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劉永東:《電動汽車充電設施技術發展趨勢及標準體系建設》

發布日期:2020-07-15

核心提示:新基建、新機遇、新發展,7月9日,由中國充電樁網主辦的2020第六屆中國國際電動汽車充換電產業大會(簡稱:金磚充電論壇)在上海

 新基建、新機遇、新發展,7月9日,由中國充電樁網主辦的“2020第六屆中國國際電動汽車充換電產業大會”(簡稱:金磚充電論壇)在上海大華虹橋假日酒店隆重開幕。來自政府、院校、協會、企業、采購商、金融、媒體等850位代表出席本次大會,大會以“洞見當下、預見未來、聚力發展、合作共贏”為主題,推動產業交流發展。

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新基建引領發展新浪潮

劉永東主任由于北京疫情原因無法到達會場,主辦方通過直播連線方式發表了《電動汽車充電設施技術發展趨勢及標準體系建設 》的主題演講,以下是演講嘉賓未刪減實錄:

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中國電力企業聯合會標準化中心主任劉永東


演講實錄如下:

大家好,我是劉永東,很高興參加中國充電樁網主辦的金磚充電論壇,由于北京疫情的原因不能參加現場會議,通過線上直播的方式跟大家分享《電動汽車充電設施技術發展趨勢及標準體系建設》。

分三個方面的內容:行業發展概況;技術發展趨勢;標準體系的建設。

充電設施為什么成為新基建的重要組成部分?這一點很多同事都在詢問,我個人認為,充電設施不僅是新能源汽車推廣應用的重要基礎,同時也是智能交通、智慧城市和智能電網的綜合節點,也是互聯網經濟的入口。

充電一方面成為電動汽車的供給方,必然需要和汽車的電動化、智能化和網聯化的發展趨勢結合起來,同時充電設施也是城市的新型基礎設施,是城市能源體系的一部分。

充電設施的一部分必然要和城市的交通設施建設、電網設施建設和城市規劃建設結合起來,要統籌車輛、人流、停車、充電需求,科學合理布局充電設施。

新能源汽車要用新能源的電,促進可再生能源的利用,同時,電動汽車電池作為移動儲能單位,參與智能電網互動,這也是充電設施和交通、城市、電網之間的關系,它成為三者之間的綜合節點,因為我們的充電行為連接著大眾的生活、大眾的消費,服務者消費的大市場也是互聯網的入口,這也是充電基礎設施成為三者之間重要的組成部分,這也是為什么大家非常關心充電設施成為互聯網經濟中非常重要的特色的組織部分。

經過這十年的努力,電動汽車充電設施在國家政策支持下得到了快速發展,其中2015年國務院發布了《關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》,在這個指導意見中規劃了充電基礎設施的技術路線,同時協同了充電設施與電動汽車的數量的配合,同時在金融、土地、財政各方面給予了大力支持,隨著指導意見的發布,充電設施建設的發展得到了重組發展。

截止到今年,應該說3月左右,公共充電樁達到了54萬臺,私人充電樁達到了72萬臺,換電站400多座,在京津冀、長三角、珠三角、京廣高速、京滬高速等地區形成了完整的充電服務網絡體系,我們經常講,中國已經建成世界規模最大的充電設施網絡體系,體現在三方面,充電設施數量最多;服務的車型最廣;覆蓋面積最大,有這三個最大形成了完整網絡體系,支撐了產業發展。

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在過程中間,設備的成熟度進一步提升,品質得到進一步加強,體現在車樁兼容上得到了很大的改善。我記得在2015年第一次行業的活動中,直流充電成功率非常低,現在新產品的充電成功率達到98%。過程中間,充電功率得到了很大的提升,表現在充電電壓的平臺適應范圍越來越廣,從200多伏到了700多伏,我們適應的車型也多了,同時成本也在不斷降低,特別是直流充電的模塊成本,從2015年每瓦一塊六左右降到現在四毛左右,大大提升了充電產業的發展。

我們的標準應該也是隨著電動汽車的逐步建立起來,從2010年第一個標準(直流充電標準)到現在充電互聯網標準,形成了包括傳導充電、無線充電、電池更換三大技術路線體系的標準體系規劃。截止到目前,有效標準60多項,在過程中間,中國技術也向IEC貢獻中國的智慧,其中直流充電、換電得到了世界的認可,中國聲音已經成為國際標準當中非常重要的一方。在過程中間,包括電力、汽車、公交、電工領域紛紛建設充電設施,同時房地產行業、互聯網行業也在進入充電設施的產業,我們形成了最具活力的互聯網+充電設施的生態,這是中國和歐美國家、日本國家相比,中國最具活力的產業生態。

