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智能充电网让新能源汽车“加速跑”,电动汽车充电面临三方面问题分析

时间:2021-06-09 16:33:25来源:科技日报

导语:​为夯实产业基础研发能力,解决新能源汽车产业关键技术问题,国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项应运而生。目前该专项已形成了一批具有国际前瞻性和领先水平的科技成果。

  历时4年多的科研攻关,由青岛特锐德电气股份有限公司牵头,华北电力大学、中国汽车技术研发中心、天津力神集团、CATL、宇通客车、重庆长安等国内多个领域优势高校、企业参与的国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目“安全可控、能源互联、开放互通的智能充电网研究与应用示范”通过项目综合绩效评价,对推动我国智能充电网的市场化推广应用具有重要意义。

  青岛特锐德电气股份有限公司董事长于德翔在接受记者采访时表示:“项目成果智能充电网在全国运营服务城市已达344个,已成立127家城市运营公司,为超200万辆电动汽车的充电服务提供技术支撑。示范效果表明,智能充电网项目成果具有良好的车桩兼容性、环境适应性和安全稳定性。”

  电动汽车充电面临三方面问题

  随着全球能源危机深化和环境治理意识增强,各国政府均将电动汽车产业上升到战略高度。公安部交管局对外公布的统计数据显示,截至2021年3月,全国新能源汽车保有量达551万辆。其中纯电动汽车保有量449万辆,占新能源汽车总量的81.53%。

  随之,中国也成为充电基础设施发展最快的国家。据中国电动充电基础设施促进联盟统计,截至2021年3月,联盟内成员单位总计上报公共类充电桩约85.1万台。

  与此同时,电动汽车的快速发展也带来了一系列挑战,其中充电安全问题尤其引人关注。电动汽车数量增多,充电需求明显增加,而充电安全事故时有发生,其中充电设备和动力电池是事故发生的两大主体。当前我国对充电设备和电池的安全考核处于满足相关标准的层面,尚缺乏完善的考核评价指标。对充电设备充电安全事故预警与保护采取的措施,也需要相应的评价方法。

  此外,随着电动汽车充电运营服务的技术创新,以充电网络为平台,使用App进行充电付费的方式渐渐替代了使用充电卡的付费方式。随着运营服务业务的深入和电动汽车充电需求的增长,App被赋予越来越多的增值服务功能。而不同类型的公司在设备生产制造、充电网络建设、平台开发、服务运营等方面,形成了分工协作、不断竞争的产业体系。

  但随着各运营商充电卡和充电App的发售,不同运营商的充电卡和App无法实现共享和通用。为获得相对便捷的充电服务,电动汽车用户不得不申请多个充电运营商的充电卡,下载注册多个App。因此实现不同运营商充电设施的共享与互联互通,在电动汽车发展和充电设施建设过程中显得十分必要。

  “标准缺失、配套政策不完善、基础设施建设相对滞后导致电动汽车充电过程中安全问题突出,阻碍了我国电动汽车产业成长的步伐。”于德翔表示,研发团队从充电设施主动性安全防护出发,结合云平台大数据对充电记录的历史追溯等全寿命管控方案,为解决充电安全、充电需求融合及数据互联开放的问题提供了有效的方法。

  智能充电网有机链接人、车、能源

  解决基础设施系统安全问题,保障充电安全,才能保证建立能源互联、开放互通的智能充电网。针对目前电动汽车充电过程中电池关键指标异常时,无法提前诊断和预警的问题以及充电方式单一导致的电池使用寿命衰减过快的问题,研发团队在参考与电动汽车充电相关的标准后,对模块电路控制保护、谐波抑制、电池状态监测、充电设施主动防护电池安全预警、安全充电评价等方面进行了技术研究,最终研发出CMS主动柔性智能充电系统,设计研制了适应规模化充电的设备,提出了适用于充电基础设施运营服务的一体化安全充电综合评价方法。

