1.3 电动汽车充电设施建设方案设计
1.3.1 电动汽车充电要求
尽管电动汽车充电设施的建设受到各种因素影响，其建设方式和建设要求需根据实际情况来确定，但随着电动汽车的逐步推广和产业化以及电动汽车技术的日益发展，电动汽车对充电设施的要求表现出了一致的趋势，要求充电设施尽可能向以下目标靠近。
1.高安全性
在国家标准《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》GB/T 18487.1—2015和《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》GB/T 27930—2015中，规定重点考虑充电的安全性和兼容性，增加了充电温度监控、机械锁与电子锁联动、过负荷和短路保护等安全措施，完善了充电控制导引和时序、故障分类信息、冗余保护等内容，提高了标准的适应性和可操作性。
影响电动汽车安全性的主要因素首先是动力电池的充电过程，动力电池单体技术状态的不一致性是动力电池的基本特性之一，主要表现在动力电池的容量误差、内阻误差和电压误差。少数动力电池的一致性误差并不明显，但是由数十个甚至数百个动力电池单体组成动力电池组，其容量误差、内阻误差和电压误差等因素就会凸显出来。
在对电动汽车的车载动力电池充电时，不可能对动力电池单体依次充电，而是对整个动力电池组进行充电。在充电的过程中，由于存在内阻误差，会导致动力电池组中的动力电池单体两端电压存在误差，内阻误差越大，电压误差越明显。虽然整个动力电池组两端的充电电压不会超过额定电压，但是个别动力电池单体两端的电压有可能超过其额定电压，从而容易导致动力电池组充电不均衡，动力电池单体充电量不一致的状况。如果动力电池单体的电压误差过大，则有可能超过动力电池充电的安全能力，引起动力电池过热，导致安全事故。因而，用于电动汽车的充电设施必须具备防止动力电池单体电压和温度超过允许值的技术措施，以提高电动汽车充电过程的安全性。
2.充电快速化
在目前动力电池不能直接提供更多续驶里程的情况下，如果能够实现动力电池充电快速化，那么从某种意义上也就解决了电动汽车续驶里程短这个致命弱点。对电动汽车用动力电池的充电快速化要求不同于对常规蓄电池的要求，它应具有充电时间短、充电效率高以及对动力电池使用寿命影响小的特点。
快速充电方式有别于传统充电机所采用的连续电流充电和脉冲电流充电方式。它采用了智能化的变脉冲充电方式，包括充电脉冲T1、间歇脉冲T2以及放电脉冲T3，如图1-6所示。快速充电的原理是：快速充电机根据实时检测到的动力电池组端的电压、充电电流、温度、动态内阻等信息，按照马斯充电定律，通过采用智能控制算法实施对充电电流脉冲宽度T1、间歇时间T2、放电电流脉冲T3的分段调节，以消除被充电动力电池组的极化现象，使动力电池组时刻处于较佳的电流接收状态，以提高充电速度和充电效率。
图1-6 充电电流脉冲
3.充电通用化
在很长一段时间内，电动汽车用动力电池将是多种类型动力电池共存的局面，目前电动汽车所采用的动力电池有铅酸动力电池、锂动力电池、镍氢动力电池，还会有其他种类的动力电池。电动汽车所采用的动力电池即使是同一类型的动力电池，也存在不同的电压等级。例如，我国电动汽车常采用的电压有220V、280V、320V、380V、400V、480V、520V，甚至达到600V及以上。
目前，我国各类电动汽车的动力电池容量配备不同，电压也参差不齐，种类繁多。在多种类型动力电池、多种电压等级共存的市场背景下，用于公共场所的充电设施必须具有适应多种类型动力电池和适应各种电压等级的能力，即充电设施需要具有通用性。即充电设施应具有为多种类型动力电池充电的控制算法，以便与各类电动汽车上的不同动力电池实现充电特性匹配。
目前，电动汽车充电设施与动力电池的充电控制算法主要由两个系统的对接协议来完成，为了给不同类型的电动汽车充电，在电动汽车商业化的早期，就应该制定相关政策措施，规范公共场所用充电设施与电动汽车的充电接口、充电规范和接口协议等。
4.充电智能化
制约电动汽车发展及普及的最关键问题之一是动力电池的性能和应用管理水平，与电动汽车车身、驱动电动机、控制技术等方面的发展相比，动力电池的充、放电技术仍很落后，需要在优化现有动力电池智能化充电方法和开发新型高性能动力电池等方面努力。优化动力电池智能化充放电方法的目标是要实现无损动力电池的充电技术，监控动力电池的放电状态，避免过放电现象，从而达到延长动力电池的使用寿命和节能的目的。同时，对动力电池进行实时的或定期自动检测、诊断和维护，最大限度地保证动力电池处于健康、可靠运行状态。充电智能化的应用管理技术主要体现在以下方面：
1）优化的、智能充电技术和充电设施。
2）动力电池动态参数采集、电量计算、优化控制和智能化管理。
3）动力电池故障的自动诊断和维护技术等。
5.电能转换高效化
电动汽车的能耗指标至关重要，衡量商业化运行的电动汽车的能耗指标，不仅要考察电动汽车驱动等系统的能耗指标，更要关注电动汽车从电网获取电能的利用率。电动汽车的能耗指标与其运行能源费用紧密相关，降低电动汽车的运行能耗是推动电动汽车产业发展的关键因素之一。因此，提高充电设施的电能转换效率，采用高效充电设施对降低电动汽车的能耗具有重要意义。