在過程中客觀看到還存在很多問題,充電服務的商業模式沒有明晰的建立,規劃布局還不具合理,建設布局結構性的矛盾,一方面車主抱怨充電樁數量少,另一方面充電樁利用率非常低,布局合理是非常重要的一個原因。在過程中間,電動汽車充電著火事件影響著各方面的信心,從車主體驗上來看,充電時間長,為充電耗電時間過多是一個非常重要的不足,充電設樁困難、進小區困難也存在隱患,互聯互通不足需要眾多APP,也是大家經常抱怨的一個話題。

充電設備同質化比較嚴重,新技術、新產品相對比較少,從電網公司講,電動汽車的充電跟電網的互動遠遠不足,剛剛處于研究、示范的階段,電動汽車和電網協同發展遠遠還沒有實現。

圍繞著產業發展,當前充電設施的技術正處于轉型發展的階段,許多重要的技術正在示范建設運營中,今天我想和大家交流的是包括五個方面的內容:先進充電技術;V2X技術;電子更換技術;互聯互通技術以及充電安全問題。

先進充電技術是2017年國務院馬凱副總理提出先進充電技術,包括傳導充電技術和無線充電技術,包含超級充電技術,也包含大功率充電,慢充直流化技術以及中功率充電技術。

大功率充電技術在2017、2018年隨著國家開始的重視得到了研究工作,從行業來講起步于2016年,開展了大功率充電主題的研討會,在2017年的時候成立了大功率充電標準工作組正式開始工作,在過程中,我們開展了大量的行業討論,確定了一個新的技術方案和控制導引的電路,在2018年同步啟動了大功率充電的工程示范建設工作,接口測試工作,在這個過程中還開展了國際合作。

2019年工程示范建設成功,在2019年10月召開了大功率充電技術與標準的總結會,系統總結了這幾年在大功率充電方面開展的工作情況,今年正式啟動了標準編制。在整個過程中間,因為大功率充電作為一個新型技術,我們需要進行廣泛調研、行業討論、聯合的開發、國際合作、工程示范,最后有了扎實基礎以后才開始了標準的工作。

2018年的時候,中電聯和日本的CHAdeMO協會簽署了《合作諒解備忘錄》,得到了雙方政府的高度關注,我們在相繼召開了多次工作組的會議。在前不久,上個月6月19日的時候,中電聯和日本的CHAdeMO協會共同召開了新聞發布會,發布了Chaoji技術路線的白皮書,日本也宣布了CHAdeMO300標準,將采用Chaoji的技術方案, 在此,非常感謝各國專家共同努力的結果。

Chaoji項目適用于大功率充電,適用于慢充化直流技術路線也滿足于中功率技術路線,同時瞄準了未來放電技術需要,是一個面向未來的傳導技術路線,在過程中我們邀請了包括國家電網公司等在內,聯合車企、樁企共同開展研發示范工作。

有了新的接口必然產生技術的升級,必然產生發展路線規劃問題,特別是原來老的企業如何系統發展,這是大家關心的問題。

經過研究,今年正式啟動標準的編制大概到2022年左右,我們的標準能夠編制完成,這時候少量的高端車及專用大功率車能夠上市,經過5年的發展逐步形成新老接口共存的情況。經過相對長的時間,通過市場的選擇逐步實現產業平穩的升級、過渡,在過程中間不需要對原有的產品和設備進行改造,這是產業升級發展非常重要的前提,因為我們投資是巨大的,我們必須要保證產業的平穩升級。

總的來看,我們認為大功率充電和Chaoji充電的技術是瞄準未來產業發展的需要,這個技術也經過長期的檢驗,Chaoji充電應該會率先在大功率充電和商用車領域試行,并不是一開始就全面推開,而且認為在較長時間內和2015版的充電技術路線是長期并存的關系,需要靠時間進行解決。Chaoji充電技術路線國際化程度高,實現了技術的自主可控。

談完大功率充電,接下來談小功率充電。這是一張線上和線下,車上和今后的一種發展趨勢,上面是傳統車的充電技術路線,包括交流接口,線下是目前今后推出來的小功率直流充電的技術路線。(見圖)。
從這個可以看出來,整車將從兩個充電接口變成了一個充電接口,車載充電接口OBC由車上變成車下,交流充電樁可以逐步被淘汰,同時車載充電機又變成了線下小功率的直流充電機,整個產業生態變得非常簡單清晰,同時這個問題關鍵在模式2,要滿足車在沒有充電機的情況下慢充的問題。

我們經過行業廣泛討論,應該說這種充電技術有幾個優勢:

第一,簡化充電汽車的充電系統的設計,避免充電技術路線的復雜化;第二,解決了小功率充電通行協議的問題。大家知道目前的交流充電還沒有通行協議,隨著今后充電汽車跟電網的互動,必然需要通行協議,利用直流充電技術解決了這個問題。從社會總成本來看,降低了充電系統的社會總成本,為之后V2G的發展奠定了基礎。

當前我們正在制訂《20KW及以下車載直流充電機技術條件及安裝要求》(征求意見稿)對小功率直流充電產品類型的定義,分為三種模式:便攜式、移動式和固定式。

總結來看,考慮到充電器的總成本優勢和簡化充電技術路線的復雜性,小功率直流充電技術具有較大的發展優勢,這是一種新的技術路線的選擇,至于是不是取消慢充接口,實際上需要什么?需要車企和樁企的協同發展,因為我們車出來以后希望看到樁在什么地方,樁也希望看到有什么車型出來配合,這是一個非常重要的環境要求;同時我們認為考慮到今后V2G的應用場景,現在要高度重視慢充直流化的技術路線,為今后產業升級能夠帶來技術的準備方案。

另外談無線充電,無線充電相對傳導充電來講有很好的優勢所在,比如說更安全、更便捷、更智能,不受下雨天環境的限制。

無線充電技術有兩個優勢:第一,跟自動駕駛天然結合。我們很難想象車能自動駕駛、自動泊車了,人不可能再到車位去充電完成最后一個動作。第二,無線充電技術通過遠端APP技術操作,可以使電動汽車跟電網很好的連接。

從產業上來講,我們認為剛開始大概2023年左右無線充電技術才能開始實施商業化的運營,因為這個點和電動汽車L4級自動駕駛技術是相吻合的,也是和無線充電技術成本的降低、技術的成熟和標準制訂相銜接。

總的來看,無線充電的技術處于產業化的前沿,隨著自動駕駛技術的完善,無線充電技術將成為一種標配。當前無線充電技術成本較高,這時候要注意從系統上控制無線充電的成本,從標準的應用,從應用的場景各方面解決這個問題,同時在過程中間要加強做好服務保護、發熱等方面的要求,解決無線充電產業化的情況。

V2X技術包括V2H、V2B、V2L、V2G和V2E等,應該說電動汽車跟電網的互動是逐步演進的過程,從剛開始單向可控的充電到局部的充電加放電,再到廣域的充電加放電,這是逐步演進過程。(見圖)。在不同的應用場景下發揮的作用是不同的,要求也是不同的。

總的來看,電動汽車跟電網是今后非常好的應用場景,隨著車和樁數量的增加,它的規模效應也會越來越明顯,這時候V2G技術就要充分發揮移動儲能的作用,因為這種移動儲能它最大的優勢在于邊際成本很低,隨著電池技術的發展對電池壽命的影響將逐步消失,在這個過程中間需要電動汽車、電池、充電設施、電網實現能量和信息的雙向互動,在過程中間標準化作為一種銜接變得尤為重要。

下面談談換電技術。換電技術經過兩輪,從2011到2014年一輪,一直到2016年新一輪的換電。換電的技術路線優勢很多,無論從用戶層面、電池層面、車、網、社會總層面來看都有不同的認識和思考。

相對來講,電動汽車電池的更換技術,產業化推廣關鍵在于商業模式的確定,我們認為電動汽車的電池更換在租賃公交行業有天然的優勢,車型容易統一、電池標準容易標準統一,在過程中間我們去年開始探索共享換電,破解換電產業化推廣的難題,同時我們認為考慮到電池的積極利用以及儲能的發展,電池更換還有探索的空間,因為電池更換的技術有一大優勢在于對電子充電的科學管理,這樣的科學管理帶來的結果就是電池相對比較好,它可以比較好的利用到電池的積極利用和儲能的使用。

互聯互通的技術包含信息技術的互聯互通,包括支付的互聯互通,包括車樁協同的互聯互通,三方面的互聯互通解決了找樁,充電和支付的問題。

這張圖是整個充電服務體系的架構圖,包括車的通行協議,樁的通行協議,也包括平臺到平臺的通行協議,也包括平臺到車的平臺以及停車平臺,以及第三方平臺之間的通行協議,必須要打通各個環節的通行協議才能實現充換電服務的互聯互通。

應該說電動汽車互聯互通影響面比較大,直接涉及到車主充電的體驗,在這個過程中間既需要滿足技術標準統一,也需要凝聚行業共識,形成互聯互通的商業模式,靠市場化機制解決互聯互通,而不是靠行政化一刀切的方式解決。同時我們認為,充電的大數據和汽車的大數據融合發展可以產生巨大的數據資產價值,同時服務于城市建設,電網建設和充電安全,是非常具有大發展的前景。

