智能充電網讓新能源汽車"加速跑"
編者按 為夯實產業基礎研發能力，解決新能源汽車產業關鍵技術問題，國家重點研發計劃“新能源汽車”重點專項應運而生。目前該專項已形成了一批具有國際前瞻性和領先水平的科技成果。
本報今日起推出該項目優秀成果系列報道，展現項目的攻關歷程及其取得的重大突破。
關注國家重點研發計劃“新能源汽車”重點專項①
◎本報記者 王健高 通訊員 梁太宏 崔維兵
歷時4年多的科研攻關，由青島特鋭德電氣股份有限公司牽頭，華北電力大學、中國汽車技術研發中心、天津力神集團、CATL、宇通客車、重慶長安等國內多個領域優勢高校、企業參與的國家重點研發計劃“新能源汽車”重點專項項目“安全可控、能源互聯、開放互通的智能充電網研究與應用示範”通過項目綜合績效評價，對推動我國智能充電網的市場化推廣應用具有重要意義。
青島特鋭德電氣股份有限公司董事長於德翔在接受科技日報記者採訪時表示：“項目成果智能充電網在全國運營服務城市已達344個，已成立127家城市運營公司，為超200萬輛電動汽車的充電服務提供技術支撐。示範效果表明，智能充電網項目成果具有良好的車樁兼容性、環境適應性和安全穩定性。”
電動汽車充電面臨三方面問題
隨着全球能源危機深化和環境治理意識增強，各國政府均將電動汽車產業上升到戰略高度。公安部交管局對外公佈的統計數據顯示，截至2021年3月，全國新能源汽車保有量達551萬輛。其中純電動汽車保有量449萬輛，佔新能源汽車總量的81.53%。
隨之，中國也成為充電基礎設施發展最快的國家。據中國電動充電基礎設施促進聯盟統計，截至2021年3月，聯盟內成員單位總計上報公共類充電樁約85.1萬台。
與此同時，電動汽車的快速發展也帶來了一系列挑戰，其中充電安全問題尤其引人關注。電動汽車數量增多，充電需求明顯增加，而充電安全事故時有發生，其中充電設備和動力電池是事故發生的兩大主體。當前我國對充電設備和電池的安全考核處於滿足相關標準的層面，尚缺乏完善的考核評價指標。對充電設備充電安全事故預警與保護採取的措施，也需要相應的評價方法。
此外，隨着電動汽車充電運營服務的技術創新，以充電網絡為平台，使用App進行充電付費的方式漸漸替代了使用充電卡的付費方式。隨着運營服務業務的深入和電動汽車充電需求的增長，App被賦予越來越多的增值服務功能。而不同類型的公司在設備生產製造、充電網絡建設、平台開發、服務運營等方面，形成了分工協作、不斷競爭的產業體系。
但隨着各運營商充電卡和充電App的發售，不同運營商的充電卡和App無法實現共享和通用。為獲得相對便捷的充電服務，電動汽車用户不得不申請多個充電運營商的充電卡，下載註冊多個App。因此實現不同運營商充電設施的共享與互聯互通，在電動汽車發展和充電設施建設過程中顯得十分必要。
“標準缺失、配套政策不完善、基礎設施建設相對滯後導致電動汽車充電過程中安全問題突出，阻礙了我國電動汽車產業成長的步伐。”於德翔表示，研發團隊從充電設施主動性安全防護出發，結合雲平台大數據對充電記錄的歷史追溯等全壽命管控方案，為解決充電安全、充電需求融合及數據互聯開放的問題提供了有效的方法。
智能充電網有機鏈接人、車、能源
解決基礎設施系統安全問題，保障充電安全，才能保證建立能源互聯、開放互通的智能充電網。針對目前電動汽車充電過程中電池關鍵指標異常時，無法提前診斷和預警的問題以及充電方式單一導致的電池使用壽命衰減過快的問題，研發團隊在參考與電動汽車充電相關的標準後，對模塊電路控制保護、諧波抑制、電池狀態監測、充電設施主動防護電池安全預警、安全充電評價等方面進行了技術研究，最終研發出CMS主動柔性智能充電系統，設計研製了適應規模化充電的設備，提出了適用於充電基礎設施運營服務的一體化安全充電綜合評價方法。
