充電設施行業面臨的挑戰和發展任務

陳永強

(中國電器科學研究院股份有限公司，廣東廣州 510663)

0 引言

2020年3月4日中共中央政治局常務委員會要求加快包括新能源汽車充電樁在內的七大領域新型基礎設施建設進度。新能源汽車充電樁應該貫徹新發展理念，以科技創新作為驅動力，以數字信息技術作為新助推力，以高質量發展為目標，提供大數據、人工智能、物聯網、云計算等新服務的基礎設施體系[1]。

2021年2月國資委要求中央企業把科技創新作為“頭號任務”，把中央企業打造成為國家戰略科技力量。集中優勢資源和優勢力量，推動中央企業在我國科技自立自強中更好地發揮戰略作用，發揮充電樁產業鏈的戰略優勢，用自主科技助推“新基建”，成為全球新能源汽車充電樁產業鏈的領跑者，帶動新能源汽車的“新消費”，提升中國新能源汽車充電樁產業鏈的國際競爭力[2]。

1 十三五充電設施發展現狀

充電設施作為新能源汽車的能源補給裝置，屬于新能源汽車產業鏈的關鍵環節。在“十三五”時期，充電設施迎來了進一步的發展與延伸。截至2020年12月，全國充電設施累計數量為168.1萬臺，公共充電設施的保有量位居世界第一。但是主要集中在一二線城市與東部省份，公共充電設施在京、粵、滬、蘇、浙、魯、皖、鄂、豫、冀等地區占比高達72.3%。以粵、蘇、川、京、豫、陜、晉、魯、閩、浙等省份的充電電量統計結果顯示，乘用車和公交車是用電大戶。2020年12月全國充電總電量環比增長6.9%，同比增加38.3%，到達了8.2億kWh[3]。

2 充電設施行業面臨的主要挑戰

2.1 新能源汽車用戶面臨的問題

我國新能源汽車進入加速發展新階段，累計推廣量超過492萬輛，占全球的50%以上。但是，當前我國新能源汽車銷量只占整體汽車銷量的5%左右，距十四五新能源汽車產業規劃20%的目標還有非常大的成長空間。

據中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟統計,截至2020年12月，公共類充電設施新增80.7萬臺,交流充電樁占比61.7%，直流充電樁占比38.29%。12月同比增長56.3%。資料顯示2020年底，全國充電設施累計數量為168.1萬臺，全國新能源汽車保有量達492萬輛。新能源汽車與充電設施的車樁比例接近3∶1。

公共充電設施投資方在選址建設中喜歡選擇大型商超、公共基礎設施、學校醫院等場所。核心原因就是這類場所客流密集度較高，土地成本較低。

十三五期間國家規劃私人建樁應該達到430萬只，但是截至2020年12月，實際私人充電樁保有量只有87.4萬輛，完成率20.3%，遠低于預期。調查顯示：集團用戶自行建樁、居住地物業不配合、居住地沒有固定停車位這3個因素是制約私人建樁未果的核心原因。

工信部新能源汽車登記目錄信息顯示：2017年新能源乘用車的續航里程平均數為250 km，2020年續航里程平均數已經達到了500 km。續航里程的提升意味著充電難的問題得到了一定程度的緩解，但是新能源汽車用戶的體驗依然較差。

2.2 公共充電領域存在的問題

(1)部分充電設施不能正常使用

根據《2019新能源汽車消費市場研究報告》顯示：燃油車占充電車位、充電樁故障、充電樁不兼容充電車型、公共充電樁不對外開放是部分充電設施不能正常使用的主要現象。

(2)充電需時長

2018版充電技術為了保證安全制約了充電電流，就算是直流快充也需2 h左右才能將新能源汽車充滿。新能源汽車續航里程的提升，充電需時也隨之增加。而傳統燃油車的加油時間普遍在20 min左右。加上停車位資源緊張，盡管各大城市針對新能源汽車充電停車有1 h的免費優惠，但是充電耗時長超過免費停車時間，就是需要收取額外的停車費。

