充電設(shè)施行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展任務(wù)

陳永強(qiáng)

(中國電器科學(xué)研究院股份有限公司，廣東廣州 510663)

0 引言

2020年3月4日中共中央政治局常務(wù)委員會要求加快包括新能源汽車充電樁在內(nèi)的七大領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度。新能源汽車充電樁應(yīng)該貫徹新發(fā)展理念，以科技創(chuàng)新作為驅(qū)動力，以數(shù)字信息技術(shù)作為新助推力，以高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)，提供大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施體系[1]。

2021年2月國資委要求中央企業(yè)把科技創(chuàng)新作為“頭號任務(wù)”，把中央企業(yè)打造成為國家戰(zhàn)略科技力量。集中優(yōu)勢資源和優(yōu)勢力量，推動中央企業(yè)在我國科技自立自強(qiáng)中更好地發(fā)揮戰(zhàn)略作用，發(fā)揮充電樁產(chǎn)業(yè)鏈的戰(zhàn)略優(yōu)勢，用自主科技助推“新基建”，成為全球新能源汽車充電樁產(chǎn)業(yè)鏈的領(lǐng)跑者，帶動新能源汽車的“新消費”，提升中國新能源汽車充電樁產(chǎn)業(yè)鏈的國際競爭力[2]。

1 十三五充電設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀

充電設(shè)施作為新能源汽車的能源補(bǔ)給裝置，屬于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在“十三五”時期，充電設(shè)施迎來了進(jìn)一步的發(fā)展與延伸。截至2020年12月，全國充電設(shè)施累計數(shù)量為168.1萬臺，公共充電設(shè)施的保有量位居世界第一。但是主要集中在一二線城市與東部省份，公共充電設(shè)施在京、粵、滬、蘇、浙、魯、皖、鄂、豫、冀等地區(qū)占比高達(dá)72.3%。以粵、蘇、川、京、豫、陜、晉、魯、閩、浙等省份的充電電量統(tǒng)計結(jié)果顯示，乘用車和公交車是用電大戶。2020年12月全國充電總電量環(huán)比增長6.9%，同比增加38.3%，到達(dá)了8.2億kWh[3]。

2 充電設(shè)施行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)

2.1 新能源汽車用戶面臨的問題

我國新能源汽車進(jìn)入加速發(fā)展新階段，累計推廣量超過492萬輛，占全球的50%以上。但是，當(dāng)前我國新能源汽車銷量只占整體汽車銷量的5%左右，距十四五新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃20%的目標(biāo)還有非常大的成長空間。

據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟統(tǒng)計,截至2020年12月，公共類充電設(shè)施新增80.7萬臺,交流充電樁占比61.7%，直流充電樁占比38.29%。12月同比增長56.3%。資料顯示2020年底，全國充電設(shè)施累計數(shù)量為168.1萬臺，全國新能源汽車保有量達(dá)492萬輛。新能源汽車與充電設(shè)施的車樁比例接近3∶1。

公共充電設(shè)施投資方在選址建設(shè)中喜歡選擇大型商超、公共基礎(chǔ)設(shè)施、學(xué)校醫(yī)院等場所。核心原因就是這類場所客流密集度較高，土地成本較低。

十三五期間國家規(guī)劃私人建樁應(yīng)該達(dá)到430萬只，但是截至2020年12月，實際私人充電樁保有量只有87.4萬輛，完成率20.3%，遠(yuǎn)低于預(yù)期。調(diào)查顯示：集團(tuán)用戶自行建樁、居住地物業(yè)不配合、居住地沒有固定停車位這3個因素是制約私人建樁未果的核心原因。

工信部新能源汽車登記目錄信息顯示：2017年新能源乘用車的續(xù)航里程平均數(shù)為250 km，2020年續(xù)航里程平均數(shù)已經(jīng)達(dá)到了500 km。續(xù)航里程的提升意味著充電難的問題得到了一定程度的緩解，但是新能源汽車用戶的體驗依然較差。

2.2 公共充電領(lǐng)域存在的問題

(1)部分充電設(shè)施不能正常使用

根據(jù)《2019新能源汽車消費市場研究報告》顯示：燃油車占充電車位、充電樁故障、充電樁不兼容充電車型、公共充電樁不對外開放是部分充電設(shè)施不能正常使用的主要現(xiàn)象。