提高充电设施能耗效率的主要技术措施是选择高效变流电路，提高充电设施的效率因数，尽可能降低输出电流的交流分量，并采用高效的充电控制算法。不同类型充电设施的电能转换效率存在较大差别，对于充电设施从电能转换效率和建造成本上考虑，应优先选择具有电能转换效率高、建造成本低等有诸多优点的充电设施，如集中隔离型充电设施等。目前，特斯拉电动汽车可以使用60kW的快速充电桩进行充电，而其他车型均达不到这个水平，国产电动汽车可以达到50kW的水平。
6.充电集成化
目前电动汽车车载充电机是作为一个独立的辅助子系统存在的，随着电动汽车技术的不断成熟，要求电动汽车子系统小型化和多功能化，并且要求提高动力电池的可靠性和稳定性，充电设施将和电动汽车能量管理系统集成为一个整体，集成传输晶体管、电流检测和反向放电保护等功能，无须外部组件即可实现体积更小、集成化更高的充电解决方案，从而为电动汽车其余部件节省出布置空间，大大降低系统成本，并可优化充电效果，延长动力电池寿命。
7.对动力电池寿命影响小
电动汽车的动力电池占电动汽车成本的主要部分，多数电动汽车的动力电池占整车成本的一半以上，有的甚至超过整车成本的65%。因此，动力电池的使用寿命会极大地影响电动汽车的运行成本，这也是制约电动汽车发展的关键因素之一。如果电动汽车动力电池性能早衰，则电动汽车的续驶里程就会大大缩短，影响正常使用。如果动力电池寿命提前终止，则需要更换动力电池。电动汽车一旦更换动力电池，对电动汽车运营来说就会造成极大的负担。
动力电池的寿命除了与动力电池制造技术、制造工艺和动力电池成组的一致性等因素有较大关系外，还与充电设施的性能直接相关。选用对动力电池没有伤害的充电控制策略和性能稳定的充电设施是保障动力电池使用寿命达到设计指标，防止动力电池过早损坏的有效途径，也是降低电动汽车运营成本的重要技术措施之一。
8.操作简单化
电动汽车充电设施的操作必须简单方便，可使所有用户都能独立操作完成。由于电动汽车应用对象是广大群众，虽然有技术要求和技术指导文件，但不能保证每个用户的学习和领会能力都在同一水平，也不可能因此而增加更多的人员来为电动汽车提供充电服务。如果充电设施操作烦琐又复杂，则势必会需要更多的高素质技术人员，增加管理成本。尤其对于公共充电设施，必须具有智能化的操作特性，降低对操作人员的要求。
1.3.2 电动汽车电能补给方式及选择
电动汽车以电能替代燃油，从根本上改变了传统汽车的动力驱动方式，虽然使用功能一样，但是从技术上已经根本不同。换个角度，从电力服务看，它是一种用电设备，是一种新型的用电需求。电动汽车的车载动力电池的电能补给可以由地面充电站完成，地面充电站的主要功能是有效地完成电动汽车动力电池的电能补给。电动汽车的种类和运行特点决定了其能源补给方式，按照动力电池是否与车体分离，可分为整车充电方式和换电模式两种。
1.整车充电模式
当车辆进行补充充电时，充电站与充电车辆通过充电插头进行连接，动力电池无须从车辆上卸下即可直接进行充电。优点是充电操作过程简单，不涉及动力电池存储、动力电池更换等过程。但车辆充电时间占用了车辆的运营时间，车辆利用率较低，不利于保持动力电池组的均衡性以及延长动力电池组的使用寿命。
根据电动汽车动力电池组的技术和使用特性，电动汽车的充电模式存在一定的差别。目前，电动汽车动整车充电模式有常规充电和快速充电两种模式。
（1）常规充电模式 动力电池的常规充电模式是采用小电流恒压或恒流为电动汽车动力电池充电，充电电流小，约为15A，一般充电时间为5～8h，有时甚至长达10～20h。尽管充电时间较长，但因所用功率和电流的额定值并不高，因此充电机的成本较低，可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本，比较适合家庭、停车场等场所，并可提高充电效率和延长动力电池的使用寿命。但是，由于充电时间过长，因此不能满足车辆的紧急运行需要。
常规充电模式简单方便，建设分散式充电桩成本低，但是，针对我国目前私人电动汽车拥有量很低且城市停车位紧张的局面，充电桩的规划设计与建设均存在不少困难，而且这种方式负荷随机性强，如果没有相应的管理措施，那么将会对电网产生严重影响。但将来随着私人电动汽车保有量的增加，这种模式将在电动汽车充电模式中占很大比例。常规充电模式分为小电流充电和中电流充电两种模式。
1）小电流充电模式。小电流充电模式一般以较小的电流根据动力电池的充电曲线进行充电，充电时间通常为8～10h，由于采用恒流、恒压的传统充电模式对动力电池进行充电，使整个充电过程更接近动力电池的固有特性，有效避免了动力电池被过充和欠充的问题。这种方式以比较低的充电电流为动力电池充电，相关技术成熟可靠，相应的充电机的成本也比较低。
小电流充电模式主要应用于家庭充电场合，电流大小约为15A，典型的充电时间为8～10h（充到95%以上），有利于提高充电效率和延长动力电池的使用寿命。这种充电模式对电网没有特殊要求，直接从低压照明电路取电，充电功率小，一般为1～3kW。
车载充电机可采用国标三口插座，基本不存在接口标准问题，由220V/16A规格的标准电源插座供电。由于在家中充电通常是晚上或在用电低谷期，有利于电能的有效利用，因此电力部门一般会采取打折等措施以吸引电动汽车用户在用电低谷期充电。
车载充电机作为电动汽车的标准配置，固定在电动汽车上或放在后备厢里，由于只需将车载充电机的插头插到家中的电源插座上即可进行充电，操作简单，实现方便，因此充电过程一般可由用户自己独立完成。对动力电池和电动汽车来说，小电流充电模式是最安全可靠的充电模式，但是难以满足电动汽车用户紧急或者长距离行驶的需求。