(3)充電設施不兼容問題突出，充電著火事故頻發

一方面是充電設施不能兼容所有車型的問題異常突出，充電過程會時常中斷。2019年中國軟件評測中心對直流充電樁展開了測評工作。此次測評發現，市場上60%的直流充電樁未設置“超時錯誤”處理機制、通信協議不完整的直流充電樁占到73%等。

另一方面充電著火事故頻發。根據應急部的統計顯示：新能源汽車充電過程中著火占所有著火事故的比率為38%，車輛充滿電后靜置著火占所有著火事故的比率為24%。分析車輛著火事故絕大多數是發生在動力電池滿充狀態下，其中電池滿充程度達到95%以上占所有著火事故的比率為29%，電池滿充程度達到90%以上占所有著火事故的比率為45%。

(4)絕大多數充電設施利用率低導致持續虧損

根據廣州和深圳充電設施運營商的反饋，運營商的盈利主要依靠充電服務費，目前充電市場競爭加劇，充電服務費不斷打折，充電設施日利用率如果達不到6 h以上將很難實現盈利。前期由于運營商為了獲得各級政府的充電樁建設補貼，片面追求充電設施的建設數據，導致不少運營商的充電設施利用率很低。根據特來電的年報顯示，2018年充電電量達到11.3億kWh才實現首次盈利。

3 新能源汽車充電設施的發展趨勢

(1)實現慢充智能化、快充便捷化、充放互動化、服務互聯化、標準國際化

充電設施跟新能源汽車發展密不可分，本著可以更好為新能源汽車提供配套和改善用戶體驗的角度，充電設施發展的趨勢：實現慢充智能化、快充便捷化、充放互動化、服務互聯化、標準國際化。加快慢充普遍覆蓋，快充網格化部署，滿足不同充電需求相適應的全方位充電服務體系建設。搭建充電網絡信息共享平臺，探索數字化商業模式。

① 私人領域：智能有序充電可降低電網沖擊、減少電網改造成本；

② 公共領域：大功率充電是未來趨勢；

③ 換電市場：在公交車、物流車輛和出租車這類高度關注運營效率的領域受到歡迎，實現了快速補充電量。

(2)充電設施將成為智慧出行的核心數據端口

2018版充電技術已經為充電設施的數據采集奠定了堅實的基礎，目前絕大多數公共類充電設施都可以獲取數據，充電大數據應用是未來智慧出行的重要入口：

① 實現充電安全：通過充電平臺采集充電過程的電流電壓等電參數，結合環境參數和動力電池參數，通過大數據分析，可實現主動安全防護預警。

② 實現新能源汽車安全運維：通過充電平臺集合新能源汽車數據平臺對照，采集新能源汽車實時運維數據，分析車輛事故起因和防止事故發生。

③ 智慧出行的高效運作：通過充電量、充電時間、實時軌跡、駕駛習慣等大數據預判，進行城市智慧出行調度，實現讓智慧出行的高效運作。

4 “十四五”充電設施發展任務

4.1 新一代充電技術的開發

2015版的充電技術是目前國內市場使用最廣、總主流的充電技術，相對來說比較成熟穩定，而且這個充電技術會在未來很長一段時間內占據主流位置。

為了解決目前充電設施存在的問題，關鍵還是要開發新一代的充電技術，具有推廣價值的充電技術就包括：

(1)大功率Chaoji直流充電技術

目前大功率Chaoji直流充電新的接口方案已經形成雛形。大功率充電可以解決新能源汽車充電耗時長，安全焦慮感以及單次續航里程短的問題，大功率Chaoji直流充電技術的目標是實現充電功率大于等于350 kW，充電耗時10～15 min，單次續航里程300 km。具體的使用場景初步針對長續航里程的出租、物流、網約車、公交車等等。國家電網公司、萬幫新能源、深圳奧特訊在北京、南京、常州、濟南和深圳各地都已經開展了大功率Chaoji直流充電的示范建設項目。

大功率Chaoji直流充電國際標準方面，2018年8月份中國跟日本CHAdeMO簽訂了一個戰略合作協議，雙方共同發起了大功率Chaoji直流充電項目，目前德國、瑞士、意大利，澳大利亞、荷蘭、韓國都已經參與其中，希望Chaoji大功率充電項目能夠在世界范圍內推動更加便捷可靠，有利于改善用戶體驗的全新接口方案。該技術方案充分考慮向前的技術兼容性，是已有技術路線的一個有益的補充。