(2)充電需時長

2018版充電技術(shù)為了保證安全制約了充電電流，就算是直流快充也需2 h左右才能將新能源汽車充滿。新能源汽車?yán)m(xù)航里程的提升，充電需時也隨之增加。而傳統(tǒng)燃油車的加油時間普遍在20 min左右。加上停車位資源緊張，盡管各大城市針對新能源汽車充電停車有1 h的免費優(yōu)惠，但是充電耗時長超過免費停車時間，就是需要收取額外的停車費。

(3)充電設(shè)施不兼容問題突出，充電著火事故頻發(fā)

一方面是充電設(shè)施不能兼容所有車型的問題異常突出，充電過程會時常中斷。2019年中國軟件評測中心對直流充電樁展開了測評工作。此次測評發(fā)現(xiàn)，市場上60%的直流充電樁未設(shè)置“超時錯誤”處理機(jī)制、通信協(xié)議不完整的直流充電樁占到73%等。

另一方面充電著火事故頻發(fā)。根據(jù)應(yīng)急部的統(tǒng)計顯示：新能源汽車充電過程中著火占所有著火事故的比率為38%，車輛充滿電后靜置著火占所有著火事故的比率為24%。分析車輛著火事故絕大多數(shù)是發(fā)生在動力電池滿充狀態(tài)下，其中電池滿充程度達(dá)到95%以上占所有著火事故的比率為29%，電池滿充程度達(dá)到90%以上占所有著火事故的比率為45%。

(4)絕大多數(shù)充電設(shè)施利用率低導(dǎo)致持續(xù)虧損

根據(jù)廣州和深圳充電設(shè)施運營商的反饋，運營商的盈利主要依靠充電服務(wù)費，目前充電市場競爭加劇，充電服務(wù)費不斷打折，充電設(shè)施日利用率如果達(dá)不到6 h以上將很難實現(xiàn)盈利。前期由于運營商為了獲得各級政府的充電樁建設(shè)補(bǔ)貼，片面追求充電設(shè)施的建設(shè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致不少運營商的充電設(shè)施利用率很低。根據(jù)特來電的年報顯示，2018年充電電量達(dá)到11.3億kWh才實現(xiàn)首次盈利。

3 新能源汽車充電設(shè)施的發(fā)展趨勢

(1)實現(xiàn)慢充智能化、快充便捷化、充放互動化、服務(wù)互聯(lián)化、標(biāo)準(zhǔn)國際化

充電設(shè)施跟新能源汽車發(fā)展密不可分，本著可以更好為新能源汽車提供配套和改善用戶體驗的角度，充電設(shè)施發(fā)展的趨勢：實現(xiàn)慢充智能化、快充便捷化、充放互動化、服務(wù)互聯(lián)化、標(biāo)準(zhǔn)國際化。加快慢充普遍覆蓋，快充網(wǎng)格化部署，滿足不同充電需求相適應(yīng)的全方位充電服務(wù)體系建設(shè)。搭建充電網(wǎng)絡(luò)信息共享平臺，探索數(shù)字化商業(yè)模式。

① 私人領(lǐng)域：智能有序充電可降低電網(wǎng)沖擊、減少電網(wǎng)改造成本；

② 公共領(lǐng)域：大功率充電是未來趨勢；

③ 換電市場：在公交車、物流車輛和出租車這類高度關(guān)注運營效率的領(lǐng)域受到歡迎，實現(xiàn)了快速補(bǔ)充電量。

(2)充電設(shè)施將成為智慧出行的核心數(shù)據(jù)端口

2018版充電技術(shù)已經(jīng)為充電設(shè)施的數(shù)據(jù)采集奠定了堅實的基礎(chǔ)，目前絕大多數(shù)公共類充電設(shè)施都可以獲取數(shù)據(jù)，充電大數(shù)據(jù)應(yīng)用是未來智慧出行的重要入口：

① 實現(xiàn)充電安全：通過充電平臺采集充電過程的電流電壓等電參數(shù)，結(jié)合環(huán)境參數(shù)和動力電池參數(shù)，通過大數(shù)據(jù)分析，可實現(xiàn)主動安全防護(hù)預(yù)警。

② 實現(xiàn)新能源汽車安全運維：通過充電平臺集合新能源汽車數(shù)據(jù)平臺對照，采集新能源汽車實時運維數(shù)據(jù)，分析車輛事故起因和防止事故發(fā)生。

③ 智慧出行的高效運作：通過充電量、充電時間、實時軌跡、駕駛習(xí)慣等大數(shù)據(jù)預(yù)判，進(jìn)行城市智慧出行調(diào)度，實現(xiàn)讓智慧出行的高效運作。

