智慧充电生态重构：解码新能源汽车基建的可持续发展路径

以新能源汽车民用充电桩为研究对象，在分析充电桩建设运营的政府推动模式、电网企业推动模式、汽车厂商推动模式等三种模式利弊的基础上，结合我国的实际情况，提出我国现阶段应实行汽车厂商与电网企业联盟建设充电桩的模式。

建立一个考虑政府补助，建设成本和运行成本的充电桩利润函数模型，并提出充电桩运营的基本思路，为新能源汽车充电在中国的长期发展提供思路和理论基础。

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引言

近年来随着环境恶化、节能减排、国家能源安全等问题不断被提上议程，新能源汽车也再次进入世人的眼帘，政府因势利导出台了一系列政策和法规。然而目前电动车在国内的推广情况依然不容乐观，据中国汽车工业协会的统计，2013年全国仅销售新能源汽车17642辆，其中主要是出租及公交系统，私家车凤毛麟角。

由于公交系统容量有限，私家车才是推动新能源汽车产业化的主力军。但目前民用电桩建设困难，汽车厂商在电力技术问题上难以突破，而电网企业缺少终端客户信息，建桩大量闲置，造成盲目投资。

因此民用新能源汽车充电桩建设方面的缺失，制约了新能源汽车的市场化，而选择合适的运营模式，对于充电桩建设初期至关重要，进而影响到整个新能源汽车产业的健康发展。面对这种局势提出由汽车厂商和电网企业联盟建设充电桩的模式。

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相关研究回顾

新能源汽车是零污染、零排放的新能源绿色产品，具有良好的发展前景，而新能源汽车的能量补给是其发展的前提和基础，针对此问题，现有文献对充电站的布局规划、选址、设施利用率及运行模式研究较多，而针对民用充电桩的研究较少，对于充电桩的运营分析更是鲜有，因此本文针对慢充方式的充电桩运营模式进行研究，以期提出一种合理的充电桩运营模式，尽快完善新能源汽车的基础设施水平，推动新能源汽车的市场化进程。

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国际主流的三种充电桩运营模式分析

目前国际主流的充电桩运营模式有三种，它们分别是:政府为推动的充电桩运营模式、电网企业为推动的充电桩运营模式、汽车厂商为推动的充电桩运营模式。它们各有优缺点，接下来将对比结果分别进行如下论述:

政府为推动的充电桩运营模式，即政府作为新能源汽车充电桩的投资主体，政府组织汽车厂商、电力供应商、设备供应商共同参与充电桩的建设与运营，代表国家如日本和美国。该模式适用于新能源汽车发展初期、商业化运行规模较小的阶段，需要政府鼓励和扶持企业从事充电桩的建设。政府出资建设运营充电桩，产生的亏损可由财政负担，可促进新能源汽车商业化运行的实施和发展，但是随着充电桩数量的增加，投资需求变大，政府财政将难以支撑，且该模式由于缺乏市场竞争，会导致充电桩项目效率低下。

电网企业为推动的充电桩运营模式，即电网企业作为新能源汽车充电桩的投资主体，负责新能源汽车充电桩的建设与运营，充电设施具有完全的商业化性质，代表国家有法国和德国。该模式适用于新能源汽车商业化运行规模较大，充电用户规模和服务需求相对稳定，投资渠道通畅。目前已有国家电网、南方电网承担新能源汽车充电桩的建设。电网企业建设充电桩是看好充电桩的盈利前景，电网企业建充电桩具备电力资源优势、网络传输优势和技术标准优势，但是缺少终端销售网络和充电桩的运营经验。

汽车厂商为推动的充电桩运营模式，即汽车厂商为促进新能源汽车的推广需要，自己投资建设充电桩，如新能源汽车生产企业通用、丰田都是自己建设运营充电桩，为用户提供商业化的充电服务。该模式适用于新能源汽车商业化运行规模较大，充电服务基础设施良好、商业化条件成熟、投资渠道通畅的发展阶段。汽车厂商投资充电桩，是将充电桩的建设视为新能源汽车后市场服务的部分内容，将产品与服务价值链整合，也是按照市场化原则实施商业化运作。但是当充电桩大规模增加时，提供的电力和技术可能无法满足实际需求，充电桩利润受到电价波动的影响。