2）中电流充电模式。中电流充电模式主要应用于购物中心、饭店门口、停车场等公共场所的小型充电站，小型充电站是电动汽车的一种最重要的充电模式。充电电流为30～60A，充电功率一般为5～20kW，采用三相四线制380V供电或者单相220V供电，计费方式为投币、刷卡或微信，用户只需将车停靠在小型充电站指定的位置上，接上电线即可开始充电。该方式的充电时间是：补电1～2h，充满5～8h（充到95%以上），使用中电流充电1h，电动汽车的行驶里程可增加40km。
常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，有紧急运行需求时难以满足。通常适用于行驶里程设计尽可能长的电动汽车，需满足车辆一天运营需要，仅利用晚间停运时间充电，在家里、停车场和公共充电站都可以进行。现阶段技术条件下，动力电池的行驶里程大约为200km，像私家车、市内环卫车、企业商务车等车辆日均行驶里程都在动力电池的续驶里程范围之内，均可采用常规充电的方式。
（2）快速充电模式 常规充电模式的充电时间一般较长，给实际使用带来许多不便。快速充电模式的出现为纯电动汽车的商业化提供了技术支持，快速充电又称为应急充电，是以较大电流在短时间内为电动汽车提供充电服务。
快速充电模式主要服务于没有条件实现慢充、中长途旅行和应急充电的用户，这种方式需要占用土地建设大量充电站，且充电站的布局要合理。虽是快充，但充电的等候时间还是比目前加油站的要长。针对我国现状，建设大量的快充站，在土地征用、城市规划等方面也存在不少困难，快速充电站很难完全主导电动汽车的充电，主要是作为其他模式的补充。
快速充电不同于常规充电所采用的恒流、恒压充电模式，快速充电模式是以150～400A的大电流对动力电池进行恒流充电，力求在短时间内充入较大的电量，充电时间应该与燃油车的加油时间接近，快速充电设施主要设置在大型充电站内。
快速充电模式主要针对电动汽车长距离旅行或需要进行快速补充电能的情况，充电机功率很大，一般为50～100kW，快速充电的特点是高电压、大电流，充电功率很大，能达到上百千瓦，充电时间短。
由于快充方式的充电功率和电流的额定值都很高，因此快速充电模式对电网有较高的要求，一般应靠近10kV变电站附近，还需采取较为复杂的谐波抑制措施。快速充电设施与慢充设施相比，其成本较高，只适合大型充电站选用。快速充电模式对动力电池的寿命有一定的影响，在短时间内接受大量的电量会导致动力电池过热。
快速充电模式利用动力电池在充电初期、中期可以接受较大的充电电流的特性，并结合停充和脉冲放电的去极化技术来实现。动力电池最大可接受充电电流曲线如图1-7所示，如果充电电流采用图1-7中的1号曲线，则动力电池充电时间在理论上应该是最短的，但是在实际操作中，由于动力电池组的新旧程度、环境温度、动力电池容量的差异，不可能刚好按照图1-7中1号曲线的充电电流充电。为了保证动力电池的安全使用以及使用寿命，往往在充电时根据经验采用图1-7中的2号曲线，在连续递减电流中留有一定余量，使充电电流略小于最大可接受电流。
图1-7 动力电池最大可接受及递减充电电流曲线
由于快速充电模式可在短时间内（为10～15min）使动力电池储电量达到80%～90%，与加油时间相仿，因此，建设相应充电站时可不配备大面积停车场。但是，相对常规充电模式，快速充电也存在一定的缺点，即充电机充电效率较低，且相应的成本较高；由于采用快速充电时充电电流较大，这就对充电技术以及充电的安全性提出了更高的要求，同时计量收费设计也需特别考虑。
快速充电适用于电动汽车续驶里程适中，即日平均里程大于动力电池的续驶里程，在车辆运行的间隙进行快速补充电来满足运营需要；比如公交车、出租车等车辆的日平均行驶里程在300km左右，车载动力电池的续驶里程只有200km，因此需要采用快速有充电方式给动力电池补充100km左右行驶里程所需的电量。由于相应的大电流需求可能会对公用电网产生有害的影响，因而快速充电模式只适用于专用的充电站。
2.换电模式
换电模式是指通过直接更换电动汽车车载动力电池为汽车补充电能的方式，当电动汽车需要补充电能时，需要把电动汽车车载动力电池从车辆上卸下，再给车辆安装已充满电的动力电池，车辆随即离开继续运营，对卸下的动力电池采用地面充电设施进行补充充电。采取换电模式有利于提高车辆使用效率，提高动力电池使用寿命，但对电动汽车、动力电池及更换设备提出了更高的要求。
换电时间与燃油汽车加油时间相近，需要5～10min，换电位置有底盘换电，也有分布式换电（发动机舱及后排座椅下方等），快换可以在充换电站，也可在专用电池更换站完成。换电模式需要电动汽车的车载动力电池实现标准化，即动力电池的外形、容量等参数完全统一，同时，还要求电动汽车的构造设计能满足更换动力电池的方便性、快捷性。
换电模式又分为集中充电模式和充换电模式，集中充电模式是指通过集中型充电站对动力电池集中存储、集中充电、统一配送，并在动力电池配送站内对电动汽车进行动力电池更换服务。充换电模式是以换电站为载体的，这种动力电池换电站同时具备动力电池充电及动力电池更换功能，站内包括供电系统、充电系统、动力电池更换系统、监控系统、动力电池检测与维护管理系统等部分。
