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[摘要]纯电动汽车和插电式混合动力汽车是当前新能源汽车发展的重点，充电系统是其发展的重要前提。本文深入分析了影响充电系统规划的主要因素和基于成本最优化的充电行为规律性特征，在此基础上提出了高效充电系统规划构建的思路和要点，并对智能充电系统提出了设想。本文首次提出了充电诱导系统的设想，对于提升充电设施使用效率和便利度具有积极意义。
[关键词]新能源汽车；充电行为；充电系统；充电诱导
新能源汽车指已经形成一定产能和市场销售规模的纯电动车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车以及传统混合动力汽车。其中需要充电设施的是纯电动汽车和插电式混合动力汽车。完善的充电设施是发展新能源汽车产业的重要保障。近年来我国新能源汽车发展迅速，但充电设施规划建设仍是重要瓶颈之一。充电设施是新兴事物，在城市规划体系内能够参考的规范和方法较少。具体来讲在充电设施的规划特性、规划编制方法、系统布局方法等方面还没有形成共识。新能源汽车短时间内难以取代“燃油为主、电能为辅”的机动车能源消费格局，这种情形下充电设施规划需要以最优成本达到满足近期需求和实现规划培育两个主要目標。本文将在分析充电系统规划布局影响因素、充电行为特征基础上提出高效充电系统规划构建的思路和要点，并对智能充电规划提出建议，提升充电系统规划的落地性和实用性。
1、影响充电系统规划布局的基本因素
1.1充电需求量
充电需求是指在一定时间和一定区域内新能源汽车对充电的需求。规划区域内的充电需求量与该区域新能源汽车的保有量以及交通运行密度正相关。例如电动公交车始末站及其运营线路、拥有新能源汽车比例较高的住宅小区或者企业单位、电动环卫物流车运行线路等区域充电需求较为旺盛。充电设施的布局和服务能力应尽可能与充电需求高的区域保持一致。
1.2基于路网的充电设施服务半径
充电站的充电服务半径是充电站的选址布局的关键因素之一。《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》针对不同的区域制定了公共充电服务半径。考虑到新能源汽车续航里程的局限，传统意义上的服务半径来表述设施覆盖范围，可能导致理论值明显大于实际可服务范围。在道路交叉口间距长、中央设有连续隔离带的地区，这种偏差尤为突出。因此“基于路网可达性”来表述更符合实际情况，可以更加高效的发挥设施的服务水平。
1.3与城市规划要素的协调
对接城市总体规划等上位规划是充电系统规划的基础，也是充电系统规划纳入城市规划体系的重要环节。城市发展布局、重点发展区域、城市功能划分、交通路网格局等规划要素直接影响新能源汽车的充电需求，充电系统规划总体布局应与上述城市规划要素相协调匹配。充电设施用地需考虑与周边用地规划、交通状况、停车规划等方面的协调。
1.4区域输配电网基础条件
当大量电动汽车同时进入充电站充电时，城市电网需要提供大功率的电力供应，同时快速充电的直流充电技术会产生一定的谐波污染，增加了电网谐波污染治理负担。电池技术进步缩短充电时间必然会增加充电电流和瞬时功率，会进一步加大充电瞬时功率对电网的影响。所以开展充电站的布局规划工作应有供电部门的参与，提前预留接入容量，在城市配电网规划改造中纳入充电站的建设规划内容。
1.5新能源汽车技术发展动态
电动汽车产业的发展过程中，在不同阶段充电技术和充电需求也会不同。充电设施建设的完善和技术进步将大大缓解电动汽车目前所面临的电池续航、充电时间等方面欠缺，例如无线充电技术、大容量快速充电电池技术的发展等。对于未来新能源汽车技术的发展，规划上要保持足够的弹性和包容性，以应对不断涌现的新技术。
