充换电技术及服务模式探讨

核心提示：充换电基础设施是新能源汽车产业发展的重要保障。目前，新能源汽车的能量补给方式主要有传导充电、无线充电和换电三类，各有适用领域和消费群体。未来可进一步结合大功率充电、有序充电、换电的发展，探索社区充电、车网互动、充电综合服务等模式，满足不同充换电应用场景的需求。

新能源汽车产业进入加速发展阶段

进入21世纪，在动力电池、电力电子驱动技术取得新发展的背景下，大力发展新能源汽车、推进交通领域能源转型，成为各国重点研究方向。新能源汽车的发展已引发了一场全球性的汽车产业转型。

近年来，我国新能源汽车产业加速发展。截至今年9月，全国各类充电桩保有量达141万个（中国电动汽车充电基础设施促进联盟数据），全国新能源汽车保有量近500万辆（中国汽车工业协会数据），车、桩数量均位居全球首位。据中国电动汽车百人会及汽车工业协会预测，2030年我国新能源汽车保有量将达8000万辆，2035年新能源汽车保有量将达1.5亿辆，占汽车销量比例约50%～60%。

国务院办公厅10月20日印发的《新能源汽车产业发展规划（2021～2035年）》提出，提高技术创新能力，构建新型产业生态，推动产业融合发展，完善基础设施体系，深化开放合作。新能源汽车产业迎来更大的发展机遇，这也对充换电技术发展和商业模式创新提出更高要求。

自2006年以来，国家电网公司积极服务新能源汽车发展，累计建成充电桩10万个、充换电站1.2万座；打造了全国统一的智慧车联网平台，累计接入充电桩82万个，用户数超470万人，服务300万辆新能源汽车出行；建成“十纵十横两环”高速公路快充网络，下一步将逐步构建形成“十三纵十三横三环”快充网络。今年，公司全力推进充电桩建设，集中联动开工建设充电桩7.8万个。

开展充换电技术研究应用和标准制定

传导充电、无线充电和换电是新能源汽车能量补给的不同方式，各有其优势、适用领域和消费群体。

传导充电是指车桩之间通过充电枪线连接充电。传导式充电桩有非车载直流充电机和交流充电桩之分，应用场合灵活、适用面广，停车场、社区、办公区均可安装。

无线充电基于电磁感应原理，要在车辆上安装接收装置、在地面安装发射装置。收发装置能在一定距离内以高频电磁场的形式传输电能，实现充电。目前无线充电技术及标准多处于研究示范阶段，量产较少，仅在部分高端车型中作为选配功能进行销售。

换电是指车辆电池可拆卸、在换电站换电池，相比充电更为快捷。但换电模式仅适合同一品牌车型、路线固定的车辆，对换电站依赖性强。

自2006年起，公司在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》指导下，率先开展新能源汽车充换电技术研究、标准制定、装备研制、示范工程建设，带动了充换电基础设施产业发展——

●充电控制导引及车桩通信

车桩之间通过充电控制导引电路实现充电枪插枪状态识别，避免带电拔插充电枪，保障充电过程安全。充电控制导引电路是通过车桩内部的电阻、继电器串并联组合来识别不同插枪状态。当充电桩识别到插枪充电时，充电枪处于锁止状态，不允许带载拔枪；车辆识别到插枪状态时，不能挂挡移动。

车辆通过非车载直流充电机充电时，车桩之间通过控制器局域网络（CAN）通信交互车桩各自充电状态、电压电流需求值等信息。车辆通过交流充电桩充电时，车桩间通过脉冲宽度调制（PWM）信号占空比反映充电桩输出电流能力。

●宽电压、恒功率充电

为适应不同车辆充电电压需求，非车载直流充电机行业标准将输出电压分成三个范围。在2017年之前，充电运营商建设的充电机主要有200～500伏、300～750伏两种规格。但随着新能源汽车电压平台发展演变，500伏以上的车辆类型逐步增多。2017年，公司提出充电机输出电压范围应满足200～750伏的要求，进一步扩大了公共充电桩的适用范围。

在输出电流及功率方面，为了增强非车载直流充电机在400伏左右的最大电流及功率输出能力，2017年，公司要求公司系统单位建设的非车载直流充电机输出电流能力突破传统的额定电流（最大输出电压时对应的输出电流值），使得充电机在330～750伏恒功率电压范围内均能够以额定功率输出，提升了用户充电体验。

●充电桩标准化

我国电动汽车充电设施标准体系共分为基础标准、电能补给标准、建设运行标准、服务网络标准4个部分，主要包括传导充电、无线充电、电池更换等3个充电技术路线，涉及术语、传导充电系统与设备标准、无线充电系统与设备标准、动力电池箱标准、计量、服务网络等21个专业领域标准。

2015年年底，电动汽车传导充电接口及通信协议5项国家标准发布，当时被称为5项“新国标”。5项“新国标”是在公司的引领下，在国内外数十家车企、桩企、运营商的共同努力下诞生的。此外，公司还编制了一系列充电桩企业标准，促进充电桩制造、建设、维护标准化。

探索多种服务模式满足不同充电需求

未来，新能源汽车充换电将进一步结合大功率充电、有序充电、换电的发展，探索社区充电、车网互动、充电综合服务等服务模式，满足不同充换电应用场景的需求。

大功率充电方面，中外车企、桩企合力打造ChaoJi充电技术路线，统一全球充电接口，将充电电压、充电电流最高提升至1000伏、900安，5分钟内可增加续航里程200千米～300千米，满足长续航里程车辆、公交、运营车辆、特种车辆及乘用车在大城市、高速公路的快速充电要求，实现“充电像加油一样便捷”，同时支持即插即充、车辆与车外其他设备间的无线通信（V2X）、自动充电技术应用。

有序充电方面，基于高速电力线载波通信及4G/5G技术，电网企业提出面向公共站、私人桩的有序充电控制系统技术方案，将老旧居民区充电桩纳入有序充电管理范畴，鼓励充电运营商通过峰谷电价引导、发放红包奖励、设备功能升级等模式吸引新能源汽车用户参与有序充电，实施削峰填谷、消纳清洁能源，降低用户充电成本，提升台区配电容量利用率。

换电方面，车企依托“充换结合”车型，通过“车电分离”模式降低新能源汽车初期购置成本，以国家鼓励换电模式发展为契机，在公共交通、出租车等特定应用领域增大市场份额，规范换电电池接口尺寸及换电站建设标准，实现换电车型与规模扩大化，发挥换电站分布式储能作用，缓解电网峰谷差，增强换电技术竞争力。

社区充电推广方面，行业内正结合有序充电、共享充电、多方合作等方式破解新能源汽车用户在居住地充电难的问题，下一步需促请政府有关部门进一步出台居民区充电桩监督管理支持政策，明确车企、桩企、车主、物业、房地产开发商、电网企业的安全界限，通过引入社会资本加快居民区充电桩投资建设，打通居住地充电“最后一公里”。

车网互动方面，分类评估新能源汽车可调节资源潜力，可与负荷聚合商、电网调度系统、需求响应系统、电力交易机构多边协同参与电网中长期能量市场、现货市场及辅助服务市场交易，盘活新能源汽车移动分布式储能资源，降低电网储能电站投资强度，提高电网灵活调节能力与新能源发电消纳比例。

充电综合服务方面，集成光储充的城市充电站综合体项目逐渐出现，可依托充电信息服务平台提供充电、洗车、休息、购物等车辆出行服务，满足用户停车充电相关需求。

（作者单位：中国电力科学研究院有限公司）