最后談一下關于充電安全,充電安全大家非常關心,涉及的問題比較多。

我們認為充電安全相對來講需要區分危險點,從接口到設備再到信息安全都有環節,在過程中可以區分為三個方面:充電過程中的安全、充電本體的安全以及環境的安全。

充電本身的安全,按照相關院士專家的意見,關鍵在于電池帶來的影響。在過程中間,電池的管理系統是扮演著非常重要的角色在里面。

相關的標準,27930,包括18487.1等等都規定了在電池系統管理中需要監控電池的狀況,是防止熱自控的關鍵,同時充電系統提供了一部分后備保護,我們規定了單體電壓超過規定值以后主動停止充電的防護工作。

設備安全主要是設備的電機防護等相關方面的要求;充電設施建設標準主要從設施選址、消防要求、竣工驗收、運行維護等方面提出安全措施。

在整個過程中間,我們認為電池管理系統作為充電過程的總指揮,需要加強對電池管理系統的安全來實現電動汽車電池本身自主的安全防護,同時通過產業的共同努力解決充電系統的安全質量問題。

今后我們認為充電設施的發展體現在慢充技術更加智能化,包括慢充直流化,包括無線充電;快充能夠實現便捷化,包括大功率充電技術,使充電5分鐘,續航300公里的目標。同時能實現充電和放電的互動化,能夠實現電動汽車跟電網的互動,服務的網絡化,實現不同運營商之間的充電標準化,推動中國企業、中國產業的走出去。

最后談談標準。國家高度重視充電設施的標準,標準是在整個產業發展過程中間起到一種支撐性的作用,標準規定了接口和操作協議,規定了產品的質量,也規定了大規模發展和踐行的要求,應該說標準發揮了技術的引領作用,也對新產業、新業態起到一個推動作用,同時可以更好促進企業國際化促進的作用。
應該說非常有幸在2010年成立了電動汽車充電設施標準化技術委員會,在這個過程中間推動了充電設施建設體系的建設。

這張圖是我們規劃的藍圖,其中包含了設備質量、檢驗和規劃運營等全方面,整個規劃了大概150多項標準。下面簡要介紹標準的情況,第一個是接口和通行協議標準是大家非常熟悉的,包括接口標準統一,測試規范和測試平臺的統一。

第二,關于設備標準。包括交流充電樁、直流充電機等標準,去年的時候我們針對海南、廣州等地高溫高濕沿海地區的特殊要求制訂了一些特殊標準要求,下一步要推出關鍵元器件和安全測試規范等要求;建設標準包括建設、施工、驗收等相關標準工作;換電標準是連接器、蓄電池、編碼標準也是目前的工作重點;運營維護包括計量標準、通行協議標準等等。

目前我們正在制訂關于電動汽車充電設施故障分類代碼來解決行業故障編碼問題,提高產品總體標準的質量。

互聯互通是剛才講的非常重要的領域,我們規劃了十部分的標準,其中已經發布了前四個,目前正在修訂,同時制訂后面的六項標準。

大功率充電標準大家非常關心,我們正式啟動了18487.1和27930的工作,正在申請大功率充電的連接性標準等等,在電動、大巴、電動客車上正在開展充電技術路線相關標準的制訂工作。

慢充直流化技術路線剛才已經講了,標準已經開展修訂,今年能夠編制完成;我們非常高興發布了無線充電的基礎標準。(見PPT圖)。

電動汽車充放電技術是一個逐步演進的過程,前面我也談到了無線充電應用的不同場景,目前剛開始正在制訂兩項標準,一個是用率標準,第二是有序充電標準。我們認為這兩項一個是頂層設計,一個是現階段能夠發現、能夠產業化推廣的應用場景有序充電的相關要求。

特殊車輛的充電標準也是非常重要的一個領域,去年我們成立了特殊充電工作組,解決機場大巴、礦山充電等相關要求。

國際標準化工作也是非常重要的一塊,我們在IEC層面上,包括充電漫游、電池更換以及接口標準也取得了很好的成績,包括直流充電、通行協議,目前包括交流充電成為了相關IEC標準技術方案內容之一。同時我們正在開展包括充電信息安全相關的工作,我們正在推動中國無線充電的參考線圈向國際標準推薦,我們希望中國能夠向IEC貢獻我們的中國技術、貢獻中國智慧,能夠推出中國技術方案,我們希望在IEC層面上為中國企業的走出去奠定一定的基礎,來解決技術貿易壁壘的障礙。

以上是給大家介紹了電動汽車充電設施的產業情況,技術發展的趨勢以及標準的現狀和發展,希望此次PPT為產業的發展、行業的發展起到一定的幫助作用。

謝謝大家!



 
 
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