2、新能源汽车充电行为特征分析
新能源汽车的充电行为即有自身特点，也与传统汽车加油存在类似，通常表现出“规律性”和“随机性”两大特征。规律性特征具体在充电行为偏好上表现为“就近性”、“易达性”，除传统出行特征外，由于新能源汽车充电行为的“成本最优原则”，使其表现出“复合性”行为特征。在随机性特征方面，由于机动车出行本身具有较大随机性，新能源汽车充电行为必然带有随机性因素。但是由于受到充电时间和里程限制，当前阶段新能源汽车比传统燃油车表现出的随机性特征要较弱。因此分析充电行为的规律性特征是规划构建高效充电系统的基础和关键。
2.1就行性和易达性特征
新能源汽车通常习惯于在始发地或目的地等出行端点附近，以及出行路径沿线补充电能，以减少不必要的绕行距离，即表现为充电行为的“就近性”。由于受到充电时间和里程限制，新能源汽车比传统燃油车表现出更加显著的“就近性”特征。在出行路径周边的充电设施基本处于同等空间位置的情况下，新能源汽车更倾向于选择出入便捷的站点，即表现为充电行为的“易达性”。
2.2复合性特征
充电价格、停车费用、服务水平、出行目的、个人偏好等都对充电行为产生直接影响，而最本质影响来源于充电行为成本最优化。新能源汽车充电大部分是结合出行需求进行，很少有单一性的充电行为，这种特征即是充电行为的“复合性”，这是有别于传统燃油车的重要特征。充电成本的构成是复杂的，充电电费和充电服务费是显性成本，停车所占用的停车位资源和充电过程所需要的时间成本是隐性的。充电成本最小的简化目标函数可以表达如下：
城市区域停车资源紧张的情况下，停车费用是充电总体成本重要组成；而远长于燃油车加油的充电时间带来的时间成本也是不能忽略的。如果充电行为是一次“单一性”充电行为，那么停车费用和时间成本难以分摊，需要完全计入用户的充电总体成本中。因此新能源汽车的充电一般都是结合上班、购物、休闲娱乐、夜间停车等方式复合进行，以抵消停车成本和时间成本。这种“复合性”的行为特征，是“成本最优原则”的体现。这一特征对于充电基础设施的布局十分重要。决定了充电设施布置一定是在功能复合的区域，单纯的“充电功能”设施不是充电系统的主体构成。 另外在充电基础设施布局上尚不完善的情况下，新能源汽车车主为摊销停车和时间成本，行为策略受到一定外部条件的约束，出行决策过程也成为隐形成本之一。
3、高效充电系统规划构建
目前我国新能源汽车发展处在成长培育阶段，该阶段充电系统的构建必须是高效、优化、引领带动的。既要从全局全面的角度考虑，叉要分阶段有所侧重。成长培育阶段的应对侧重点是：偏乐观的规划策略，也就是总体采用适度超前、设施引领的方案。全面全局的角度需要从传统交通体系来研究系统构建。城市交通系统从空间形态上可以分为交通节点、交通走廊和交通网络等三种类型。不同空间层次的交通系统必然要求不同的交通组织方式，加之新能源汽车充电行为的“就近性”、“易达性”、“复合性”特征，潜在充电需求将表现出显著的空间差异性。依据交通系统的空间形态分类，本文将充电设施覆盖层次细分为节点地区、轴线通道、面状网络等三个空间层次，具体如下图所示。
3.1节点地区
节点地区一般是城市生产和生活的重要活动区，也是交通流的汇集地，交通负荷大、交通组织复杂、潜在充电需求旺盛。节点地区停车设施和充电资源紧张矛盾对充电设施的布设限制较大。但同时节点地区充电设施布局对新能源汽车推广带动作用是显著的。主要充电节点有：生活区核节点、商业文娱核节点、行政办公核节点、产业服务核节点、校园核节点、体育运动核节点、医疗卫生核节点、公共空间核节点等。
3.2轴线通道
一般情况下，轴线通道应包括高速公路、快速路等全封闭运行道路，以及其它高等级道路。出于交通管制需要，此类地区通常采用双向隔离的交通组织方式。考虑到P+R模式，地铁沿线也是布局充电设施的重要周线通道。
