智能充電網(wǎng)讓新能源汽車“加速跑” 電動汽車充電面臨三方面問題

歷時4年多的科研攻關(guān)，由青島特銳德電氣股份有限公司牽頭，華北電力大學(xué)、中國汽車技術(shù)研發(fā)中心、天津力神集團(tuán)、CATL、宇通客車、重慶長安等國內(nèi)多個領(lǐng)域優(yōu)勢高校、企業(yè)參與的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“新能源汽車”重點(diǎn)專項項目“安全可控、能源互聯(lián)、開放互通的智能充電網(wǎng)研究與應(yīng)用示范”通過項目綜合績效評價，對推動我國智能充電網(wǎng)的市場化推廣應(yīng)用具有重要意義。

青島特銳德電氣股份有限公司董事長于德翔在接受科技日報記者采訪時表示：“項目成果智能充電網(wǎng)在全國運(yùn)營服務(wù)城市已達(dá)344個，已成立127家城市運(yùn)營公司，為超200萬輛電動汽車的充電服務(wù)提供技術(shù)支撐。示范效果表明，智能充電網(wǎng)項目成果具有良好的車樁兼容性、環(huán)境適應(yīng)性和安全穩(wěn)定性。”

電動汽車充電面臨三方面問題

隨著全球能源危機(jī)深化和環(huán)境治理意識增強(qiáng)，各國政府均將電動汽車產(chǎn)業(yè)上升到戰(zhàn)略高度。公安部交管局對外公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2021年3月，全國新能源汽車保有量達(dá)551萬輛。其中純電動汽車保有量449萬輛，占新能源汽車總量的81.53%。

隨之，中國也成為充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展最快的國家。據(jù)中國電動充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟統(tǒng)計，截至2021年3月，聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計上報公共類充電樁約85.1萬臺。

與此同時，電動汽車的快速發(fā)展也帶來了一系列挑戰(zhàn)，其中充電安全問題尤其引人關(guān)注。電動汽車數(shù)量增多，充電需求明顯增加，而充電安全事故時有發(fā)生，其中充電設(shè)備和動力電池是事故發(fā)生的兩大主體。當(dāng)前我國對充電設(shè)備和電池的安全考核處于滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的層面，尚缺乏完善的考核評價指標(biāo)。對充電設(shè)備充電安全事故預(yù)警與保護(hù)采取的措施，也需要相應(yīng)的評價方法。

此外，隨著電動汽車充電運(yùn)營服務(wù)的技術(shù)創(chuàng)新，以充電網(wǎng)絡(luò)為平臺，使用App進(jìn)行充電付費(fèi)的方式漸漸替代了使用充電卡的付費(fèi)方式。隨著運(yùn)營服務(wù)業(yè)務(wù)的深入和電動汽車充電需求的增長，App被賦予越來越多的增值服務(wù)功能。而不同類型的公司在設(shè)備生產(chǎn)制造、充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、平臺開發(fā)、服務(wù)運(yùn)營等方面，形成了分工協(xié)作、不斷競爭的產(chǎn)業(yè)體系。

但隨著各運(yùn)營商充電卡和充電App的發(fā)售，不同運(yùn)營商的充電卡和App無法實現(xiàn)共享和通用。為獲得相對便捷的充電服務(wù)，電動汽車用戶不得不申請多個充電運(yùn)營商的充電卡，下載注冊多個App。因此實現(xiàn)不同運(yùn)營商充電設(shè)施的共享與互聯(lián)互通，在電動汽車發(fā)展和充電設(shè)施建設(shè)過程中顯得十分必要。

“標(biāo)準(zhǔn)缺失、配套政策不完善、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后導(dǎo)致電動汽車充電過程中安全問題突出，阻礙了我國電動汽車產(chǎn)業(yè)成長的步伐。”于德翔表示，研發(fā)團(tuán)隊從充電設(shè)施主動性安全防護(hù)出發(fā)，結(jié)合云平臺大數(shù)據(jù)對充電記錄的歷史追溯等全壽命管控方案，為解決充電安全、充電需求融合及數(shù)據(jù)互聯(lián)開放的問題提供了有效的方法。

智能充電網(wǎng)有機(jī)鏈接人、車、能源

解決基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)安全問題，保障充電安全，才能保證建立能源互聯(lián)、開放互通的智能充電網(wǎng)。針對目前電動汽車充電過程中電池關(guān)鍵指標(biāo)異常時，無法提前診斷和預(yù)警的問題以及充電方式單一導(dǎo)致的電池使用壽命衰減過快的問題，研發(fā)團(tuán)隊在參考與電動汽車充電相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)后，對模塊電路控制保護(hù)、諧波抑制、電池狀態(tài)監(jiān)測、充電設(shè)施主動防護(hù)電池安全預(yù)警、安全充電評價等方面進(jìn)行了技術(shù)研究，最終研發(fā)出CMS主動柔性智能充電系統(tǒng)，設(shè)計研制了適應(yīng)規(guī)模化充電的設(shè)備，提出了適用于充電基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營服務(wù)的一體化安全充電綜合評價方法。

