 而在商场、企业等的停车场充电功率为7 k W。

(5) 充电习惯的不同对充电功率的预测影响也较大,且充电决策的主观性很大,通常认为电池剩余电量与充电意愿存在反向相关关系。 但这种反向相关关系存在很强的主观性, 这种主观性通常难以用客观的数学模型表述,因此需要引入一个强假设。

引入模糊数学理论,将{进行充电}看作一个模糊集合,建立从电池电量状态到该集合的隶属度函数,以此刻画用户的充电意愿。

其中x是集合{电池电量状态}中的元素,取值范围为0%~100%,它作为用户充电意愿的判断依据。A为建立在集合{电池电量状态}上的函数,A(x)取值范围为[0,1],当取值越靠近1时,表示此时的电池剩余电量属于用户进行充电的集合的程度越高, 也就是用户充电意愿越强。 构造隶属度函数A为:

该隶属度函数的构造:1保证了充电意愿关于电池电量状态的连续性; 2当电池电量状态大于80% 时,不进行充电;3当电池电量状态低于30%时,一定进行充电。

2.1.2 算法流程

利用计算机模拟技术进行慢充方式电动汽车功率预测的流程如下。

(1) 初始化, 计数器M= 0;(2) 按图3计算数量为N的电动汽车在慢充模式下的功率需求,M=M+1, 记录计算结果;(3) 重复步骤(2)直到M满足终止条件,由M组随机模拟实验结果计算均值和方差。

2.2 换电方式

2.2.1基本假设

(1) 和慢充方式不同,换电方式只需几分钟 ,不需在换电站停留很长时间,因此在这一点上,人们在使用换电站设施行为上表现出和常规加油站加油行为的相似性。即认为人们主要在上下班的途中进行更换电池。

(2) 换电时段。 可以认为电动汽车的换电操作绝大部分是在上下班的途中完成的, 且认为换电时段在上下班途中均匀分布。 上下班途中时间间隔的长短主要取决于上下班路程的长短, 则认为两者之间存在正比关系。

(3) 换电需求取决于电池剩余电量和用户换电习惯,因此们在本节引入一个模糊函数,用于表征用户换电意愿的大小,即:

函数的设置遵循原则: 1电池电量低于0.2时, 必须更换电池;2充电意愿相对电池电量的连续性。

(4) 换电站: 运行状态包括换电站剩余满充电池数量与换电站充电计划

2.2.2 算法流程

(1) 初始化, 计数器M= 0;(2) 按图4所示计算数量为N的电动汽车在换电模式下的换电需求,M= M+1,记录计算结果;(3) 重复步骤(2)直到M满足终止条件,由M组随机模拟实验结果计算均值和方差。

3 算例分析

以北京城市配网为例, 北京现有人口约2000万, 汽车保有量约500万辆。 北京负荷最高峰约为16 000 MW,以峰值负荷为12 000 MW的某工作日为例进行分析。 假设电动汽车初始电量状态满足均值为0.7和方差为0.1的正态分布, 且选择换电和慢充作为能量补充的可能性分别为0.3和0.7, 在5%的渗透率条件下,有15 000辆电动汽车选择换电,而选择慢充方式的电动汽车则达35 000辆。 慢充方式选择设定为每天充电次数完全由充电习惯决定的模式, 换电方式选择设定为换下即刻开始充电。 计算结果如图5所示。

由图5可以看到,2种方式叠加的结果是形成上午和下午2个时段的高峰,上午负荷高峰出现在10:00左右,峰值超过了100 MW,甚至在极端的情况下,可以达到120 MW; 下午负荷高峰出现在20:00-21:00, 峰值超过了60 MW,甚至在极端的情况下,可以达到75 MW。 这将对电网造成一定的冲击。

不同渗透率条件下的负荷分布如图6所示。 随着电动汽车渗透率的不断提高, 城市总体负荷的峰荷将不断提高,当渗透率达15%时,峰值负荷接近13 500 MW,增长了12.5%,同时也可看到 ,电动汽车的充电也拉升了低谷时段的用电负荷(19:00-24:00),这对保证电网基荷机组及可再生能源的连续运行是有益的。