高速公路一般属于全封闭型通道，沿线充电设施的服务对象仅限于高速公路车辆。高速公路沿线充电设施结合休息站布置满足“就近性”、“易达性”、“复合性”的特征要求，布置合适可以大幅提高新能源汽车的出行范围。国省道的封闭程度明显偏弱，在部分高度城市化的郊区城镇，国省道沿线的非分离式交叉口，使沿线充电设施在服务通道本身车辆之余，能向非通道车辆提供充电服务。需要注意的是基于道路的双向交通隔离性，轴线通道的机动车难以自由到达对向地区，充电车辆的可选站点被局限于道路行驶侧，需考虑充电设施站点出入口等设置的便利性。
3.3面状网络
面状网络是指除节点地区、轴线通道之外的城市其它一般建设区。因此，面状网络的潜在充电需求是城市最主要的需求形式。此类地区主要以生活性道路承担交通出行需求，交通流基本呈网络化面状分布。
在驾驶行为基本不受约束的情况下，机动车可完全依据“就近”与“易达”原则实施充电行为。这种充电行为的“规律性”一方面决定了地区充电需求在空间分布上较均衡，另一方面将充电站点的服务对象基本限定于周边用户。导致此类地区的站点具有较强地域性和固定服务范围。此类地区的充电站点宜就地平衡。
4、智能充电网络构建
为适应和培育新兴事物的发展，充电系统规划需注重系统功能的完善和提升。让充电系统在有限的设施条件下最大限度发挥功能，构建智能充电网络是实现这一目标重要途径。
4.1智能充电网络管理功能和基本框架
智能充电网络管理系统围绕新能源汽车驾驶者开展服务，在服务的同时也实现了充电车位的高效利用，停车场的有效管理，城市交通的顺畅通行。建立一套智能充电管理模式，使充电和停车服务安全、简便、准确，并且使造价和经营成本控制在适当范围，是充电设施管理的趋势。智能充电网络的框架是以城市为基础信息单元，融合智能管理、运营监督、信息服务、行业应用为核心，依托云服务平台建立起来的综合管理服务系统。
4.2智能充电网络诱导系统建设
目前很多城市已经建设了停车位的诱导系统，但是充电车位和充电设施的诱导信息系统建设比较缺乏，完全依赖互联网查询存在一定的缺陷，也不利于覆盖所有人群。充电设施的诱导系统对于提高充电网络系统的管理水平十分必要，能够减少驾车者寻泊时间，提高充电设施利用率和使用便利度。
（1）智能充电网络不同出行阶段诱导功能
第一阶段：从家到目的地区域
当新能源汽车驾驶者出行和需要充电前，可通过互联网网站或手机客户端APP提前查看目的地停车场的充电车位状况，通过道路拥堵提示系统来预测自己的到达时间，通过充电指数预报系统来查看自己到达时间内的充电设施使用情况，并网上预订一个充电停车位；停车场管理方按照预订时间保留车位。
第二阶段：从目的地区域到目的地停车场
当新能源汽车驾驶者行驶在路上时，可利用移动互联网终端和车载GPS导航终端完成车位的查询与预订，充电指数的预报，充电费用的充值，充电停车场位置导航等操作。
第三阶段：从停车场入口到充电停车位
驾驶者在入场时，通过各个路口上安装的引导屏指示各个方向上的空余充电车位，使驾驶者能够方便快捷的找到充电车位，避免盲目找位。出入口管理系统则对各种车辆进行实时的、严格的管理，尤其是對于燃油车占用充电车位的情况，要施行惩罚性收费措施。
（2）三级诱导体系工作原理
借鉴较为成熟的停车诱导系统设计理论，充电诱导系统功能的实现可采取三级诱导的原则。根据对三级诱导系统结构的描述，可变信息板可以分为三级：
一级充电位诱导可变信息板：设立于诱导区域外围，提供行车引导线和充电车位占用信息。行车引导线用来提示规划的停车路径；
二级充电位诱导可变信息板：设立于诱导区域内的道路两侧，提供充电车位方向、距离、占用情况信息；
三级充电位诱导可变信息板：设立于停车场（库）进出口附近，提供充电车位占用情况信息。
总结：