由于动力电池组重量较大，更换动力电池的专业化要求较强，所以需配备专业人员借助专业机械来快速完成动力电池组的更换、充电和维护，换电站的主要设备是动力电池的拆卸、安装设备。换电模式具有如下优点：
1）电动汽车用户可租用充满电的动力电池，更换已经耗尽的动力电池，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性。
2）对更换下来的动力电池可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性。
3）从另一个侧面来看，也解决了充电时间乃至蓄存电荷量、动力电池维护、续驶里程及价格等难题。
4）可以及时发现动力电池组中动力电池单体的问题，进行维修工作，对于动力电池的维护工作将具有积极意义，有利于提高动力电池的寿命。
动力电池快速更换方式虽然可行，但还存在不少问题：
1）成本高。动力电池更换方式的成本很高，需要昂贵的机械装置和大量的动力电池。
2）占用空间大。由于需要存放大量未充电和已充电的动力电池，故需要很多存放空间。修建一个动力电池更换站所需空间远大于修建一个正常充电站或快速充电站所需的空间，因此动力电池更换站的初始成本很高。
3）不便管理。由于有未充电的动力电池和已充电的动力电池之分，故需要对动力电池进行分别归类存放，这样就加大了管理难度。
4）要求动力电池和电动汽车实现标准化设计。电动汽车的设计改进、换电站的建设和管理，以及动力电池的流通管理也要实现标准化。
电动汽车动力电池组快速更换模式只适用于专用的充电站，目前车载动力电池的电气和尺寸参数还没有统一标准，市场应用还需等待时日。
3.电动汽车电能补给方式选择
选择充电还是换电，人们一般都是基于对纯电动乘用车的认识，从动力电池自身角度、电动汽车的角度和电动汽车用途角度解读。不同的电能补给方式有其自身的特点和适用范围，因此，在实际应用中，需要根据电动汽车的种类、数量和运行效率以及动力电池的数量和性能、系统配置成本、管理等众多因素进行选择，并可将多种方案有机结合，实现电动汽车的最优运营。
电动汽车充换电方式的选择和充电设施的建设要与我国电网发展现状相结合，只有保证电网可靠运行，才能保证电动汽车的电能供给。在电动汽车行驶间隙采用快速充电模式，为电动汽车提供电能补给，将造成动力电池负极极化，容量严重衰减，从而引起寿命急剧衰减。因此造成电动汽车车载动力电池的使用成本上升，降低电动汽车经济性。换电方式能够延长动力电池利益链，有效减少电动汽车使用动力电池的成本，提高电动汽车经济性。充电与换电方式的选择不能单纯从电动汽车方面考虑，需要从应用需求、设备技术可行性、电网安全、电动汽车整体经济性等各方面综合考虑，选择合理的电能供给方式。
1）适合采用整车充电方式的车辆：城市环卫、市区快递送收车辆、工程车、政府公务用车、企业商用车、私家车。它们可充分利用夜间停运时段进行充电，满足下一次行驶里程的需要。
2）适合采用动力电池更换充电方式的车辆：出租车、社会运营车辆。因其需要及时快速补充电能，以增加运营时间，获得更大的经济效益。
3）适合采用整车充电方式和动力电池更换方式结合的车辆：公交车、特殊园区用车、社会运营车辆。既考虑这些车辆动力电池的使用性能和寿命，又保证车辆运营时间，提高利用率。它们在停运期间可采用整车充电方式，而在运营期间采用动力电池更换方式。此外，车辆动力电池的配备可根据车辆情况采取不同的方案，例如，对于数量大而且属于同一公司的车辆可以由车辆所属公司建立动力电池存储间，而对于数量少且归属权相对分散的车辆就可以由动力电池配送中心配送动力电池，减少一次性投资和更换成本。
4）适合采用车载充电机充电的车辆：家庭电动汽车。家庭电动汽车由于使用时间较短，停运时一般停放在停车场或者地下车库内，此时可利用停车场提供的交流电源为车辆充电，一般家庭电动汽车动力电池容量较小，充电功率也较小，充电机可配置在车上。可充分利用低谷电价阶段进行充电，以最大限度降低运行成本。
换电模式在一些特定的使用环境，比如电动出租车领域拥有比较高效的运行性价比优势。与时下主流的充电模式相比，换电模式具有占地面积更小、效率更高、成本更低等优点，完全可以以一种小而精的方式运行，主要是看企业和市场的选择。
而对于供电企业来说，建设换电站简单方便，可以通过引入专用线路给充电站供电，易于控制动力电池的充电，减少对现有电网的冲击，换电站内大量的动力电池还可以起到储能站的作用，当电网需要电量的时候，可将动力电池电量快速返送回电网，实现备用、调峰和调频等，这种方式对电网运行有利。
鉴于我国目前电动汽车和充电技术的发展水平，换电模式适合在公交公司、出租车公司、政府以及具有同一类型汽车的公司使用，这些公司或部门可以把需要充电的动力电池集中起来在负荷低谷期进行充电。电动公交车可以采用晚上常规充电、白天结合快速更换动力电池的方式以保证正常运行。对于私人拥有的电动汽车可以尽量选择在夜间或者上班时间利用充电桩进行慢速充电，而在紧急情况下使用快速充电方式。
1.3.3 电动汽车充电设施建设模式
1.政府主导模式
作为公共基础设施的电动汽车充电设施，其建设运营在大多数地区都由政府主导，即政府作为投资主体，负责充电设施的建设与运营。以政府或公共机构为充电设施建设运营主体，电力供应商、充电设施研发制造企业或其他社会力量共同参与。政府主导模式的突出特点是由中央和地方政府通过“直接投资、政府所有”的方式，支持电动汽车充电设施的建设、运营和发展。按照政府建设与运营方式不同，有两种具体操作方式：