4 “十四五”充電設(shè)施發(fā)展任務(wù)

4.1 新一代充電技術(shù)的開發(fā)

2015版的充電技術(shù)是目前國內(nèi)市場使用最廣、總主流的充電技術(shù)，相對來說比較成熟穩(wěn)定，而且這個充電技術(shù)會在未來很長一段時間內(nèi)占據(jù)主流位置。

為了解決目前充電設(shè)施存在的問題，關(guān)鍵還是要開發(fā)新一代的充電技術(shù)，具有推廣價值的充電技術(shù)就包括：

(1)大功率Chaoji直流充電技術(shù)

目前大功率Chaoji直流充電新的接口方案已經(jīng)形成雛形。大功率充電可以解決新能源汽車充電耗時長，安全焦慮感以及單次續(xù)航里程短的問題，大功率Chaoji直流充電技術(shù)的目標(biāo)是實現(xiàn)充電功率大于等于350 kW，充電耗時10～15 min，單次續(xù)航里程300 km。具體的使用場景初步針對長續(xù)航里程的出租、物流、網(wǎng)約車、公交車等等。國家電網(wǎng)公司、萬幫新能源、深圳奧特訊在北京、南京、常州、濟(jì)南和深圳各地都已經(jīng)開展了大功率Chaoji直流充電的示范建設(shè)項目。

大功率Chaoji直流充電國際標(biāo)準(zhǔn)方面，2018年8月份中國跟日本CHAdeMO簽訂了一個戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方共同發(fā)起了大功率Chaoji直流充電項目，目前德國、瑞士、意大利，澳大利亞、荷蘭、韓國都已經(jīng)參與其中，希望Chaoji大功率充電項目能夠在世界范圍內(nèi)推動更加便捷可靠，有利于改善用戶體驗的全新接口方案。該技術(shù)方案充分考慮向前的技術(shù)兼容性，是已有技術(shù)路線的一個有益的補(bǔ)充。

(2)快速換電技術(shù)

特定的應(yīng)用場景下，快速換電技術(shù)有獨特的優(yōu)勢以及應(yīng)用空間，而像出租車、公交車這樣一些領(lǐng)域，未來探索電池的梯級利用以及儲能、能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，會有更好的一個發(fā)展空間。

(3)互聯(lián)互通技術(shù)

互聯(lián)互通技術(shù)涵蓋3個方面：充電物理接口及通信協(xié)議的互聯(lián)互通、充電服務(wù)信息的互聯(lián)互通、付費支付方式的互聯(lián)互通。

(4)新能源汽車的無線充電技術(shù)

新能源汽車的無線充電技術(shù)還處于起步階段，目前正在開展不同廠家的地面端和車端設(shè)備之間的無線充電實驗室內(nèi)部測試，測試效果還是不錯的，但距離商用投入市場還有一段距離，預(yù)計2020—2025年無線充電技術(shù)將逐步實現(xiàn)商業(yè)化運營。

(5)V2X互動技術(shù)

隨著新能源汽車充電增長對電網(wǎng)負(fù)荷的影響，目前正在積極推廣有序充電。新能源汽車作為移動分布式儲能單元對電網(wǎng)進(jìn)行能量交互，和電網(wǎng)實現(xiàn)雙向的能量互動，同時進(jìn)行信息交互。包括參與電網(wǎng)的移峰填谷，調(diào)節(jié)電網(wǎng)的頻率等等。新能源汽車和電網(wǎng)的V2X互動技術(shù)是目前國內(nèi)積極推動和探索的熱點領(lǐng)域，國網(wǎng)公司在部分省市已經(jīng)展開了一些示范項目。

(6)小功率直流充電技術(shù)和信息安全技術(shù)

小功率直流充電為替代交流充電樁提供了一個新的技術(shù)選擇，目前還處在標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研階段，業(yè)內(nèi)各方對該技術(shù)還處于觀望階段。信息安全技術(shù)也是充電設(shè)施和新能源汽車之間非常必要的一個環(huán)節(jié)。