  当车在新研发的智能充电网上充电时,充电网将对其进行19个模型、27个维度的安全检测。通过对充电设备防护+数据防护的双层防护,在空间上,充电网的管理系统从传统的新能源汽车电池管理系统(BMS)扩展到充电设备侧和大数据侧;在时间上,充电网运营侧贯通了车辆的历史数据,同期打通了同类型车数据,构建了多角度、多维度、系统化的电动汽车充电安全模型,使得充电过程,在对汽车安全隐患做到可监视、可预警、可控制、可追溯方面迈出了坚实的步伐。经数据比对分析,充电网可预防73%的烧车事故。

  在于德翔看来,充电网是汽车充电的未来。他认为,充电桩是把电充到车里的一个物理插头,而充电网则是把一个区域里,几十个、几百个充电桩做了一个物理化的连接和智能化的改造,当电动汽车保有量达到一定程度时,在充电高峰期势必会对配电网形成冲击,因此建设智能充电网是解决大规模电动汽车充电的主要途径。

  于德翔介绍,“安全可控、能源互联、开放互通的智能充电网研究与应用示范”项目正是基于充电桩设备,在配网端建立了充电网,通过调度管理形成智能充电方案,即根据用户习惯分时间段给车分批充电,保证用电的平稳,减少无序充电对电网的冲击,充电效率和安全系数相比单个充电桩大大增强。

  “充电网大数据需要大的平台来支撑,我们每天收集的数据达到9太字节(TB)之多。”于德翔介绍,到目前为止,他们的用户已经达到350万人以上。对此,项目建立了基于云技术的充电网互联互通数据平台。通过建立开放数据平台,与充电运营商、政府监管平台、车辆运营商、互联网平台实现了互联互通,将多项充电业务集成到第三方平台和App客户端中。

  于德翔介绍,把数据网、能源网、物联网和设备网这4层网糅合在一起的充电网数据平台除了包括充电电费的数据外,还包括了电网数据、电动车BMS数据、汽车驾驶数据及充电行为数据。基于大数据又衍生出更多业务条线,如为车主提供用户数据分析、车辆诊断、维修、保养、配件、保险等数据增值服务,同时还可为整车、电池厂商等产业链上下游企业提供产品设计、优化、评估等综合服务。

  产学研用融合助力城市碳中和

  在武汉公交藏龙岛充电站,利用智能充电网实施错峰充电。同一公交充电场站实施移峰填谷充电策略后,一天的平均电价从0.8075元下降到0.4286元,一个月可节省电费3万余元,成本下降接近一半。

  这个应用场景只是项目推广的一个缩影。项目成果应用不仅能够满足大规模电动汽车充电,协助电网削峰填谷,同时还能消纳弃风、弃水、弃光,实现新能源车充新能源电,减少火电,减少雾霾,降低新能源汽车用电成本。

  电动汽车+充电网是实现碳中和的最佳路径之一。于德翔解释说,电动汽车不烧油就不排碳,充电网既成为电动汽车的技术支撑,同时又把每个车的电池连接成一个巨大的储能网,发挥大规模消纳光伏、风电、水电等新能源的潜力。

  “智能充电网是产学研结合、协同创新、集成创新的成果。”于德翔表示,在整个项目实施过程中,科技部在项目管理和服务上做好顶层设计、方案优化、政策辅导,并组织了咨询专家组为项目团队提供技术攻关咨询指导服务,推动了项目的充电设施建设、运营、示范等目标的实现。

  于德翔介绍,在项目执行期内,研发团队在专利、论文、标准和软著方面取得了一批代表性成果。由国内工业互联网领域骨干企业、科研院所和著名高校组成的课题项目成员单位,在项目实施中充分发挥联合科研和多产业优势,在政、产、学、研、金、用等方面紧密合作。

  对于智能充电网的未来,于德翔表示,随着我国电动汽车保有量规模持续攀升,智能充电网作为新能源的基础性设施,将伴随新能源汽车规模化的发展,发挥出其巨大的经济效益和社会价值。

标签: 新能源汽车电动汽车

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