本文分析了充电系统规划布局的主要影响因素和充电行为规律性特征，茌此基础上提出高效充电系统规划构建的思路和要点。同时为提升充电系统规划高效、实用效果，对智能充电网络规划尤其是充电使用过程中诱导系统规划提出了设想和建议。
[关键词]新能源汽车；充电行为；充电系统；充电诱导
新能源汽车指已经形成一定产能和市场销售规模的纯电动车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车以及传统混合动力汽车。其中需要充电设施的是纯电动汽车和插电式混合动力汽车。完善的充电设施是发展新能源汽车产业的重要保障。近年来我国新能源汽车发展迅速，但充电设施规划建设仍是重要瓶颈之一。充电设施是新兴事物，在城市规划体系内能够参考的规范和方法较少。具体来讲在充电设施的规划特性、规划编制方法、系统布局方法等方面还没有形成共识。新能源汽车短时间内难以取代“燃油为主、电能为辅”的机动车能源消费格局，这种情形下充电设施规划需要以最优成本达到满足近期需求和实现规划培育两个主要目標。本文将在分析充电系统规划布局影响因素、充电行为特征基础上提出高效充电系统规划构建的思路和要点，并对智能充电规划提出建议，提升充电系统规划的落地性和实用性。
1、影响充电系统规划布局的基本因素
1.1充电需求量
充电需求是指在一定时间和一定区域内新能源汽车对充电的需求。规划区域内的充电需求量与该区域新能源汽车的保有量以及交通运行密度正相关。例如电动公交车始末站及其运营线路、拥有新能源汽车比例较高的住宅小区或者企业单位、电动环卫物流车运行线路等区域充电需求较为旺盛。充电设施的布局和服务能力应尽可能与充电需求高的区域保持一致。
1.2基于路网的充电设施服务半径
充电站的充电服务半径是充电站的选址布局的关键因素之一。《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》针对不同的区域制定了公共充电服务半径。考虑到新能源汽车续航里程的局限，传统意义上的服务半径来表述设施覆盖范围，可能导致理论值明显大于实际可服务范围。在道路交叉口间距长、中央设有连续隔离带的地区，这种偏差尤为突出。因此“基于路网可达性”来表述更符合实际情况，可以更加高效的发挥设施的服务水平。
1.3与城市规划要素的协调
对接城市总体规划等上位规划是充电系统规划的基础，也是充电系统规划纳入城市规划体系的重要环节。城市发展布局、重点发展区域、城市功能划分、交通路网格局等规划要素直接影响新能源汽车的充电需求，充电系统规划总体布局应与上述城市规划要素相协调匹配。充电设施用地需考虑与周边用地规划、交通状况、停车规划等方面的协调。
1.4区域输配电网基础条件
当大量电动汽车同时进入充电站充电时，城市电网需要提供大功率的电力供应，同时快速充电的直流充电技术会产生一定的谐波污染，增加了电网谐波污染治理负担。电池技术进步缩短充电时间必然会增加充电电流和瞬时功率，会进一步加大充电瞬时功率对电网的影响。所以开展充电站的布局规划工作应有供电部门的参与，提前预留接入容量，在城市配电网规划改造中纳入充电站的建设规划内容。
1.5新能源汽车技术发展动态
电动汽车产业的发展过程中，在不同阶段充电技术和充电需求也会不同。充电设施建设的完善和技术进步将大大缓解电动汽车目前所面临的电池续航、充电时间等方面欠缺，例如无线充电技术、大容量快速充电电池技术的发展等。对于未来新能源汽车技术的发展，规划上要保持足够的弹性和包容性，以应对不断涌现的新技术。
2、新能源汽车充电行为特征分析
