我國充換電重點領域技術及產業(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，我國充電基礎設施實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，在充電技術、設施規(guī)模、標準體系、產業(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)展改革委等部門關于進一步提升電動汽車充電基礎設施服務保障能力的實施意見》立足于全面支撐新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃落地，強化規(guī)劃引導作用，提出省級和市級充電基礎設施布局規(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)內部等各類充電基礎設施的建設要求，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設施體系提供了目標指引。”

在政策指引下，我國充換電重點領域技術及產業(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；四是關鍵元器件；五是電動汽車與智能電網融合技術；六是充電服務與智能運維；七是充電安全及消防應急；八是直流母線技術。

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識也越來越清晰，然而，以往國內建設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，安全隱患越嚴重。“提高電壓是下一代傳導充電技術整體解決方案。大功率充電技術是一項系統(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、檢測技術的整體解決方案。目前國內外主流車企均制定800V高壓平臺提升技術路線。”

“自動充電要分別考慮兩種情況，無線充電和機械臂輔助充電。”劉永東說。

目前，國內有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。預計在2023年，中國可銷售的配置無線充電功能車型將達到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)存技術問題也不少，主要是無線充電產品本身性能發(fā)展需要滿足主機廠性能要求；充電設施要提高效率、加強互操作性、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)長期目標是提高充電效率達到94%，確保充電安全；建立完善的研發(fā)生產和測評體系；降低產品搭載設計周期和成本。”

機械臂輔助充電借助智能化的機械動作，物理傳感技術，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，針對于城市公交內運行的電動客車——充電弓；面向于自動駕駛的商用車——充電機器人；面向于具備自動駕駛、自動泊車功能的乘用車——充電機械手。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年上半年已推廣應用換電重卡1500多臺。受政策引導，2022年上半年換電重卡累計銷售4887輛，同比暴漲近15倍，遠超新能源重卡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。

劉永東強調，經過近3年的探索，以車企、電池銀行、換電運營商等構成的重卡換電產業(yè)生態(tài)雛形已經形成。但是，目前仍然存在著諸多需要協(xié)調解決的問題：缺乏行業(yè)標準，影響車—電—站之間的接口互換，換電機構、換電場站兼容；車—電分離的法規(guī)不健全，電池資產相對獨立管理、流通還存在技術障礙；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)、汽標委以及相關部門都在努力推進制定有針對性的標準、法規(guī)來解決這些問題。隨著換電模式應用試點工作的推進，也有助于及時、精準的找出解決問題的方法，然后再大范圍推廣。

關鍵元器件存在網絡風險問題，充電樁自身的安全風險包括硬件安全風險、端口安全風險、操作系統(tǒng)安全、數據傳輸風險、數據泄露風險。也有運營平臺安全風險和用戶APP安全風險。

電源模塊是關鍵元器件，充電模塊大功率化已成為發(fā)展趨勢、標準化模塊設計已成為行業(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，防護設計有難度，特別是在風沙、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%。

液冷充電也是關鍵元器件，目前國標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的循環(huán)流動，把線纜中產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，達到大電流充電的目的。

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

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

安全具有一票否決權，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，數據字段限制了某些故障無法預警；數據錯誤情況很多，影響防護的準確率；預警后無有效途徑對預警結果進行驗證；缺少強制標準認證，很難證明其權威性。

直流母線技術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)預研該技術的多種方式，如國網、陽光、華為等；直流母線系統(tǒng)組件未市場規(guī)?；邪l(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：“直流母線技術的挑戰(zhàn)在于變母線電壓的控制邏輯較復雜，變母線電壓對DC/DC拓撲選擇影響大。”

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