1）直接主导方式，即由政府直接出资建设电动汽车充电设施，建成后由政府相关部门负责经营管理。
2）间接主导方式，即由政府出资建设电动汽车充电设施，建成后移交给国有企业经营管理，或者委托专业机构经营管理。
政府主导模式的优点：作为公共基础设施的电动汽车充电设施，其建设运营在大多数地区都由政府主导，即政府作为投资主体，由政府来组织运营，亏损由财政负担，可促进电动汽车商业化运行的实施和发展，引领和推动电动汽车及充电设施建设有序发展；实现电动汽车充电设施的统一规划和集约化发展。政府主导的电动汽车充电设施运营模式有利于组织有序、集约化发展的路线。
政府主导模式的缺点：由于目前电动汽车充电设施运营普遍效率低下，所以会长期增加政府财政压力，不利于电动汽车充电设施大规模集约化建设与运营。随着电动汽车商业化运行规模和区域的扩大，投资需求增加，使得政府财政能力难以支撑，政府的融资压力无法得到缓减。
2.企业主导模式
由作为市场主体的企业投资与运营电动汽车充电设施，企业投资电动汽车充电设施可以实现传统能源企业逐步向新型能源企业转变。电网企业将电动汽车充电设施建设纳入智能电网有机组成部分，既可催生储能技术，又可促进清洁能源发展，实现电力资源的节约和高效利用。
企业主导模式的优点：拓宽了投资渠道，减轻了政府财政压力；能保证电动汽车充电设施建设所需的资金投入；可以有效提高充电设施的经营效率和管理水平。
企业主导模式的缺点：容易导致充电设施建设的无序发展，影响或制约电动汽车产业发展，与相关领域的协调性不足。在电动汽车示范运行阶段，充电设施运营商在单一运行区域的固定资产投资，在示范运行期满后不能持续发挥最大效益。
企业主导下的电动汽车充电设施的运营管理效果要明显高于政府主导的，在资金方面压力也较小。但是企业主导需要配合政府政策，否则对市场秩序造成影响，不利于有序化发展。
根据建设主体对充电设施商业化运行项目组织管理方式的不同，企业主导模式又可分为企业直接主导型、委托运营型和一体化运营型三类。
1）企业直接主导型。直接主导型的特点是由一家或多家企业直接参与投资建设，如电力供应部门或研究开发及制造充电设施的生产企业，并由这些企业共同负责充电设施的商业化运营。
2）委托运营型。委托运营型的特点是由企业投资建设充电设施，委托专业企业进行充电设施的商业化运营，并提出运营要求和规范，建设主体本身一般会提供技术人员参与商业化运营。
3）一体化运营型。一体化运营型的特点是企业与电动汽车商业化运行的主体联合起来，共同建设和运营充电设施。如电力供应部门与负责电动汽车运营的公交公司或与公务车、商务车用车部门或企业之间联合建设和运营充电设施，以利于电动汽车运行主体推动电动汽车充电设施的商业化运行。
目前，国家电网利用其在电源和输配电上的优势独自运营电动汽车充电业务，大力推广充电设施建设。国家电网制定的智能充换电网络运营模式的基本思路是“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送”的商业模式。
国家电网公司已经为电动汽车商业模式定下了基调，其他企业很难与之抗衡。而从国家电网公司的角度来说，其大战略不是电动汽车，而是“智能电网”。数据显示，国家电网发展智能电网需要巨大的储能器资源，电动汽车便是巨大的储能器资源，可以为智能电网提升30%的效率，从而节约巨大成本。本来储能器要花钱买，但是国家电网购买电动汽车动力电池之后，可以采取出租的形式，加上国家的补贴，成本大大降低，而且电动汽车的动力电池作为储能器可以实现梯度利用，当电动汽车动力电池的寿命缩减之后，可以作为大楼的应急照明使用，同样创造经济效益。无论是国家补贴、租赁及收电费所得收入，完全可以削平国家电网购买动力电池、建网付出的成本。
3.混合模式
混合模式的特点：政府参与和扶持下的企业主导运营电动汽车交直流充电设施集中站。
混合模式的优缺点：政府和企业互补能够减少各自模式的不足，推动电动汽车充电设施产业进一步发展，但是双方协调要求高，企业受到的约束会较多。
4.合作模式
石化企业与电力企业共同建设充电设施，国家电网具有电能提供的条件，石化企业拥有庞大的加油站网络。国家电网作为电能提供的上游，石化企业作为电能贸易的下游，最终形成合作格局是必然趋势。因为国家电网仅仅在征地这一问题上就不易突破，而石化企业也难以绕开国家电网自成体系。若双方联手，则可以优势互补，上下游通力合作，将推动我国电动汽车迅速发展。
5.众筹模式
众筹模式的特点：整合企业、社会、政府等多方面力量，利用互联网思维的众筹模式推进充电设施建设。
众筹模式的优缺点：众筹有利于提高社会资源利用率，并且有助于提高各个环节的工作效率，在服务上也更注重用户需求。众筹模式目前得到政府大力支持和推广，但在停车位资源紧张的一线城市较难推广。
6.用户主导模式
即电动汽车用户为满足自身车辆运行需要，投资建设电动汽车充电设施。由于充电设施成本的下降速度很快，故家用充电设施推广或将迎来高速增长的时机。电动汽车用户投资建设的充电设施被视为电动汽车的一项配套设施，避免受制于外部充电设施以及由此给电动汽车运行带来不利和不便的影响。
用户主导模式的优点：电动汽车用户可以根据自身需要建设充电设施，实现充电设施与其自身的电动汽车有效衔接，客户需要承担较高的建设成本，可通过经营成为一种盈利模式。