新能源汽车的充电行为即有自身特点，也与传统汽车加油存在类似，通常表现出“规律性”和“随机性”两大特征。规律性特征具体在充电行为偏好上表现为“就近性”、“易达性”，除传统出行特征外，由于新能源汽车充电行为的“成本最优原则”，使其表现出“复合性”行为特征。在随机性特征方面，由于机动车出行本身具有较大随机性，新能源汽车充电行为必然带有随机性因素。但是由于受到充电时间和里程限制，当前阶段新能源汽车比传统燃油车表现出的随机性特征要较弱。因此分析充电行为的规律性特征是规划构建高效充电系统的基础和关键。
2.1就行性和易达性特征
新能源汽车通常习惯于在始发地或目的地等出行端点附近，以及出行路径沿线补充电能，以减少不必要的绕行距离，即表现为充电行为的“就近性”。由于受到充电时间和里程限制，新能源汽车比传统燃油车表现出更加显著的“就近性”特征。在出行路径周边的充电设施基本处于同等空间位置的情况下，新能源汽车更倾向于选择出入便捷的站点，即表现为充电行为的“易达性”。
2.2复合性特征
充电价格、停车费用、服务水平、出行目的、个人偏好等都对充电行为产生直接影响，而最本质影响来源于充电行为成本最优化。新能源汽车充电大部分是结合出行需求进行，很少有单一性的充电行为，这种特征即是充电行为的“复合性”，这是有别于传统燃油车的重要特征。充电成本的构成是复杂的，充电电费和充电服务费是显性成本，停车所占用的停车位资源和充电过程所需要的时间成本是隐性的。充电成本最小的简化目标函数可以表达如下：
城市区域停车资源紧张的情况下，停车费用是充电总体成本重要组成；而远长于燃油车加油的充电时间带来的时间成本也是不能忽略的。如果充电行为是一次“单一性”充电行为，那么停车费用和时间成本难以分摊，需要完全计入用户的充电总体成本中。因此新能源汽车的充电一般都是结合上班、购物、休闲娱乐、夜间停车等方式复合进行，以抵消停车成本和时间成本。这种“复合性”的行为特征，是“成本最优原则”的体现。这一特征对于充电基础设施的布局十分重要。决定了充电设施布置一定是在功能复合的区域，单纯的“充电功能”设施不是充电系统的主体构成。 另外在充电基础设施布局上尚不完善的情况下，新能源汽车车主为摊销停车和时间成本，行为策略受到一定外部条件的约束，出行决策过程也成为隐形成本之一。
3、高效充电系统规划构建
目前我国新能源汽车发展处在成长培育阶段，该阶段充电系统的构建必须是高效、优化、引领带动的。既要从全局全面的角度考虑，叉要分阶段有所侧重。成长培育阶段的应对侧重点是：偏乐观的规划策略，也就是总体采用适度超前、设施引领的方案。全面全局的角度需要从传统交通体系来研究系统构建。城市交通系统从空间形态上可以分为交通节点、交通走廊和交通网络等三种类型。不同空间层次的交通系统必然要求不同的交通组织方式，加之新能源汽车充电行为的“就近性”、“易达性”、“复合性”特征，潜在充电需求将表现出显著的空间差异性。依据交通系统的空间形态分类，本文将充电设施覆盖层次细分为节点地区、轴线通道、面状网络等三个空间层次，具体如下图所示。
3.1节点地区
节点地区一般是城市生产和生活的重要活动区，也是交通流的汇集地，交通负荷大、交通组织复杂、潜在充电需求旺盛。节点地区停车设施和充电资源紧张矛盾对充电设施的布设限制较大。但同时节点地区充电设施布局对新能源汽车推广带动作用是显著的。主要充电节点有：生活区核节点、商业文娱核节点、行政办公核节点、产业服务核节点、校园核节点、体育运动核节点、医疗卫生核节点、公共空间核节点等。
3.2轴线通道
一般情况下，轴线通道应包括高速公路、快速路等全封闭运行道路，以及其它高等级道路。出于交通管制需要，此类地区通常采用双向隔离的交通组织方式。考虑到P+R模式，地铁沿线也是布局充电设施的重要周线通道。
