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      我國新能源汽車充電樁行業發展痛點和方向

      時間:2020-11-17 來源:南方農機 本文字數:4906字
      作者:黃皓倫,張江林,莊慧敏 單位:成都信息工程大學控制工程學院

        摘    要: 文章通過分析全球新能源汽車充電技術,結合我國市場實際發展狀況,提出我國充電樁行業發展痛點,指出發展智慧充電智能系統、實現V2G系統、實現萬樁互聯互通將成為我國新能源汽車充電樁發展的方向。

        關鍵詞: 新能源汽車; 充電樁; 智慧充電系統; V2G系統;

        Abstract: Based on the analysis of global new energy vehicle charging technology, combined with the actual development of China's market, this paper puts forward the development pain points of China's charging pile industry, and points out that the development of smart charging intelligent system, the realization of V2 G system and the interconnection of 10000 piles will become the development direction of new energy vehicle charging pile in China.

        Keyword: new energy vehicle; charging pile; intelligent charging system; V2G system;

        大力發展新能源汽車是我國降低石油依賴和節能減排的重要舉措之一。新能源汽車充電樁為新能源汽車提供能源供應裝置,新能源汽車的發展推動其充電基礎設施的發展,兩者相互促進。我國新能源汽車發展較晚,充電樁行業處于發展初期,仍然存在較大缺陷,需要不斷進行市場調研和技術更新。在“新基建”熱潮下,充電樁行業發展將呈現諸多新趨勢,研究電動汽車充電樁對于加快推進電動汽車的發展具有重要意義。
       

      我國新能源汽車充電樁行業發展痛點和方向
       

        1、 國外充電樁行業發展概述

        據國際能源署有關統計數據顯示,2019年全球新能源汽車充電樁數量保持高速增長,漲幅約為2018年的60%,為近3年最大增幅,全球累計充電樁保有量超740萬臺。

        美國新能源汽車充電設備可分為三類:交流Level1充電設施、交流Level2充電設施和直流Fast Charger充電設施。目前安裝數量最多、分布面積最廣的是交流Level2充電設施,其次是直流Fast Charger充電設施,主要分布于城際與洲際高速公路,為長途駕駛的電動汽車提供快速充電服務[1]。

        美國政府近幾年一直致力于電動汽車與電動汽車充電技術方面的研究,截至2019年8月底,全美已建成充電站25 843個,充電樁76 954個,電動汽車充電設施已基本覆蓋全美[2]。

        日本作為汽車生產研發制造領域的強國,新能源汽車的推廣與充電樁的建設得到了政府的高度重視與大力推廣,由于日本土地資源稀缺、供給能源體系發展成熟具有一套完整的運營建設標準體系、私人充電樁運營商的投資、技術門檻較高,導致私人充電樁建設數量較少,大幅度提高了公共充電樁的利用率。東京電力株式會社宣稱,已順利研發出了一種大型快速充電器,極大地減少了充電時間,為日本電動汽車的大規模應用帶來了更多的便利性。最新數據顯示,日本充電樁建設數量超過5萬臺,已超過傳統燃油汽車加油站的數量。

        英國充電服務提供商Charge master已在英國各地建立了相應的電動汽車充電樁,據英國交通部數據顯示,英國電動汽車充電站累計建設數量已超過27萬個[3]。隨著充電樁的高速發展以及政府環保政策的推動,英國充電樁的建設與電動汽車的發展非常迅速。

        2 、我國充電樁行業發展簡述

        近幾年,科研院所與有關公司企業在新能源等有關技術領域的深入研究,我國新能源汽車充電技術得到了飛速發展,充電基礎設備建設也日益壯大。但因我國人口基數大,地域發展不均,據中國電動充電基礎設施促進聯盟最新數據顯示,我國充電基礎設施累計建設超130萬臺,車樁比約為3.12︰1,任低于預期規劃“一車一樁”的目標,充電樁缺口依然巨大。

        2015年以來,國家多部委多次發布關于加快推進充電基礎設施規劃建設的有關政策措施,有力推動了我國新能源汽車充電設備的建設和發展。隨著充電樁被納入“新基建”后,各地也陸續出臺了新一輪的補貼政策使得消費信心得以提升,汽車市場的逐漸回暖,充電樁產業將迎來新一輪的爆發。

        2.1、 交流充電樁

        交流充電樁,是一種采用國家標準的車載充電接口,采用傳導式的充電方法為電動汽車車載充電機提供能源供給的裝置[4]。交流充電樁系統設計圖如圖1所示。交流充電樁采用嵌入式模塊化技術,不對電網電流進行控制,具有技術簡單、安全系數較高、制造建設成本低的特點,適合私人車主與中小型公司企業使用,是我國目前應用最為廣泛的一種充電方式。但因其充電速率慢、盈利能力弱、運營商后期運維能力弱,使得交流充電樁的推廣與發展受到了一定阻礙。

