我国充换电重点领域技术及产业发展的8个重点-华体会体育官方网站

2024-01-21 12:11:01

我国电动车主的焦虑已从续驶里程转向了补充能源的便利性,如何加快我国充换电领域的建设步伐,近日,第六届中国电动汽车充换电与驱动系统学术研讨会举行,中国电力企业联合会副秘书长刘永东着重谈了我国充换电重点领域技术及产业发展的8个重点。

为了鼓励充换电事业发展,我国出台了多项鼓励政策,尤其是“十三五”时期,我国充电基础设施实现了跨越式发展,在充电技术、设施规模、标准体系、产业生态等方面均取得显著成效。截止2022年10月,我国新能源汽车保有量突破1000万辆,公共充电桩168万台,充电站10万座,换电站1827座,私人桩302万台。

刘永东说:“《国家发展改革委等部门关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》立足于全面支撑新能源汽车产业发展规划落地,强化规划引导作用,提出省级和市级充电基础设施布局规划编制要求,明确了城市公共、县城和乡镇、高速公路、单位和园区内部等各类充电基础设施的建设要求,为‘十四五‘时期,加快形成适度超前、布局均衡、智能高效的充电基础设施体系提供了目标指引。”

在政策指引下,我国充换电重点领域技术及产业发展有8个重点。一是大功率充电;二是自动充电;三是电池更换;四是关键元器件;五是电动汽车与智能电网融合技术;六是充电服务与智能运维;七是充电安全及消防应急;八是直流母线技术。

大功率充电不是新名词,随着快充越来越多,人们对大功率充电的认识也越来越清晰,然而,以往国内建设的充电桩电压不太高,为了实现大功率,普遍采用大电流的方式。刘永东认为,提高电流可以实现大功率充电,但是,电流越大电缆发热越多,安全隐患越严重。“提高电压是下一代传导充电技术整体解决方案。大功率充电技术是一项系统工程,包含车辆及电池、接口组件、充电系统及通信协议、检测技术的整体解决方案。目前国内外主流车企均制定800V高压平台提升技术路线。”

“自动充电要分别考虑两种情况,无线充电和机械臂辅助充电。”刘永东说。

目前,国内有2款在售的无线充电车型,分别为红旗EHS9(一汽)、智己L7(上汽),还有多款车型正在开发无线充电系统,功率等级包括7.7kW、11kW、22kW。预计在2023年,中国可销售的配置无线充电功能车型将达到5个,2024年可销售的车型可能超过10个。

电动汽车无线充电(EV WPT)的现存技术问题也不少,主要是无线充电产品本身性能发展需要满足主机厂性能要求;充电设施要提高效率、加强互操作性、提高安全性等方面性能,以及辅助功能的实现方法和测试方法的完善。刘永东说:“电动汽车无线充电系统长期目标是提高充电效率达到94%,确保充电安全;建立完善的研发生产和测评体系;降低产品搭载设计周期和成本。”

机械臂辅助充电借助智能化的机械动作,物理传感技术,实现无人化的充电连接。具备无人化、大功率、高效率等优势。目前主要有三类,针对于城市公交内运行的电动客车——充电弓;面向于自动驾驶的商用车——充电机器人;面向于具备自动驾驶、自动泊车功能的乘用车——充电机械手。刘永东说:“无线充电还有一些难点没有取得重大突破,在一些局部开展运用。”

乘用车的电池更换已较多,商用车主要是后背式换电、底换式换电。2020年工信部、能源总局发起支持发展换电模式,并确定宜宾、唐山、包头为换电重卡试点城市。唐山计划在试点期间,落地运营换电重卡2600台,建成投运换电站不少于60座。2022年上半年已推广应用换电重卡1500多台。受政策引导,2022年上半年换电重卡累计销售4887辆,同比暴涨近15倍,远超新能源重卡491%的增幅,占新能源重卡48.29%的份额,成为拉动新能源重卡高速增长的主力。

刘永东强调,经过近3年的探索,以车企、电池银行、换电运营商等构成的重卡换电产业生态雏形已经形成。但是,目前仍然存在着诸多需要协调解决的问题:缺乏行业标准,影响车—电—站之间的接口互换,换电机构、换电场站兼容;车—电分离的法规不健全,电池资产相对独立管理、流通还存在技术障碍;车载系统自重大明显影响有效载荷从而影响客户的选择;等等。中电联、汽标委以及相关部门都在努力推进制定有针对性的标准、法规来解决这些问题。随着换电模式应用试点工作的推进,也有助于及时、精准的找出解决问题的方法,然后再大范围推广。

关键元器件存在网络风险问题,充电桩自身的安全风险包括硬件安全风险、端口安全风险、操作系统安全、数据传输风险、数据泄露风险。也有运营平台安全风险和用户APP安全风险。

电源模块是关键元器件,充电模块大功率化已成为发展趋势、标准化模块设计已成为行业共识、液冷充电模块优势明显。但是,电源模块也有痛点,模块噪音比较大,防护设计有难度,特别是在风沙、盐雾等常年侵蚀下,失效率随使用年限逐年上升,充电模块是主要失效部件,占比超过 50%。

液冷充电也是关键元器件,目前国标单枪最大充电电流限制在250A,提高最大充电电流,可以提升充电功率,大幅缩减充电时间。根据焦耳定律,电流的提升将大幅增加充电过程中的热量,因此对大电流充电过程中的热管理要求很高。液冷充电枪通过冷却介质的循环流动,把线缆中产生的热量带走并由冷却系统通过热交换等方式将热量散去,达到大电流充电的目的。

电动汽车与智能电网融合技术顺应新时代充换电的需求,引导用户有序充电,聚合互动-大规模消纳可再生能源。在这个过程中,V2G技术将发挥重要的作用。

目前,设备高故障,运维压力大,用户满意度低,设备运维全流程不可控。刘永东用几个数字说明了这个问题,某省有直流桩枪口数超过10万台,总充电次数为1078万次,总充电电量为2.16亿度,故障责任占比分别是车责35%;桩责52%;人责13%。“要利用运维平台解决信息对称,资源匹配问题,推动运维服务在线化、智能化、节约化。”

安全具有一票否决权,在充换电过程中,安全防范必须足够高,目前,我国建立的安全防范措施起到了积极作用,但在工作中还有一些不足,比如,数据字段限制了某些故障无法预警;数据错误情况很多,影响防护的准确率;预警后无有效途径对预警结果进行验证;缺少强制标准认证,很难证明其权威性。

直流母线技术在充换电中起到重要作用,但也面临诸多挑战。目前有多家企业在开发预研该技术的多种方式,如国网、阳光、华为等;直流母线系统组件未市场规模化,研发成本较高,如单级DC/DC直流充电桩、升降压电池适配器等。刘永东说:“直流母线技术的挑战在于变母线电压的控制逻辑较复杂,变母线电压对DC/DC拓扑选择影响大。”

刘永东介绍了下一步工作重点,最后说:“中电联将实施《电动汽车充电设施碳达峰碳中和行动计划(2021-2025年)》,开展高质量充电行动计划;推动充电场站能效及低碳对标行动,建设充电行业零碳示范场站;开展展全供应链绿色行动;开展“绿色充电、零碳出行”活动等。 ”