用户主导模式的缺点：电动汽车用户不仅要承担高额的充电设施建设和运行费用，更为重要的是会导致充电设施利用率低和造成重复建设。
目前，汽车、电力、石油、石化等企业都积极投身于充电设施建设中，力争在新能源汽车市场占据优势，不同的电动汽车充电设施建设模式适用运行模式如下：
1）政府主导模式适用于电动汽车商业化运行规模较小，或处于电动汽车发展的早期，需要鼓励企业从事电动汽车充电基础设施的建设，或在政府经济实力强大时，可采用这种模式，体现政府的支持。
2）企业主导模式适用于电力供应企业急需拓展电力市场，提高充电设施的品质和性能，有政府支持，且企业实力较强，并在运行区域有长远规划时。
3）众筹模式、混合模式适用于电动汽车商业化运行规模较大，有很大的客流量，充电需求大，政府财政能力较弱，市场环境和市场机制较好，融资渠道较畅通时。
4）电动汽车用户主导模式的充电设施建设是为满足用户自身运行需要，但随着电动汽车市场的逐渐扩大和成熟，有商业化运营的趋势。
以上四种运行模式各有其特点，选择电动汽车商业化运行模式时需根据实际情况，以体现市场经济中政府和市场的分工合作、体现不同企业和机构基于核心竞争力的专业化分工合作、实现市场资源的最优配置为准则。
1.3.4 电动汽车充电设施解决方案
1.公交车充电解决方案
（1）公交车与公共充电解决方案 公交车与公共充电解决方案适用于城市建设综合的充电设施，以满足公交车及社会各类车型的全方位充电需求。综合充电设施的特点是各类电动公交车、电动乘用车、家庭电动汽车等不同类型的车辆均可以在此进行充电，为最大限度地满足各类车辆的充电需求，需要采用多种不同的充电设备及充电策略。
公交车与公共充电解决方案的变配电设施宜选用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备，可建设于公交车首末站的停车场、城市或旅游景点的公共停车场。充电设施采用模块化设计，一套充电设施可同时满足10辆电动公交车充电（可供2～4辆电动公交车同时快充或10辆电动公交车同时慢充）、25辆出租车同时快充和40多辆私家车同时慢充。
充电终端选用交流、直流、交直流一体化充电桩或一机（充电机）拖多枪（充电枪）技术，室外充电设施应满足防水要求。采用功率模块共享技术解决多车群充及不同车型充电兼容问题，有效提高功率模块的利用率。充电站的充电设施采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择扫描充电、刷卡充电等多种充电计费方式，公交车与公共充电解决方案如图1-8所示。
图1-8 公交车与公共充电解决方案
（2）微公交车充电解决方案 微公交车充电解决方案适用于单班制出租车及微公交车运行的集中充电场站。单班制出租车及微公交车运行与公交大巴车运行模式类似，夜间集中充电，白天根据运行需求进行快充补电。但其又不同于公交大巴车，其夜间一般集中采用交流慢充的方式充电，白天采用直流快充的方式补电，以满足其运行需求。
微公交车充电解决方案的变配电设施宜选用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备，可建设于微公交车首末站的停车场、城市或旅游景点的公共停车场。充电设施采用模块化设计，一套充电设施可同时满足15辆出租车快充需求，每天可为100辆单班制出租车或微公交车充电。模块化设计的充电设施可根据停车场规模优化配置。
充电终端选用交流、直流、交直流一体化充电桩或一机（充电机）拖多枪（充电枪）技术，室外充电设施应满足防水要求。采用功率模块共享技术解决多车群充和不同车型充电兼容问题，有效提高功率模块的利用率。充电站的充电设施采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择采用扫描充电、刷卡充电、调度室集控等多种方案，可实现无人值守。
2.企业建设的城市综合充电解决方案
在加速电动汽车充电设施布局和建设中，国家电网、中石化、中海油、南方电网、中石油等大型央企纷纷发挥自身优势，均在全国范围内建设充电设施。
石化行业基于现有的终端网络，将部分加油站改造成为具备充电功能的综合服务站，石化行业应用方案如图1-9所示。石化行业应用方案适用于城市建设集中综合充电设施，满足各类车型的全方位充电需求。综合充电设施的特点是各类电动乘用车、电动大巴车等不同类型的车辆均可以在此进行充电，为最大限度地满足各类车辆的充电需求，采用多种不同的充电设备及充电策略。
图1-9 石化行业应用方案
企业建设的城市综合充电解决方案的变配电设施宜选用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备。充电设施采用模块化设计，一套充电设施可同时满足10辆电动公交车充电（可供2～4辆电动公交车同时快充或10辆电动公交车慢充）、25辆出租车同时快充和40多辆私家车同时慢充。
充电终端选用交流、直流、交直流一体化充电桩或一机（充电机）拖多枪（充电枪）技术，室外充电设施应满足防水要求。采用功率模块共享技术解决多车群充和不同车型充电兼容问题，有效提高功率模块的利用率。充电站的充电设施采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择采用扫描充电、刷卡充电、调度室集控等多种方案，可实现无人值守。