4 结束语

本文对慢充方式和换电方式2种电动汽车充电行为进行了分析,并建立了数学模型,利用蒙特卡洛方法进行计算机模拟, 以北京为实例分析电动汽车负荷对电网的影响。电动汽车充电会造成新的负荷高峰,在一定程度上给城市供电网络带来冲击; 且这种冲击随着电动汽车的普及和推广会越来越大, 本文的计算结果可以为未来规模化电动汽车接入电网后, 城市电网的规划和建设提供参考。

参考文献

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[3]田立亭,史双龙,贾卓.电动汽车充电功率需求的统计学建模方法[J].电网技术,2010,34(11):126-130

[4]罗卓伟,胡泽春,宋永华,等.电动汽车充电负荷计算方法[J].电力系统自动化,2011,35(14):36-42.

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[6]刘坚.电动汽车充电方式和商业运营模式初探[J].汽车工程师,2011(1):19-23

[7]全永燊,郭继孚.北京市交通发展年度报告(2003~2008年)[R].北京:北京交通发展研究中心,2008.

全自动换电 第4篇

改革开放三十多年来,我国经济取得了突飞猛进的发展,但也消耗了大量能源,中国已成为世界第二大能源消费国,仅次于美国。同时,中国汽车工业体系日臻完备,已逾越美国成为世界上最大的汽车生产及消费国。根据中国汽车工业协会发布的数据显示,2013年,我国汽车产销量达到2211.68万辆和2198.41万辆,同比分别增长14.76% 和13.87%。产销量均突破2000万辆,已连续5年全球第一。随着汽车销量的快速增长,作为汽车动力来源的石油等燃料的消耗也在快速增长,2012年中国车用燃油占燃油总消耗量近55%,这一比例正逐年上升。另外,随着汽车数量的剧增,城市空气污染问题日益加剧,而电动汽车能很好地解决这一问题。电动汽车的研究方兴未艾,电动汽车配套基础设施的建设也处于萌动期。

二、电动汽车产业发展现状

1、电动汽车产业发展现状

电动汽车能够以电代油,具有能源消耗少、噪音低、污染少等优点,是解决能源问题的重要手段之一。电力是以电能作为动力的能源,其来源十分广泛,可以通过多种方式获得,如火力发电、太阳能发电、风力发电、水利发电、核能发电等,可缓解人类对石油资源的依赖。

我国电动车领域的发展开始于“八五”期间,与美国、 日本等国家相比,起步较晚。但经过我国“863计划”的开展,电动汽车的研发能力大幅提升,得到了快速发展。在动力电池、电机及电控系统等核心零部件方面,均取得了突破性进展,部分领域的研发水平甚至已跃居国际前例。奥运会期间示范运营的纯电动客车就使用了大容量锂离子电池,体现了当前我国纯电动大客车的先进技术。在电动汽车整车产品示范运营方面,2013年我国新能源汽车生产17533辆,同比增长39.7%;销售新能源汽车17642辆, 同比增长37.9%。比亚迪、奇瑞、江淮等汽车生产商都纷纷推出了各自的电动汽车产品,如比亚迪开发了多款纯电动和混合动力汽车,纯电动出租车F3、混合动力汽车“Hybrid-S”等都应用了先进技术。电动汽车的研究和应用已成为现代汽车工业的“热点”,未来电动汽车将会成为我国汽车行业发展的趋势和必然。

2、电动汽车产业运营状况

电动汽车产业系统结构与传统汽车有着极大的区别, 传统汽车产业的商业运营模式已经不能适应电动汽车产业的发展。目前中国乃至全球关于电动汽车(特别是电动轿车)的运营模式大概有三种类型。一是整车销售自充电模式,即整车企业捆绑电池销售,能源供给服务企业建设充电网络并负责运营。这种商业模式已有三十多年的历史,但一直没有发展起来,究其原因主要是车辆价格高、充电时间太长使用不方便、电池保养维护难、性价比不高等问题无法解决,致使电动汽车没有很好的发展起来。二是整车租赁模式,又分为整车捆绑电池租赁和整车裸车租赁两种方式,由能源供给服务企业提供电池租赁和充换电网络建设及服务。由于我国消费者的习惯一直都是买车而不是租车,因此该模式也并没有很好的发展起来。三是电池租赁充换兼容模式,即整车裸车销售,能源供给服务企业建设电池充换电网络,并提供电池租赁和充换电维护等综合服务。这种模式是一种保持电动汽车产业可持续发展较好的方式,整车问题由整车企业负责解决,动力电池问题由电池企业和运营企业负责解决,各司其职,各负其责,并且也都有各自的盈利方式。