高速公路一般属于全封闭型通道，沿线充电设施的服务对象仅限于高速公路车辆。高速公路沿线充电设施结合休息站布置满足“就近性”、“易达性”、“复合性”的特征要求，布置合适可以大幅提高新能源汽车的出行范围。国省道的封闭程度明显偏弱，在部分高度城市化的郊区城镇，国省道沿线的非分离式交叉口，使沿线充电设施在服务通道本身车辆之余，能向非通道车辆提供充电服务。需要注意的是基于道路的双向交通隔离性，轴线通道的机动车难以自由到达对向地区，充电车辆的可选站点被局限于道路行驶侧，需考虑充电设施站点出入口等设置的便利性。
3.3面状网络
面状网络是指除节点地区、轴线通道之外的城市其它一般建设区。因此，面状网络的潜在充电需求是城市最主要的需求形式。此类地区主要以生活性道路承担交通出行需求，交通流基本呈网络化面状分布。
在驾驶行为基本不受约束的情况下，机动车可完全依据“就近”与“易达”原则实施充电行为。这种充电行为的“规律性”一方面决定了地区充电需求在空间分布上较均衡，另一方面将充电站点的服务对象基本限定于周边用户。导致此类地区的站点具有较强地域性和固定服务范围。此类地区的充电站点宜就地平衡。
4、智能充电网络构建
为适应和培育新兴事物的发展，充电系统规划需注重系统功能的完善和提升。让充电系统在有限的设施条件下最大限度发挥功能，构建智能充电网络是实现这一目标重要途径。
4.1智能充电网络管理功能和基本框架
智能充电网络管理系统围绕新能源汽车驾驶者开展服务，在服务的同时也实现了充电车位的高效利用，停车场的有效管理，城市交通的顺畅通行。建立一套智能充电管理模式，使充电和停车服务安全、简便、准确，并且使造价和经营成本控制在适当范围，是充电设施管理的趋势。智能充电网络的框架是以城市为基础信息单元，融合智能管理、运营监督、信息服务、行业应用为核心，依托云服务平台建立起来的综合管理服务系统。
4.2智能充电网络诱导系统建设
目前很多城市已经建设了停车位的诱导系统，但是充电车位和充电设施的诱导信息系统建设比较缺乏，完全依赖互联网查询存在一定的缺陷，也不利于覆盖所有人群。充电设施的诱导系统对于提高充电网络系统的管理水平十分必要，能够减少驾车者寻泊时间，提高充电设施利用率和使用便利度。
（1）智能充电网络不同出行阶段诱导功能
第一阶段：从家到目的地区域
当新能源汽车驾驶者出行和需要充电前，可通过互联网网站或手机客户端APP提前查看目的地停车场的充电车位状况，通过道路拥堵提示系统来预测自己的到达时间，通过充电指数预报系统来查看自己到达时间内的充电设施使用情况，并网上预订一个充电停车位；停车场管理方按照预订时间保留车位。
第二阶段：从目的地区域到目的地停车场
当新能源汽车驾驶者行驶在路上时，可利用移动互联网终端和车载GPS导航终端完成车位的查询与预订，充电指数的预报，充电费用的充值，充电停车场位置导航等操作。
第三阶段：从停车场入口到充电停车位
驾驶者在入场时，通过各个路口上安装的引导屏指示各个方向上的空余充电车位，使驾驶者能够方便快捷的找到充电车位，避免盲目找位。出入口管理系统则对各种车辆进行实时的、严格的管理，尤其是對于燃油车占用充电车位的情况，要施行惩罚性收费措施。
（2）三级诱导体系工作原理
借鉴较为成熟的停车诱导系统设计理论，充电诱导系统功能的实现可采取三级诱导的原则。根据对三级诱导系统结构的描述，可变信息板可以分为三级：
一级充电位诱导可变信息板：设立于诱导区域外围，提供行车引导线和充电车位占用信息。行车引导线用来提示规划的停车路径；
二级充电位诱导可变信息板：设立于诱导区域内的道路两侧，提供充电车位方向、距离、占用情况信息；
三级充电位诱导可变信息板：设立于停车场（库）进出口附近，提供充电车位占用情况信息。
总结：
本文分析了充电系统规划布局的主要影响因素和充电行为规律性特征，茌此基础上提出高效充电系统规划构建的思路和要点。同时为提升充电系统规划高效、实用效果，对智能充电网络规划尤其是充电使用过程中诱导系统规划提出了设想和建议。