3.出租车充电方案
（1）双班制出租车充电解决方案 出租车充电设施通常设置快充充电终端，电动出租车在1h内即能充满电，出租车充电设施应用方案如图1-10所示，适用于双班制出租车运行的集中充电场站。双班制出租车一般由两个司机分时段运行同一辆出租车，具有不间断、长时间运行的特点，交流慢充的方式满足不了充电的需求，需采用全直流的配置方式，以快充补电的方式满足车辆运行特点。
图1-10 出租车充电设施应用方案
双班制出租车充电解决方案的变配电设施宜选用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备。充电设施采用模块化设计，一套充电设施可同时满足15辆出租车快充需求，每天可为60辆双班制出租车充电。模块化设计的充电设施可根据停车场规模优化配置。
充电终端选用交流、直流、交直流一体化充电桩或一机（充电机）拖多枪（充电枪）技术，室外充电设施应满足防水要求。采用功率模块共享技术解决多车群充和不同车型充电兼容问题，有效提高功率模块的利用率。充电站的充电设施采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择采用扫描充电、刷卡充电、调度室集控等多种方案，可实现无人值守。
（2）单班制出租车充电解决方案 单班制出租车与公交大巴车运行模式类似，夜间集中充电，白天根据运行需求进行快充补电。但其又不同于公交大巴车，其夜间一般集中采用交流慢充的方式充电，白天采用直流快充的方式补电，以满足其运行需求。
单班制出租车充电解决方案的变配电设施宜选用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备。充电设施采用模块化设计，一套充电设施设备可同时满足15辆出租车快充需求，每天可为100辆单班制出租车或微公交充电。模块化设计的充电设施可根据停车场规模优化配置。
充电终端选用交流、直流、交直流一体化充电桩或一机（充电机）拖多枪（充电枪）技术，室外充电设施应满足防水要求。采用功率模块共享技术解决多车群充和不同车型充电兼容问题，有效提高功率模块的利用率。充电站的充电设施采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择采用扫描充电、刷卡充电、调度室集控等多种方案，可实现无人值守。
4.企事业单位车辆充电解决方案
企事业单位车辆充电解决方案适用于企事业单位自有公用车位的充电场合，该类场合的充电特点是，夜间交流慢充基本可以满足白天大部分车辆的行驶里程需求，在充电站可配置少量直流充电终端，用于紧急情况下的快充补电，以满足车辆的应急充电需求。
企事业单位车辆充电解决方案中充电设施的供电系统应充分利用企事业单位原有的变配电设施，若不能满足，则可采用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备，充电站的设计原则是以慢充为主，快充为辅。
充电终端选用交流、直流、交直流一体化充电桩或一机（充电机）拖多枪（充电枪）技术，室外充电设施应满足防水要求。采用功率模块共享技术解决多车群充和不同车型充电兼容问题，有效提高功率模块的利用率。充电站的充电设施采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择采用扫描充电、刷卡充电、调度室集控等多种方案，可实现无人值守。可与企事业用电数据进行对接，削峰填谷，提高电力使用效率。
5.社区车辆充电解决方案（地下、地上停车场）
社区车辆充电解决方案适用于居民小区等有慢充需求、集中车位较多的场合，居民小区电动汽车充电需求的特点为夜间集中充电，尤其表现为小区居民下班回家后开始充电，早晨上班前车辆充满电即可，直流快速充电需求较低。
针对小区土地资源有限、配电容量不足等问题和难点，首先考虑采用交流充电设施和小功率直流充电设施解决方案，从而实现在保证不增加配电容量的前提下实现最优、最快充电。
社区车辆充电解决方案中充电设施的供电系统应充分利用居民社区原有的变配电设施，若不能满足，则可采用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备，选用分布式配电箱以满足社区“车位集中、分散布置”的使用环境；充电终端具有车挡式、壁挂式、立体式等多种不同形式，可以满足地上、地下不同条件的建设。
充电终端选用交流、交直流一体化充电桩，采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择采用扫描充电、刷卡充电、调度室集控等多种方案，可实现无人值守。可与社区用电数据进行对接，削峰填谷，合理调配车辆充电时间段，提高电力使用效率。社区车辆充电解决方案（地下、地上停车场）的特点有：
1）根据小区场地实际情况，进行灵活配置充电设施类型和功率；
2）交流充电桩可以实现壁挂安装，不占用空间，节省土地资源；
3）交直流一体化充电桩安装方便，可以实现慢充和快速补电需求；
4）可以与小区停车管理系统兼容，实现停车及充电一站式服务；
5）支持手机APP在线预约及支付功能，不用每天抢车位，可以在家实时查看充电情况；
6）整套解决方案具备计量计费和监控安防系统，操作安全。
6.商圈景区充电解决方案
