我國充換電重點領(lǐng)域技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的8個重點

 

為了鼓勵充換電事業(yè)發(fā)展，我國出臺了多項鼓勵政策，尤其是“十三五”時期，我國充電基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，在充電技術(shù)、設(shè)施規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)體系、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等方面均取得顯著成效。截止2022年10月，我國新能源汽車保有量突破1000萬輛，公共充電樁168萬臺，充電站10萬座，換電站1827座，私人樁302萬臺。

劉永東說：“《國家發(fā)展改革委等部門關(guān)于進(jìn)一步提升電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)保障能力的實施意見》立足于全面支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃落地，強(qiáng)化規(guī)劃引導(dǎo)作用，提出省級和市級充電基礎(chǔ)設(shè)施布局規(guī)劃編制要求，明確了城市公共、縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、高速公路、單位和園區(qū)內(nèi)部等各類充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)要求，為‘十四五‘時期，加快形成適度超前、布局均衡、智能高效的充電基礎(chǔ)設(shè)施體系提供了目標(biāo)指引。”

在政策指引下，我國充換電重點領(lǐng)域技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展有8個重點。一是大功率充電；二是自動充電；三是電池更換；四是關(guān)鍵元器件；五是電動汽車與智能電網(wǎng)融合技術(shù)；六是充電服務(wù)與智能運維；七是充電安全及消防應(yīng)急；八是直流母線技術(shù)。

大功率充電不是新名詞，隨著快充越來越多，人們對大功率充電的認(rèn)識也越來越清晰，然而，以往國內(nèi)建設(shè)的充電樁電壓不太高，為了實現(xiàn)大功率，普遍采用大電流的方式。劉永東認(rèn)為，提高電流可以實現(xiàn)大功率充電，但是，電流越大電纜發(fā)熱越多，安全隱患越嚴(yán)重。“提高電壓是下一代傳導(dǎo)充電技術(shù)整體解決方案。大功率充電技術(shù)是一項系統(tǒng)工程，包含車輛及電池、接口組件、充電系統(tǒng)及通信協(xié)議、檢測技術(shù)的整體解決方案。目前國內(nèi)外主流車企均制定800V高壓平臺提升技術(shù)路線。”

“自動充電要分別考慮兩種情況，無線充電和機(jī)械臂輔助充電。”劉永東說。

目前，國內(nèi)有2款在售的無線充電車型，分別為紅旗EHS9（一汽）、智己L7（上汽），還有多款車型正在開發(fā)無線充電系統(tǒng)，功率等級包括7.7kW、11kW、22kW。預(yù)計在2023年，中國可銷售的配置無線充電功能車型將達(dá)到5個，2024年可銷售的車型可能超過10個。

電動汽車無線充電（EV WPT）的現(xiàn)存技術(shù)問題也不少，主要是無線充電產(chǎn)品本身性能發(fā)展需要滿足主機(jī)廠性能要求；充電設(shè)施要提高效率、加強(qiáng)互操作性、提高安全性等方面性能，以及輔助功能的實現(xiàn)方法和測試方法的完善。劉永東說：“電動汽車無線充電系統(tǒng)長期目標(biāo)是提高充電效率達(dá)到94%，確保充電安全；建立完善的研發(fā)生產(chǎn)和測評體系；降低產(chǎn)品搭載設(shè)計周期和成本。”

機(jī)械臂輔助充電借助智能化的機(jī)械動作，物理傳感技術(shù)，實現(xiàn)無人化的充電連接。具備無人化、大功率、高效率等優(yōu)勢。目前主要有三類，針對于城市公交內(nèi)運行的電動客車——充電弓；面向于自動駕駛的商用車——充電機(jī)器人；面向于具備自動駕駛、自動泊車功能的乘用車——充電機(jī)械手。劉永東說：“無線充電還有一些難點沒有取得重大突破，在一些局部開展運用。”

乘用車的電池更換已較多，商用車主要是后背式換電、底換式換電。2020年工信部、能源總局發(fā)起支持發(fā)展換電模式，并確定宜賓、唐山、包頭為換電重卡試點城市。唐山計劃在試點期間，落地運營換電重卡2600臺，建成投運換電站不少于60座。2022年上半年已推廣應(yīng)用換電重卡1500多臺。受政策引導(dǎo)，2022年上半年換電重卡累計銷售4887輛，同比暴漲近15倍，遠(yuǎn)超新能源重卡491%的增幅，占新能源重卡48.29%的份額，成為拉動新能源重卡高速增長的主力。