        圖1 交流充電樁系統設計圖
      圖1 交流充電樁系統設計圖

        Figure 1 Design drawing of AC charging pile system

        2.2、 大功率直流充電樁

        圖2 大功率直流充電樁系統設計圖
      圖2 大功率直流充電樁系統設計圖

        Figure 2 Design drawing of high-power DC charging pile system

        隨著開關電源技術的高速發展,使得我國直流充電樁技術發展較為成熟,由于直流充電樁輸入采用三相四線制交流電,通過整流升壓等變換使得輸出為電壓電流寬范圍可調的直流電,可以實現大功率快速充電,能夠有效解決臨時應急充電問題。但因其使用高壓大電流的方式充電,為了提高其安全性使得直流充電樁研發制造成本較高,對電池使用壽命有較大影響,因此直流充電樁適用于公共交通領域與應急能源供給。隨著生活節奏加快,高頻大功率直流充電將是直流充電樁未來發展的方向。大功率直流充電樁在應急充電、快速充電等方面有具有一定優勢,將是分布式公共充電站首選方式[5]。大功率直流充電樁系統設計圖如圖2所示。

        2.3、 換電模式

        換電模式采用換電站或換點設施對電動汽車進行車載蓄電池的更換來實現能源供給,用戶無需擔心電池性能,充電效率能得到大幅度提升。但換電站體型大,初期投資成本高,土地占用率大,適合于電池規格大小與有關通信接口協議標準能匹配一致的規;步煌ㄠ徲蚺c物流領域。換電模式相對于傳統充電模式具有兩大優點:一是省去電池購買費用,降低用戶初期購置成本,有效解決電池續航能力弱、性能差等問題;二是能夠實現移峰換電,僅對蓄電池充電,能夠大幅度降低電網負荷。

        2.4、 無線充電技術

        電動汽車無線充電技術源于無線電能傳輸技術是一種新興的充電技術,因其安全系數高、無充電接口匹配問題、直接埋地敷設線圈無裸漏電線等優點,受到了各國重視。我國無線充電技術起步較晚,技術壁壘較高,目前暫未規;瘧糜谖覈袌霎斨。隨著當今世界向著高度信息化方向發展,發展電動汽車無線充電技術是大勢所趨。采用無線充技術,也讓電動汽車發展的道路更加寬廣。同時由于無線充電設備的安裝對電動汽車整體機械結構改動較大,無線充電站或無線充電線路建設成本較高,國家政策扶持力度較小,目前仍處于實驗開發階段。

        四種電動汽車充電方式對比表,如表1所示。

        表1 電動汽車充電樁四種充電方式對比
      表1 電動汽車充電樁四種充電方式對比

        3、 充電樁行業發展痛點

        3.1、 回報周期長,商業模式單一,盈利不足

        我國充電樁起步較晚,充電運營商運營能力較弱、商業模式單一,未找到合適的盈利模式,主要收入來源于服務手續費的收取,充電樁行業因其前期投入大、利潤小、回報周期長、未形成品牌影響力、未找到有效的盈利模式,導致整個行業長期處于虧損狀態。同時受改革開放影響,大量外資企業入駐國內市場,出現群雄逐鹿的現象,加大了充電樁行業的競爭壓力。我國充電樁的建設技術已日趨成熟,目前阻礙行業發展的是充電樁后期運營工作,充電樁仍呈現出供不應求的狀態,不具備良好的運營服務模式和配套基礎設施建設,難以形成品牌效應,嚴重阻礙運營商的正常運作。

        3.2 、充電基礎設施分布不均,充電樁比例失衡

        我國充電樁數量嚴重不足,導致出現找樁難、充電難、維修難、有樁無車等現象。目前我國車樁比約為3.12︰1,遠低于《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015-2020)》規劃的1︰1的指標。我國充電樁運營商發展初期“重數量、輕運營”,雖然多數充電樁集中分布于市區,但初期因對運營選址重視不足,部分充電樁布局在車流量較小、人煙稀少的偏遠位置,導致充電高峰期車主想要找到空閑的、可使用的充電樁存在較大難度,造成充電樁整體利用率較低,難以形成良好的口碑。充電站一次性建設投入成本高,運營模式老套,后期需較大維護成本,利用率難以匹配。此外,我國資源分布不均、人均土地利用率低、老舊小區增容改建難度大、市場監管力度不足等問題也在一定程度上制約著我國充電基礎設施的進一步發展。