3、电动汽车产业存在的问题

电动汽车产业主要存在两方面的问题,一是电池技术瓶颈尚待突破。目前电动汽车的动力电池存在着续航能力差、使用寿命短、电池安全性不高等性能问题,很难满足电动汽车的需要。二是充换电等配套设施的建设尚不健全。 电动汽车车载电池续航里程较短,必须有完善的电能补给系统来保障电动汽车的日常使用。目前我国电动汽车产业基础配套设施尚未健全,仅有少数省市建有小规模的配套设施,有限的充电设施覆盖水平影响了电动汽车消费者出行的便利,这已成为制约电动汽车产业发展的主要障碍。

三、石油石化行业发展电动汽车充换电业务的构想

1、石油石化行业发展电动汽车充换电业务的设想

在电动汽车产业的整体规划中,最为核心的配套环节是充电服务建设。电动汽车的充电如同传统汽车的加油, 充电设施和网络的建设直接关系到电动汽车产业化的速度和规模。传统汽车的能源供应主要由石油、石化公司(即能源企业)进行原油开采购买、成品油加工、成品油配送并提供标准的加油服务,而电动汽车的能源供应则主要由供电企业提供电能、电池生产商提供充电电池,并由多方投资机构建立充电运营网络,最终实现补充车辆能量消耗的目的。石油石化行业加油(气)站网络与交通运输网络在地理位置、服务节点、运营时间方面精确匹配,若在现有加油 (气)站网络基础上建设电动汽车充换电服务,提供电池租赁和充换电服务,将可同时实现项目建设周期短、投入低、 服务标准高等目标。另外,在加油(气)站网络基础上建设电动汽车充换电服务可以解决重新布网选址、土地征用、 重复建设、电池统一养护回收难等问题,可以在全国范围大规模、快速的普及,从而加速电动汽车产业的发展。

2、石油石化行业发展电动汽车充换电业务的SWOT分析

(1)Strength(优势)。石油石化企业的核心竞争力是其所拥有的巨大加油(气)站分布网络。不管是在中心城市区还是在较为偏远的地区,石油石化企业的加油(气)站网络在布点数量、与交通网络的匹配程度等方面所具有的优势,是其他建设和运营主体所不具备的。在长期经营过程中,加油(气)站在人员使用、制度建设、设备管理等方面都有着系统化的管理,有着丰富的客户资源和营销经验。在现有加油(气)站的基础上建设电动汽车充换电服务网络, 提供电池租赁和充换电服务,会将管理成本降至最低。

据统计,充电站建设往往投资较大,一座中等规模的充电站大约需要300万元左右。石油石化企业资金雄厚,在专业领域也拥有超强的实力,并且现有丰富的加油(气)站网络,对介入充电站的建设运营提供了基础,可以降低投资风险。

(2)Weakness(劣势)。目前建立的电动汽车充电站大多采用市电电网进行供电,石油石化行业不具备电动汽车充换电业务技术优势,同时新建充电网络,扩大网络覆盖需要大量资金先期投入。

(3)Opportunity(机会)。环境污染的日益加剧,加之国家倡导低碳环保,这使消费者逐渐将目光转向新能源汽车,而新能源汽车必将作为新兴产业代替传统汽车。同时我国人口众多,而目前人均汽车保有量相对较低,汽车消费潜力巨大。随着电动汽车产业发展规模的增加,随之而来的废旧电池处理与回收问题也日益凸显,这就给电池租赁和废旧电池回收提供了潜在的盈利空间。