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我国新能源汽车充电桩运营模式的选择

截至2013年底，我国各类新能源汽车累计销售大约4.5万辆，远落后于美国累计销售20万辆，其中私人购置新能源汽车只有一小部分。新能源汽车在我国还处于发展初期，新能源汽车基数小，截至2013年底电网企业已累计建成1.9万台充电桩，并且一小区27个充电桩仅一业主开新能源汽车，电网企业布局充电桩闲置情况各地都有存在，电网企业要想获得盈利，还是处于“万里长征第一步”都没开始的阶段。

因此现阶段不宜单纯采用某一种模式，较为理想的选择应是“汽车厂商+电网企业”的联盟模式，即汽车厂商和电网企业联盟建设运营充电桩。电网企业具有电能提供的条件，汽车厂商拥有庞大的终端销售网络以及掌握着充电桩的运营经验，二者的合作能到达互利共赢的局面。汽车厂商在电力技术问题上难以突破，而电网企业建设充电桩也离不开汽车厂商，所以双方的联盟可以实现优势互补:推动新能源汽车标准统一，推动新能源汽车市场化进程。该模式不仅具备理论依据，而且可以克服单纯的电网企业推动模式和汽车厂商推动模式的缺点，能较好地满足现阶段充电桩建设与运营的需要。

4.1

汽车厂商与电网企业联盟模式的理论依据

该模式的理论基础是20世纪90年代后半期西方发达国家兴起，并逐步波及到世界各国及地区，成为各国及地区普遍采用的供应链合作伙伴关系理论，该理论的核心思想是供应链管理应当以市场需求为导向、以顾客需求为中心，通过合同方式核心企业与成员企业建立起来的共享收益和共担风险的一种合作伙伴关系。

汽车厂商与电网企业联盟模式是该模式在新能源汽车充电桩建设运营上的具体应用。供应链合作伙伴关系管理主要是指核心企业与成员企业之间在相互信任的基础上建立合作机制。

4.2

汽车厂商与电网企业联盟模式的可行性分析

大规模建设充电桩需要大量的土地征用和高额的成本，而汽车厂商与电网企业联盟建设充电桩，能进行成本分摊、利益共享、风险分摊，能优化资源配置，减少市场成本。

2014年公布的数据表明：今明两年全国充电桩建设的投资额将超过600亿其中关于充电桩设备采购的预算达到了120亿元所以初期成本巨大。据美国洛基山研究所(RockyMountain Institute)近日对汽车制造商、充电桩服务商、研究机构和不同城市做了一项调查，分析了目前家庭充电桩的建设成本，包括硬件设施、材料、人工费和安装等项目。

4.3

联盟模式下充电桩的运营分析

目前政府对充电基础设施的补助力度在加大，政府为了鼓励新能源汽车的使用，2013年上海市出台了新能源汽车充电桩的补贴政策，一个充电桩至高可享受30%的补贴，建桩的成本将大大减少。

政府不直接参与基础设施的建设，而应是制定发展战略进行市场规范，必要的时候提供一些有效的激励政策。充电桩是向新能源汽车用户提供快速、高质量的电能供应服务，其建设运营需要综合考虑充电汽车数量、运行费用、政府政策等因素。本文探讨的充电桩是小区民用充电桩，应区别于公用充电桩。

汽车厂商和电网企业联盟模式下充电桩的普及率会大幅度提高，新能源汽车的潜在消费人群就不用担心充电问题。电网企业负责充电智能网络的铺设，汽车厂商将充电设施纳入自身的产品售后服务体系，由于汽车厂商掌握着终端客户的信息，双方的联盟能给新能源汽车消费群体带来便利。

建设初期电网企业和汽车厂商共同支付一定的建桩费，当用户给新能源汽车充电时电网企业和汽车厂商向用户收取一定的充电费用来实现自身的盈利。新能源汽车充电电价将按民用电价加上10%的利润值收费，执行峰谷电价优惠，夜间充电将更便宜。