目前，商圈、景区成为人们日常生活中的主要聚集场所，具有停留时间短、人员流动性大等特点，针对这种特点推出了商业模式充电设施解决方案。该区域用户有着多种不同的充电需求，需采用交直流充电相结合的方案，以满足不同用户不同时间段的充电需求。
在商圈景区充电解决方案中，充电设施的供电系统应充分利用商圈景区原有的变配电设施，若不能满足，则可采用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备，选用分布式配电箱为充电终端提供电源。充电终端选用交流、直流、交直流一体化充电桩，采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择采用扫描充电、刷卡充电、调度室集控等多种方案，可实现无人值守。
7.集中式快速充电解决方案（公交、物流、出租）
城市公共交通和出租车、物流车成为人们出行和日常生活的主要工具，也是新能源汽车的主力军，针对公共交通和出租车、物流车的特点（需求充电时间短、充电频繁、充电稳定性高），选用一体式和分体式大功率快速充电设施解决方案，采用的站级管理系统可以实现对充电设施、车、配电侧等产品统一进行监控管理和调度，实现一体化运营。一体式和分体式大功率快速充电设施解决方案（公交、物流、出租）的特点有：
1）充电设施采用层级管理，运行更安全（人身安全、电网安全、车辆安全）、更灵活；
2）采用300kW一体式大功率充电设施，满足大巴车快速补电需求；
3）采用轮充和功率分配两种类型，实现夜间不间断充电，实现真正无人值守。
集中式快速充电解决方案（公交、物流、出租）适用场景：公交场站、公共快速充电设施、物流园区等适用于充电频率高和快速补电场景。
集中式快速充电解决方案的变配电设施宜选用10kV电力接入箱式变电站的变电、配电、充电集成一体化设备，可建设于公交场站、物流园区停车场、出租车公司场站。充电设施采用模块化设计，一套充电设施可同时满足2～4辆电动公交车同时快充、25辆出租车同时快充和10物流车同时快充。
充电终端选用交流、直流、交直流一体化充电桩或一机（充电机）拖多枪（充电枪）技术，室外充电设施应满足防水要求。采用功率模块共享技术解决多车群充及不同车型充电兼容问题，有效提高功率模块的利用率。充电站的充电设施采用群管群控和主动防护技术，可有效提高充电安全性，延长动力电池使用寿命。可根据用户需求选择采用扫描充电、刷卡充电、调度室集控等多种方案，可实现无人值守。
8.立体车库充电解决方案
立体车库充电解决方案适用于车位紧张、充电需求强烈的场合和现有立体车库增加充电车位的需求，鉴于立体车库内直流充电设备的利用率、安装便捷性及线缆移动安全性等考虑，立体车库内不建议配置直流充电设备，拟采用交流充电配置方案。
立体车库采用升降平移技术；采用PLC控制系统；智能停车引导，自动分配车位，只需在出入口刷卡，无须管理人员操作；停车后直接插枪，车辆托盘和库位直接设计有自动插接头，车辆入位后自动连接；可选择采用扫描充电、刷卡充电等多种方案，充满后自动停止，可实现无人值守。
9.高速公路充电网络解决方案
我国将在“两纵两横一环”高速公路城际快充网络的基础之上，建设“七纵四横两网格”高速公路快速充电网络。在高速路服务区设置箱式电动汽车快速充电设施就可连接周边城市，虽然数量不多，但意义很大，它将大大增加电动汽车的续驶里程。针对高速公路充电网络要求充电速度快、无须等位、支付方便灵活等特点推出的高速公路充电网络解决方案的特点有：
1）具有大功率快速充电在线预约、网上支付等功能，实现快速便捷充电；
2）具备GPRS数据传输功能，可以实现无线与后台主站实时进行通信；
3）具备出行引导规划实现错峰出行。
在现有的高速公路供电系统中，并没有预留汽车充电设施用电负荷，而且高速公路的公用电网电量也十分紧张，严重地影响了新能源汽车的使用。目前，高速公路服务区变压器规格主要是630kVA、800kVA，有部分服务区变压器用电负荷量较小，仅为400kVA，如果引入充电业务，则无法满足用电需求，面临配套电网升级与变压器需扩容问题。
随着储能技术的发展，特别是大容量储能电池的发展，通过太阳能及风能发电装置与电网结合的储能充电系统是高速公路充电站建设很好的解决方案。高速公路服务区拥有相对充裕的场地资源，在高速公路服务区的双向分别建设四个充电车位的充电站，选用一台630kVA箱式变压器，四台120kW分体式直流充电机，一机双桩，每个充电桩对应一个车位。
光伏发电系统布置在充电车位雨棚上方，采用箱式储能设备，布置于室外。储能配置容量为50kWh，光伏容量为10kW。在充电车位雨棚上建设容量约12kW的光伏发电单元，配置容量为50kW×2h的动力电池单元。光伏充电站配置综合能量管理系统，可以根据峰谷时段及充电情况控制储能单元的能量流动，实现削峰填谷、谷电利用、新能源消纳等功能，提升了系统运行的可靠性和经济性。
10.应急充电车
基于应急充电车可对因电能耗尽抛锚路边的电动汽车进行应急充电，移动充电车由“箱式车身、高能动力电池组和太阳能电池板”构成，由箱式汽车提供移动平台，高能动力电池组提供充电能源，太阳能电池板则随时随地为动力电池组提供源源不断的电能。移动充电车在固定充电站充满电后，即可在城市中随时为电量不足的电动汽车提供紧急快速充电服务。损耗的电能可以随时通过太阳能发电单元补充，既经济又便捷。通过新能源汽车监控服务平台可以随时调度应急充电车为需要紧急补充电能的电动汽车补充电能。