        3.3 、行業標準不完善,產品質量存在安全隱患

        我國電源行業發展成熟,規模壯大,但由于充電樁產業門檻低,大量資本涌入市場,行業前中期暫未形成比較完善統一的驗收與監管標準,標準化的建立晚于市場發展,導致大量前期建設的充電樁產品質量參差不齊,質量問題頻出,嚴重危及消費者的人身安全。充電樁運營企業互聯互通廣度和深度不夠,企業之間的利益糾紛,充電設施與充電接口、通信協議、消防安全等標準暫未統一,嚴重阻礙了充電樁與新能源汽車的發展。

        4 、充電樁發展方向

        4.1 、智慧充電系統

        隨著5G技術與物聯網技術等高新技術的飛速發展,傳統充電樁僅具能提供能源補給單一的功能,并且由于充電運營商商業模式單一、后期運營維護能力弱,導致用戶充電難、找樁難、支付難、充電樁用率低下等一系列問題,難以滿足當前我國智慧城市發展的需求。充電樁系統向著智能化、人性化的方向發展是我國充電樁產業發展的必經之路。在人工智能、物聯網技術、5G通信技術的結合下使得智慧充電系統不但具有能源供給功能,而且還能實現環境檢測、人工遠程監控、燈光照明、人機交互等人性化功能。智慧充電系統能為以客戶為中心,為客戶提供客服人員遠程監控與維護、移動支付、智能選址等諸多便利;實現了充電運營商聯網操控、服務與數據管理功能,便于大規模集中部署管理,優化人員管理分配問題,大幅度提高充電樁的使用與管理效率。

        4.2 、V2G系統

        電動汽車入網技術簡稱V2G技術(Vehicle-to-Grid),可以實現當處于用電低谷時期,此時電網負荷較小,產生過量的電能,電動汽車作為能源存儲裝置,存儲電網產生的多余的電能實現能源的儲存,當電網處于用電高峰時期,此時電網負荷較大,電動汽車作為供電裝置反向饋電給電網,實現平衡用電高峰期的電力需求[6]。V2G技術可以實現電動汽車與電網之間的雙向通信和能量流動,可以大幅度減小因大規模電動汽車并網充電時對電網的沖擊,有效增強了電網的穩定性,降低了電網負荷,從經濟角度上超越了傳統燃油汽車,實現了電動汽車與電網的互利共贏。V2G技術是一種基于電力電子技術、電力調度技術、電能計量技術、通信技術等高新技術深度結合下而衍生出的新技術,V2G技術將為我國實現電力系統智能化提供強有力的技術保障[7]。

        4.3 、充電平臺互聯互通

        在技術上實現物理接口的互通并不困難,企業之間并無利益糾紛,電動汽車生產廠家與充電樁制造商只需統一通信協議標準即可實現。實現各新能源汽車生產廠商、充電樁運營商之間支付方式與車樁數據信息的互聯互通可以使得消費者在一款APP上便可實時監測車輛的充電狀態,能夠有效解決用戶找樁難、支付方式繁瑣等一系列問題。

        5、 總結

        新基建驅動著我國充電網的大規模建設,新能源充電樁作為我國城市新型基礎設施建設重點方向之一,充電樁行業建設在政策支持下正推動著我國傳統產業改革向網絡、數字、智能化方向轉型。智慧充電系統基于人工智能技術著力提升充電樁系統的高度便捷信息化水平,是實現智慧生活的重要環節。電動汽車入網技術實現電動汽車與電網之間的能源互聯互通,借助V2G技術使得電動汽車具備負荷管理、調峰調度和數據共享的作用,實現電網與用戶互利共贏,助力電動汽車取代傳統燃油汽車進程。充電樁運營商之間實現數據信息互聯互通,共享服務平臺具有更人性化的服務,提升了用戶的體驗感,有效地解決了車主充電時的困擾。在新基建的推動下,我國充電樁產業未來發展前景良好。

        參考文獻

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        [2] 汪曉茜,孫智,黃越.當前美國電動汽車充電設施的規劃方法和實踐[J].現代城市研究,2017(1):82-89.
        [3] 王盛強,李婷婷.新能源光伏汽車充電站發展現狀與分析[J].科技創新與應用,2016(2):106-107.
        [4] 邢歡.電動汽車光伏充電站的有序充電研究[D].北京:華北電力大學,2016.
        [5] 王光宇.淺析無線充電技術的主要分類及應用現狀[J].中國新通信,2018,20(18):99-100.
        [6] 楊勇.小區電動汽車群有序充電策略優化[D].濟南:山東大學,2016.
        [7] 龐江宇.我國充電樁行業盈利模式與前景分析[J].經貿實踐,2018(4):172.

        原文出處:黃皓倫,張江林,莊慧敏,張雪原,張紹全.淺析新基建下我國新能源汽車充電樁發展[J].南方農機,2020,51(21):92-94.
      相關標簽:新能源汽車論文
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