當(dāng)車在新研發(fā)的智能充電網(wǎng)上充電時，充電網(wǎng)將對其進(jìn)行19個模型、27個維度的安全檢測。通過對充電設(shè)備防護(hù)+數(shù)據(jù)防護(hù)的雙層防護(hù)，在空間上，充電網(wǎng)的管理系統(tǒng)從傳統(tǒng)的新能源汽車電池管理系統(tǒng)(BMS)擴(kuò)展到充電設(shè)備側(cè)和大數(shù)據(jù)側(cè);在時間上，充電網(wǎng)運(yùn)營側(cè)貫通了車輛的歷史數(shù)據(jù)，同期打通了同類型車數(shù)據(jù)，構(gòu)建了多角度、多維度、系統(tǒng)化的電動汽車充電安全模型，使得充電過程，在對汽車安全隱患做到可監(jiān)視、可預(yù)警、可控制、可追溯方面邁出了堅實的步伐。經(jīng)數(shù)據(jù)比對分析，充電網(wǎng)可預(yù)防73%的燒車事故。

在于德翔看來，充電網(wǎng)是汽車充電的未來。他認(rèn)為，充電樁是把電充到車?yán)锏囊粋€物理插頭，而充電網(wǎng)則是把一個區(qū)域里，幾十個、幾百個充電樁做了一個物理化的連接和智能化的改造，當(dāng)電動汽車保有量達(dá)到一定程度時，在充電高峰期勢必會對配電網(wǎng)形成沖擊，因此建設(shè)智能充電網(wǎng)是解決大規(guī)模電動汽車充電的主要途徑。

于德翔介紹，“安全可控、能源互聯(lián)、開放互通的智能充電網(wǎng)研究與應(yīng)用示范”項目正是基于充電樁設(shè)備，在配網(wǎng)端建立了充電網(wǎng)，通過調(diào)度管理形成智能充電方案，即根據(jù)用戶習(xí)慣分時間段給車分批充電，保證用電的平穩(wěn)，減少無序充電對電網(wǎng)的沖擊，充電效率和安全系數(shù)相比單個充電樁大大增強(qiáng)。

“充電網(wǎng)大數(shù)據(jù)需要大的平臺來支撐，我們每天收集的數(shù)據(jù)達(dá)到9太字節(jié)(TB)之多。”于德翔介紹，到目前為止，他們的用戶已經(jīng)達(dá)到350萬人以上。對此，項目建立了基于云技術(shù)的充電網(wǎng)互聯(lián)互通數(shù)據(jù)平臺。通過建立開放數(shù)據(jù)平臺，與充電運(yùn)營商、政府監(jiān)管平臺、車輛運(yùn)營商、互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)了互聯(lián)互通，將多項充電業(yè)務(wù)集成到第三方平臺和App客戶端中。

于德翔介紹，把數(shù)據(jù)網(wǎng)、能源網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)這4層網(wǎng)糅合在一起的充電網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺除了包括充電電費(fèi)的數(shù)據(jù)外，還包括了電網(wǎng)數(shù)據(jù)、電動車BMS數(shù)據(jù)、汽車駕駛數(shù)據(jù)及充電行為數(shù)據(jù)。基于大數(shù)據(jù)又衍生出更多業(yè)務(wù)條線，如為車主提供用戶數(shù)據(jù)分析、車輛診斷、維修、保養(yǎng)、配件、保險等數(shù)據(jù)增值服務(wù)，同時還可為整車、電池廠商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)提供產(chǎn)品設(shè)計、優(yōu)化、評估等綜合服務(wù)。

產(chǎn)學(xué)研用融合助力城市碳中和

在武漢公交藏龍島充電站，利用智能充電網(wǎng)實施錯峰充電。同一公交充電場站實施移峰填谷充電策略后，一天的平均電價從0.8075元下降到0.4286元，一個月可節(jié)省電費(fèi)3萬余元，成本下降接近一半。

這個應(yīng)用場景只是項目推廣的一個縮影。項目成果應(yīng)用不僅能夠滿足大規(guī)模電動汽車充電，協(xié)助電網(wǎng)削峰填谷，同時還能消納棄風(fēng)、棄水、棄光，實現(xiàn)新能源車充新能源電，減少火電，減少霧霾，降低新能源汽車用電成本。

電動汽車+充電網(wǎng)是實現(xiàn)碳中和的最佳路徑之一。于德翔解釋說，電動汽車不燒油就不排碳，充電網(wǎng)既成為電動汽車的技術(shù)支撐，同時又把每個車的電池連接成一個巨大的儲能網(wǎng)，發(fā)揮大規(guī)模消納光伏、風(fēng)電、水電等新能源的潛力。

“智能充電網(wǎng)是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、協(xié)同創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的成果。”于德翔表示，在整個項目實施過程中，科技部在項目管理和服務(wù)上做好頂層設(shè)計、方案優(yōu)化、政策輔導(dǎo)，并組織了咨詢專家組為項目團(tuán)隊提供技術(shù)攻關(guān)咨詢指導(dǎo)服務(wù)，推動了項目的充電設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營、示范等目標(biāo)的實現(xiàn)。

于德翔介紹，在項目執(zhí)行期內(nèi)，研發(fā)團(tuán)隊在專利、論文、標(biāo)準(zhǔn)和軟著方面取得了一批代表性成果。由國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域骨干企業(yè)、科研院所和著名高校組成的課題項目成員單位，在項目實施中充分發(fā)揮聯(lián)合科研和多產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，在政、產(chǎn)、學(xué)、研、金、用等方面緊密合作。

對于智能充電網(wǎng)的未來，于德翔表示，隨著我國電動汽車保有量規(guī)模持續(xù)攀升，智能充電網(wǎng)作為新能源的基礎(chǔ)性設(shè)施，將伴隨新能源汽車規(guī)模化的發(fā)展，發(fā)揮出其巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會價值。(記者 王健高 通訊員 梁太宏 崔維兵)