4.4

联盟模式下双方职责界定

国家电网在建设方面负有以下职责，负责制定充电桩建设管理的制度、办法、标准;负责充电桩建设的总体规划编制与实施;负责制定充电桩建设的行业标准;负责充电网络的布线与供电。在运行方面，合理核定新能源汽车充电桩的运营成本和服务价格;负责研究、协调充电桩运行过程中的重大事项和问题;负责指导、监督、考核、评价充电桩的运行管理工作。

汽车厂商的主要职责是给消费者安装充电桩;为新能源汽车用户提供安全可靠的更好服务;不断提高新能源汽车充电桩的运营效率;不断促进新能源汽车充电桩的技术革新。

总之电网企业一方面为充电桩供电，作为能源供给方，另一方面建设充电桩直接参与市场，输配电等关键环节和运营管理由电网企业负责。出资与设备提供由汽车厂商负责，并委派4S店负责给新能源汽车用户安装充电桩。

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应用方案

图1 有序充电管理系统示意图

图2 平台结构图

充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。

通过平台可对充电桩的功率、电压、电流等参数进行实时监控，及时发现和处理充电桩故障和异常情况对充电桩的功率进行控制和管理，确保充电桩在合理的功率范围内充电，避免对电网造成过大的负荷。

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安科瑞充电桩云平台具体的功能

平台除了对充电桩的监控外，还对充电站的光伏发电系统、储能系统以及供电系统进行集中监控和统一协调管理，提高充电站的运行可靠性，降低运营成本，平台系统架构如图3所示。

图3 充电桩运营管理平台系统架构

大屏显示：展示充电站设备统计、使用率排行、运营统计图表、节碳量统计等数据。

图4 大屏展示界面

站点监控：显示设备实时状态、设备列表、设备日志、设备状态统计等功能。

图5 站点监控界面

设备监控：显示设备实时信息、配套设备状态、设备实时曲线、关联订单信息、充电功率曲线等。

图6 设备监控界面

运营趋势统计：显示运营信息查询、站点对比曲线、日月年报表、站点对比列表等功能。

图7 运营趋势界面

收益查询：提供收益汇总、实际收益报表、收益变化曲线、支付方式占比等功能。

图8 收益查询界面

故障分析：提供故障汇总、故障状态饼图、故障趋势分析、故障类型饼图等功能。

图9 故障分析界面

订单记录：提供实时/历史订单查询、订单终止、订单详情、订单导出、运营商应收信息、充电明细、交易流水查询、充值余额明细等功能。

图10 订单查询界面

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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/21kw交流充电桩，30kw直流充电桩，60kw/80kw/120kw/180kw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、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新能源汽车，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。

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现场图片

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结论

从以上的分析表明，汽车厂商和电网企业同时参与并建立联盟，是新能源汽车充电桩市场上至为合理的合作模式。

本文还以充电桩综合至大利润为目标，该目标函数考虑了建设充电桩所需的充电电器等固定设备成本以及人工工资、设备维护费用等运行成本，求解了能使充电桩利润至大化的新能源汽车运营数量，同时通过matlab对某假定区域新能源汽车充电桩和新能源汽车数量的配比进行了仿真。

至终得出了一些有意义的结论:（1）充电桩服务的至优新能源汽车数量与发电的成本系数相关，随着发电的成本系数的减小，运营的新能源汽车数量变大，联盟运营充电桩模式的利润呈先减小后增加的趋势。（2）当新能源汽车规模较小时，充电桩的数量应该随着新能源汽车的数量增加而建设;当运营的新能源汽车数量达到一定规模时，新能源汽车市场稳定，充电桩可以共用，建充电桩的速度可适当放缓。

本文一些研究结论是在一定的假设条件下得出的，但针对充电桩联盟运营模式所采用的建模思路、量化分析方法，以及研究中所得出的结论，将为实际中电桩联盟建设运营提供思路和模式。另外对于汽车厂商和电网企业联盟后的利润分配设计问题，还可以进一步采用收益共享契约进行探讨。

审核编辑 黄宇