(4)Threat(威胁)。有来自政府部门、电力公司及电动汽车制造商的威胁。早在2008年北京奥运会前夕,北京市就建设了国内第一座集中式充电站,能够为50辆纯电动大巴车提供充电服务,是目前世界上规模最大、服务能力最强、技术最先进的充电站;2009年,上海电力公司建设了漕溪充电站,能够满足可插电混合动力电动汽车和纯电动汽车等各类电动车辆的充电需求;2006年,新能源汽车制造商比亚迪公司建设了深圳第一个电动汽车充电站,深圳另外两个电动汽车充电站大运中心站和和谐站也在2009年底分别投入运行,服务对象广泛,可为小型汽车和公交车提供充电服务。

3、石油石化行业发展电动汽车充换电业务的盈利模式设计

(1)油电价差盈利模式。油电价差盈利模式是指充电服务供给企业利用市场上石油和电力的差价来获取利润。 与传统的燃油汽车相比,电动汽车的运营成本相比较低, 运行一定距离所消耗的电力远远低于相同距离燃油的消耗,因而电动汽车的充电费用不会超过传统汽车的加油费。这就给充电服务企业带来了一定的盈利空间。从理论上讲,油电价差足以覆盖充电网络的运营成本,并且还有利可图。

油电价差盈利模式可广泛地应用于电动汽车普通充电和快速充电模式中。石油石化行业在现有加油(气)站网络基础上设立电动汽车充电服务网络,通过石油与电力之间的差价以及收取一定充电服务费用获取利润。收费结算方式可以采用现金和信用卡支付,也可以折算成目前的加油卡和油票等。

(2)电池租赁盈利模式。在传统加油(气)站基础上设立电动汽车换电服务,即采用电池租赁及配套盈利模式, 与现有加油(气)站各自独立经营不同的是,该种模式下各个加油(气)站之间应当具有彼此紧密联系的充换电网络。 消费者在换电站安装站内更换已充满的备用电池,将更换下需要充电的电池通过换电站进入既定的流通环节,由充电站网络进行养护、管理,以备消费者下次更换。在此模式中,电动汽车裸车与电池分开经营,而不再像传统汽车一样进行整车销售。作为电能的载体,动力电池将从汽车制造业中分离出来,并随电能捆绑销售。加油(气)站不仅增添了电动汽车换电服务,同时还扮演了传统汽车行业中加油(气)站和汽车发动机制造商的双重角色。

由于电池租赁模式采用的是网络化服务,因此其商业盈利模式与传统加油(气)站运营相比可以更加灵活多样。 除了可以采取现金即付的形式,消费者还可以跳过电量计费和电池选购环节,直接与充电网络签订以服务里程为单位的长期服务合同和定制化服务。这样不仅可以拓展业务种类,吸引更多的消费者,提高服务质量和降低运营成本, 而且还可以为充电网络建立较为完善的电力消费数据库, 以此来制定更合理的充电和服务收费标准,更好地满足消费者的需求。

四、配套事项

1、加强技术创新,增强电动汽车技术进步

增强电动汽车产业技术创新,实施“技术创新驱动发展”。目前我国电动汽车产业核心零部件技术及系统集成技术还不够成熟,如电池的制造成本和使用寿命等问题, 导致整车成本居高不下,电池续航能力较差,使用寿命不强,极大制约了电动汽车产业化发展。因此,必须以技术创新为基础,通过对关键技术瓶颈的重点攻破,促进电动汽车核心技术提升,推动整车技术快速发展,从而带动电动汽车的运营推广,最终推动整个电动汽车产业化发展。

2、加大太阳能光伏发电充电站研究建设

目前建设的大部分充电站主要采用市电电网作为电力来源,如2008年在北京建立的主要为奥运电动汽车充电的地面充电站,2009年上海市电力公司投资建成的上海漕溪电动汽车充电站,2010年国内最大的大功率直流电源制造商深圳奥特迅电力设备股份有限公司建立的目前国内最大的电动汽车充电站等,供电电源均为市电电网。随着电网规模的不断扩大,超大规模电力系统成本高、运行难度大,用电安全性不高等弊端逐渐显现出来,为了减少传统能源的利用,加大太阳能光伏发电汽车充电站的研究建设是未来的发展趋势。

3、加强政策支持,增强充电服务系统建设