當車在新研發的智能充電網上充電時，充電網將對其進行19個模型、27個維度的安全檢測。通過對充電設備防護+數據防護的雙層防護，在空間上，充電網的管理系統從傳統的新能源汽車電池管理系統（BMS）擴展到充電設備側和大數據側；在時間上，充電網運營側貫通了車輛的歷史數據，同期打通了同類型車數據，構建了多角度、多維度、系統化的電動汽車充電安全模型，使得充電過程，在對汽車安全隱患做到可監視、可預警、可控制、可追溯方面邁出了堅實的步伐。經數據比對分析，充電網可預防73%的燒車事故。
在於德翔看來，充電網是汽車充電的未來。他認為，充電樁是把電充到車裏的一個物理插頭，而充電網則是把一個區域裏，幾十個、幾百個充電樁做了一個物理化的連接和智能化的改造，當電動汽車保有量達到一定程度時，在充電高峯期勢必會對配電網形成衝擊，因此建設智能充電網是解決大規模電動汽車充電的主要途徑。
於德翔介紹，“安全可控、能源互聯、開放互通的智能充電網研究與應用示範”項目正是基於充電樁設備，在配網端建立了充電網，通過調度管理形成智能充電方案，即根據用户習慣分時間段給車分批充電，保證用電的平穩，減少無序充電對電網的衝擊，充電效率和安全係數相比單個充電樁大大增強。
“充電網大數據需要大的平台來支撐，我們每天收集的數據達到9太字節（TB）之多。”於德翔介紹，到目前為止，他們的用户已經達到350萬人以上。對此，項目建立了基於雲技術的充電網互聯互通數據平台。通過建立開放數據平台，與充電運營商、政府監管平台、車輛運營商、互聯網平台實現了互聯互通，將多項充電業務集成到第三方平台和App客户端中。
於德翔介紹，把數據網、能源網、物聯網和設備網這4層網糅合在一起的充電網數據平台除了包括充電電費的數據外，還包括了電網數據、電動車BMS數據、汽車駕駛數據及充電行為數據。基於大數據又衍生出更多業務條線，如為車主提供用户數據分析、車輛診斷、維修、保養、配件、保險等數據增值服務，同時還可為整車、電池廠商等產業鏈上下游企業提供產品設計、優化、評估等綜合服務。
產學研用融合助力城市碳中和
在武漢公交藏龍島充電站，利用智能充電網實施錯峯充電。同一公交充電場站實施移峯填谷充電策略後，一天的平均電價從0.8075元下降到0.4286元，一個月可節省電費3萬餘元，成本下降接近一半。
這個應用場景只是項目推廣的一個縮影。項目成果應用不僅能夠滿足大規模電動汽車充電，協助電網削峯填谷，同時還能消納棄風、棄水、棄光，實現新能源車充新能源電，減少火電，減少霧霾，降低新能源汽車用電成本。
電動汽車+充電網是實現碳中和的最佳路徑之一。於德翔解釋説，電動汽車不燒油就不排碳，充電網既成為電動汽車的技術支撐，同時又把每個車的電池連接成一個巨大的儲能網，發揮大規模消納光伏、風電、水電等新能源的潛力。
“智能充電網是產學研結合、協同創新、集成創新的成果。”於德翔表示，在整個項目實施過程中，科技部在項目管理和服務上做好頂層設計、方案優化、政策輔導，並組織了諮詢專家組為項目團隊提供技術攻關諮詢指導服務，推動了項目的充電設施建設、運營、示範等目標的實現。
於德翔介紹，在項目執行期內，研發團隊在專利、論文、標準和軟著方面取得了一批代表性成果。由國內工業互聯網領域骨幹企業、科研院所和著名高校組成的課題項目成員單位，在項目實施中充分發揮聯合科研和多產業優勢，在政、產、學、研、金、用等方面緊密合作。
對於智能充電網的未來，於德翔表示，隨着我國電動汽車保有量規模持續攀升，智能充電網作為新能源的基礎性設施，將伴隨新能源汽車規模化的發展，發揮出其巨大的經濟效益和社會價值。