电动汽车充电设施（EV Charging Infrastructure）系为电动汽车提供电能的相关设施的总称，主要指可以实现电能由电网交流在线向直流离线存储的变换，为PHEV以及BEV行驶提供直流电能供给的一类设备，可以说充电设施是能源的搬运工。电动汽车的充电模式有整车充电模式和机械换电模式两种。根据规模大小、使用性质的不同，充电设施又可分为家庭用充电器、分散式充电设备、集中式充电站、集中式换电站四类。

1）家庭用充电器

家庭用充电器（EV Home Charger）是指由电动汽车生产企业或汽车零配件厂商生产的电动汽车专业充电器。其通常可以直接连接家庭用交流电源插座，为电动汽车提供较长时间的交流慢速充电服务。在全球范围内，目前已进入市场且较为成熟的家庭用充电器仅有特斯拉电动汽车公司的移动充电包（Mobile Connector Bundle）（图1-1a）和德国博世集团（BOSCH）研发的家用慢速充电器Power Max等少数几款。这些家用慢速充电器易于携带，但将车载电池充满通常需要一整夜的时间。

2）分散式充电设备

分散式充电设备（EV Charging Equipment）是应用最普遍的电动汽车充电设施，根据输出电流形式及充电原理的不同，可分为交流充电桩（AC Charging Spot）和直流充电桩（即非车载充电机，DC Charging Spot）。交流充电桩为电动汽车提供常规充电，充满电通常需要4—6h的时间。直流充电桩可以绕过车载组件，将直流电直接输入车载充电电池中，实现快速充电，充满电通常只需30min左右。目前美国最普遍的交流充电桩有Level1和Level2两种型号，直流充电桩则多为Fast Charger（图1-1b、图1-1c）。在我国，基于国家电网系统的交流充电桩通常选用7 kW的型号，而直流充电桩则依据功率不同分为小、中、大三种型号，分别为35 kW、100 kW和200 kW（图1-1d，表1-2）。

图1-1　各类电动汽车充电设施

表1-2　国家电网所属电动汽车分散式充电设备性能

除了专业充电站外，当充电设备以分散方式安装于城市中时，通常位于路边停车位、居住区和商业停车场以及公共交通集散中心停车场内，为电动汽车的市内通勤或短途出行提供便捷的充电服务（图1-2）。现阶段，这些分散式充电设备以交流充电桩居多，而交流、直流充电桩之间需按照一定配比进行建设，城区密集地区的配比要接近，即提高直流快充桩的比例。此外，直流充电桩的分散式安装还常常位于城际交通道路沿线（例如高速公路服务区内）为长途出行的电动汽车提供最短时间的快速补电服务。分散式充电设备的安装方式有立地式、挂壁式和吸顶式。立地式适用于露天停车位或路边停车位的安装，挂壁式和吸顶式则需要依附于地下或室内停车场的墙壁或室内顶面。

图1-2　分散式充电设备安装的空间分布

单个充电桩具有硬件及占地成本低、对电网冲击小等优势，但群体性安装时需充分考虑低压配电容量，当充电桩总负荷超出100kV·A时应配建变配电设施。因此，在新建居住区时，要适当预留设备基础、管线预埋及配电容量。此外，充电桩布置于室外如不能满足防护要求时，应根据安装位置选择合适的防护设施。考虑到充电服务所需时间和服务半径，分散式充电桩的布点规划和建设应充分考虑地区人口密度、交通流量及车辆出行特征等。

3）集中式充电站

相对于分散式充电设备的布点，集中式充电站（EV Charging Station）是一种独立占地、需要进行完整设计的建筑单元和场地空间的综合体，是指将电动汽车充电设备集中安装、电动汽车集中停放充电的综合性服务站，并可对动力电池和充电机进行监控。集中式充电站由于设备数量多，荷载大且集中，需要根据配电总容量建设变配电用房和二次设备用房。充电设备类型同样也是交流充电桩及直流充电桩，其中直流充电桩可根据需求选择一体式或分体式两类进行安装。当选择安装分体式直流充电桩时，站内建筑应增设整流设备用房。除此之外，集中式充电站还应适当配置综合服务用房。集中式充电站根据开放程度可分为专用充电站和公共充电站。前者服务于公交车、出租车、物流等专用车辆，后者则服务于城市私人乘用车。