劉永東強(qiáng)調(diào)，經(jīng)過近3年的探索，以車企、電池銀行、換電運營商等構(gòu)成的重卡換電產(chǎn)業(yè)生態(tài)雛形已經(jīng)形成。但是，目前仍然存在著諸多需要協(xié)調(diào)解決的問題：缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，影響車—電—站之間的接口互換，換電機(jī)構(gòu)、換電場站兼容；車—電分離的法規(guī)不健全，電池資產(chǎn)相對獨立管理、流通還存在技術(shù)障礙；車載系統(tǒng)自重大明顯影響有效載荷從而影響客戶的選擇；等等。中電聯(lián)、汽標(biāo)委以及相關(guān)部門都在努力推進(jìn)制定有針對性的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)來解決這些問題。隨著換電模式應(yīng)用試點工作的推進(jìn)，也有助于及時、精準(zhǔn)的找出解決問題的方法，然后再大范圍推廣。

關(guān)鍵元器件存在網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險問題，充電樁自身的安全風(fēng)險包括硬件安全風(fēng)險、端口安全風(fēng)險、操作系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)傳輸風(fēng)險、數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險。也有運營平臺安全風(fēng)險和用戶APP安全風(fēng)險。

電源模塊是關(guān)鍵元器件，充電模塊大功率化已成為發(fā)展趨勢、標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計已成為行業(yè)共識、液冷充電模塊優(yōu)勢明顯。但是，電源模塊也有痛點，模塊噪音比較大，防護(hù)設(shè)計有難度，特別是在風(fēng)沙、鹽霧等常年侵蝕下，失效率隨使用年限逐年上升，充電模塊是主要失效部件，占比超過 50%。

液冷充電也是關(guān)鍵元器件，目前國標(biāo)單槍最大充電電流限制在250A，提高最大充電電流，可以提升充電功率，大幅縮減充電時間。根據(jù)焦耳定律，電流的提升將大幅增加充電過程中的熱量，因此對大電流充電過程中的熱管理要求很高。液冷充電槍通過冷卻介質(zhì)的循環(huán)流動，把線纜中產(chǎn)生的熱量帶走并由冷卻系統(tǒng)通過熱交換等方式將熱量散去，達(dá)到大電流充電的目的。

電動汽車與智能電網(wǎng)融合技術(shù)順應(yīng)新時代充換電的需求，引導(dǎo)用戶有序充電，聚合互動-大規(guī)模消納可再生能源。在這個過程中，V2G技術(shù)將發(fā)揮重要的作用。

目前，設(shè)備高故障，運維壓力大，用戶滿意度低，設(shè)備運維全流程不可控。劉永東用幾個數(shù)字說明了這個問題，某省有直流樁槍口數(shù)超過10萬臺，總充電次數(shù)為1078萬次，總充電電量為2.16億度，故障責(zé)任占比分別是車責(zé)35%；樁責(zé)52%；人責(zé)13%。“要利用運維平臺解決信息對稱，資源匹配問題，推動運維服務(wù)在線化、智能化、節(jié)約化。”

安全具有一票否決權(quán)，在充換電過程中，安全防范必須足夠高，目前，我國建立的安全防范措施起到了積極作用，但在工作中還有一些不足，比如，數(shù)據(jù)字段限制了某些故障無法預(yù)警；數(shù)據(jù)錯誤情況很多，影響防護(hù)的準(zhǔn)確率；預(yù)警后無有效途徑對預(yù)警結(jié)果進(jìn)行驗證；缺少強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，很難證明其權(quán)威性。

直流母線技術(shù)在充換電中起到重要作用，但也面臨諸多挑戰(zhàn)。目前有多家企業(yè)在開發(fā)預(yù)研該技術(shù)的多種方式，如國網(wǎng)、陽光、華為等；直流母線系統(tǒng)組件未市場規(guī)?；?，研發(fā)成本較高，如單級DC/DC直流充電樁、升降壓電池適配器等。劉永東說：“直流母線技術(shù)的挑戰(zhàn)在于變母線電壓的控制邏輯較復(fù)雜，變母線電壓對DC/DC拓?fù)溥x擇影響大。”

劉永東介紹了下一步工作重點，最后說：“中電聯(lián)將實施《電動汽車充電設(shè)施碳達(dá)峰碳中和行動計劃（2021-2025年）》，開展高質(zhì)量充電行動計劃；推動充電場站能效及低碳對標(biāo)行動，建設(shè)充電行業(yè)零碳示范場站；開展展全供應(yīng)鏈綠色行動；開展“綠色充電、零碳出行”活動等。”