4.2 新一代充電技術(shù)的實施方案

(1)新一代充電智能測試技術(shù)研究及應(yīng)用

新一代充電技術(shù)的應(yīng)用和推廣必不可少的是發(fā)展對應(yīng)的評價方法和驗證技術(shù)。因此需要實施大功率Chaoji直流充電、小功率直流充電、電池快換和大功率無線充電系統(tǒng)測試評價方法與驗證技術(shù)研究；解決如何表征系統(tǒng)性能和功能，以及如何檢測關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)、如何評價檢測結(jié)果的問題。實施大功率Chaoji直流充電、小功率直流充電、電池快換和大功率無線充電系統(tǒng)智能測試平臺及數(shù)據(jù)庫搭建；解決對于系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)如何檢得準(zhǔn)、檢得快的問題。實施大功率Chaoji直流充電、小功率直流充電、電池快換和大功率無線充電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系完善及推廣應(yīng)用；解決如何規(guī)范化、高效率、普適性地推廣新一代充電技術(shù)的難點問題。

建成覆蓋大功率Chaoji直流充電、小功率直流充電、電池快換和大功率無線充電產(chǎn)品的質(zhì)量檢測平臺，突破新一代充電技術(shù)“標(biāo)準(zhǔn)不完善、測試體系不完善、測試平臺不完善、無參考測試設(shè)備”等瓶頸，打通新能源汽車新一代充電技術(shù)應(yīng)用的最后一公里，推動行業(yè)的健康、持續(xù)、快速發(fā)展。

推動新一代充電技術(shù)相關(guān)規(guī)范成為團(tuán)體、行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程，積極參與新一代充電技術(shù)的國家、行業(yè)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)化工作，滿足新一代充電技術(shù)的推廣需要。同時積極推進(jìn)中國技術(shù)方案上升為國際標(biāo)準(zhǔn)，提高中國在充電設(shè)施國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域的話語權(quán)。

(2)開展充電設(shè)施布局優(yōu)化研究，提升充電設(shè)施的整體充電時長，同時試點充電設(shè)施報廢與回收資源化管理

研究車-樁-云協(xié)同信息服務(wù)的運營管理與決策理論方法，用戶行為識別與充電設(shè)施狀態(tài)感知協(xié)同的車群充電設(shè)施建設(shè)與引導(dǎo)方案。開展充電設(shè)施布局優(yōu)化研究，解決充電設(shè)施分布不均的困局；提升充電設(shè)施的整體充電時長，提升充電設(shè)施的運維水平，保證充電設(shè)施的安全，落實充電設(shè)施的建設(shè)、運營、管理等措施，切實改善新能源汽車用戶的充電體會。

報廢充電設(shè)施的回收處理應(yīng)該遵循資源利用最大化、環(huán)境污染最小化的原則，針對充電設(shè)施報廢、拆卸、收集、運輸、貯存、拆解、再生利用與產(chǎn)物處置等全過程，開展充電設(shè)施報廢標(biāo)準(zhǔn)、回收處置與資源化評價指南、處置企業(yè)準(zhǔn)入制度等關(guān)鍵共性技術(shù)與管理措施研究?；厥仗幚戆凑赵偈褂?、再生利用和能量回收的順序進(jìn)行處理，應(yīng)優(yōu)先實現(xiàn)報廢充電設(shè)施及其零(部)件在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求下的再使用。

(3)解決充電設(shè)施互聯(lián)互通難題，搭建充電基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量大數(shù)據(jù)監(jiān)督服務(wù)平臺

研究車-樁(站)-云多層級充電物理信息網(wǎng)體系架構(gòu)，大數(shù)據(jù)驅(qū)動的安全高效充電管理與控制技術(shù)，研發(fā)車樁(站)互聯(lián)互通實時數(shù)據(jù)交互平臺；嚴(yán)格執(zhí)行充電接口及通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。解決目前困擾業(yè)內(nèi)的充電互聯(lián)互通難題，改善用戶體驗，促進(jìn)充電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

開展新能源汽車充電設(shè)施質(zhì)量數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)分析研究，實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)溯源管理，數(shù)據(jù)共享機(jī)制的創(chuàng)新，最終搭建充電基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量大數(shù)據(jù)監(jiān)督服務(wù)平臺。

5 結(jié)論

《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》(國辦發(fā)〔2020〕39號)明確了大力推動充換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。第一步就是加快充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，第二步是提升充電基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)水平，最后是鼓勵商業(yè)模式的創(chuàng)新。

依托“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”，提升充電設(shè)施的智能化水平。倡導(dǎo)開展有序充電、大功能充電、無線充電的新充電技術(shù)的試點與完善，將換電作為充電技術(shù)的有力補(bǔ)充。著力改善提升充電設(shè)施的安全性、兼容性、可靠性、便利性，推進(jìn)各類市場主體參與充電設(shè)施運營，拓展各類新模式的增值服務(wù)，降低充電設(shè)施的運營風(fēng)險，改善新能源汽車用戶的充電感受。