集中式充电站的建设形式可采用平面式和立体式（图1-3）。平面式充电站可根据充电工位数的多少、配电总容量的大小来确定建站规模，通常可分为小型、中型、大型，其占地面积依次增大，服务能力和服务半径也依次增大。不同规模的充电站应规划布点在城市的不同区域。可依据主城、副城、城郊新区，再到乡镇，依次布设小型、中型、大型电动汽车集中式充电站。在人口密集的居住区或商业区附近新建充电站或改造立体停车库时，立体式充电站是解决土地资源紧张与电动汽车日益增多之间矛盾的良好方案。集中式充电站的建设应尽量靠近城市公共交通集散枢纽及变电所，以增加停车充电的便捷性，同时减少电能输送过程中的损耗。(www.daowen.com)

充电站可视为充电桩群，可以提供多种服务，设备利用率高，由专人管理，因此其具备安全性高等优点。但其占地面积大，建设难度较高，要配置大功率充电设备，因此投资和运行、安全保障等费用都比较高。

4）集中式换电站

集中式换电站（Battery Swap Station）采用机械换电模式，利用专门的机械手将电动汽车中电量耗尽的电池更换为已充满电的电池，并将换下的电池收集后在负荷低谷时进行集中充电，留以备用（图1-4、图1-5）。机械换电操作时间通常为3—10min，是最为快捷的电能补给方式，适合于商业运营的电动公交车、出租车和物流等专用车辆。这种换电方式既有利于延长电池的使用寿命，也便于电池的统一维护、回收以及电网调峰，能发挥电网更大效益。

在建设形式上，集中式换电站将机械换电厂房与其他功能用房整合为一座换电车间，占地面积颇大，土地需求压力大。在功能设置上，集中式换电站集机械换电、集中充电、电池贮存多功能为一体，因此其一般也是充换一体的充换电站。前一阶段由国家电网建设的充电设施主要就是以大型充换电站为主，服务于示范运营的电动公交车。我国在2008年北京奥运会、2010年上海世博会以及2010年广州亚运会期间曾尝试用换电模式开展城市纯电动公交车的示范运营，并取得了良好效果。

图1-3　国内的平面式和立体式电动汽车充电站

图1-4　国家电网所属电动汽车换电站站内空间

图1-5　荷兰斯希普霍尔机场电动汽车换电站

然而机械换电对电池规格的统一性和标准化提出了较高的要求。从当前全球各个电动汽车生产厂商以及电池技术差异化巨大的现状来看，集中式换电站的建设具有一定的局限性，再加上其建设耗资大、占地广，现阶段国内外市场的推行效果并不理想，尚无法成为主流的充电设施形式。以色列Better Place公司曾经是“换电模式”的倡导者和推行者，最终因巨大亏损在2013年5月宣布破产。在我国，换电站的建设也在发展困境中寻求突破：国家电网在青岛薛家岛投资建设的换电站选择与大型变电所贴临整合，增加电池集中充电、集中配送功能，形成充换储放一体化综合服务站；上海电巴新能源科技有限公司近年来研究了小型化换电站单元，为乘用车和出租车提供服务，其单通道换电站占地小于200m2，换电时间仅3min，服务能力可达200—300车次/天；重庆力帆集团也从2015年底开始在全国布局建设分时租赁汽车能源站，就采用3min换电模式。之所以坚持换电设施的研发和推广，是意识到就补电快捷性而言换电模式依然具有不可或缺的优势，作为多元化的电动汽车能源供给形式之一，换电依然大有可为。

各类电动汽车充电设施有各自的适用范围，与服务车型、车辆性质和运行规律、商业运营模式、土地供给等因素紧密关联。一般认为私人乘用车的使用随机性大，路线不固定，多数为日常通勤，而国内日均通勤里程通常在30km之内，因此以家用充电器或慢充桩的交流慢速充电为主，外出时可使用公共停车场或城际高速的快速充电站补电，并积极通过共享方式来有效利用车辆。

商用车中的公交车有固定路线，单程或者往返的路线固定，宜考虑采用直流快速充电或换电模式，通过建专用站解决。而出租车、物流车等开始点和结束点在同一地，且运行时间长，宜考虑在固定充换电站进行直流快速充电或快速换电模式。

总体而言，换电技术更适合出租车、物流车、公交车等电池相对统一标准的行业，私人乘用车因车型多样，充电技术更为适应。因此，未来充电设施建设要更多元化，应该多种技术和商业模式并存，充电、换电并行。不同类型电动汽车充电设施的主要性能对比具体参见表1-3。

表1-3　不同类型电动汽车充电设施主要性能对比表