(2)快速換電技術

特定的應用場景下，快速換電技術有獨特的優勢以及應用空間，而像出租車、公交車這樣一些領域，未來探索電池的梯級利用以及儲能、能源互聯網的發展，會有更好的一個發展空間。

(3)互聯互通技術

互聯互通技術涵蓋3個方面：充電物理接口及通信協議的互聯互通、充電服務信息的互聯互通、付費支付方式的互聯互通。

(4)新能源汽車的無線充電技術

新能源汽車的無線充電技術還處于起步階段，目前正在開展不同廠家的地面端和車端設備之間的無線充電實驗室內部測試，測試效果還是不錯的，但距離商用投入市場還有一段距離，預計2020—2025年無線充電技術將逐步實現商業化運營。

(5)V2X互動技術

隨著新能源汽車充電增長對電網負荷的影響，目前正在積極推廣有序充電。新能源汽車作為移動分布式儲能單元對電網進行能量交互，和電網實現雙向的能量互動，同時進行信息交互。包括參與電網的移峰填谷，調節電網的頻率等等。新能源汽車和電網的V2X互動技術是目前國內積極推動和探索的熱點領域，國網公司在部分省市已經展開了一些示范項目。

(6)小功率直流充電技術和信息安全技術

小功率直流充電為替代交流充電樁提供了一個新的技術選擇，目前還處在標準預研階段，業內各方對該技術還處于觀望階段。信息安全技術也是充電設施和新能源汽車之間非常必要的一個環節。

4.2 新一代充電技術的實施方案

(1)新一代充電智能測試技術研究及應用

新一代充電技術的應用和推廣必不可少的是發展對應的評價方法和驗證技術。因此需要實施大功率Chaoji直流充電、小功率直流充電、電池快換和大功率無線充電系統測試評價方法與驗證技術研究；解決如何表征系統性能和功能，以及如何檢測關鍵指標參數、如何評價檢測結果的問題。實施大功率Chaoji直流充電、小功率直流充電、電池快換和大功率無線充電系統智能測試平臺及數據庫搭建；解決對于系統關鍵指標參數如何檢得準、檢得快的問題。實施大功率Chaoji直流充電、小功率直流充電、電池快換和大功率無線充電系統標準體系完善及推廣應用；解決如何規范化、高效率、普適性地推廣新一代充電技術的難點問題。

建成覆蓋大功率Chaoji直流充電、小功率直流充電、電池快換和大功率無線充電產品的質量檢測平臺，突破新一代充電技術“標準不完善、測試體系不完善、測試平臺不完善、無參考測試設備”等瓶頸，打通新能源汽車新一代充電技術應用的最后一公里，推動行業的健康、持續、快速發展。

推動新一代充電技術相關規范成為團體、行業和國家標準的進程，積極參與新一代充電技術的國家、行業和團體標準化工作，滿足新一代充電技術的推廣需要。同時積極推進中國技術方案上升為國際標準，提高中國在充電設施國際標準化領域的話語權。

(2)開展充電設施布局優化研究，提升充電設施的整體充電時長，同時試點充電設施報廢與回收資源化管理

研究車-樁-云協同信息服務的運營管理與決策理論方法，用戶行為識別與充電設施狀態感知協同的車群充電設施建設與引導方案。開展充電設施布局優化研究，解決充電設施分布不均的困局；提升充電設施的整體充電時長，提升充電設施的運維水平，保證充電設施的安全，落實充電設施的建設、運營、管理等措施，切實改善新能源汽車用戶的充電體會。

報廢充電設施的回收處理應該遵循資源利用最大化、環境污染最小化的原則，針對充電設施報廢、拆卸、收集、運輸、貯存、拆解、再生利用與產物處置等全過程，開展充電設施報廢標準、回收處置與資源化評價指南、處置企業準入制度等關鍵共性技術與管理措施研究。回收處理按照再使用、再生利用和能量回收的順序進行處理，應優先實現報廢充電設施及其零(部)件在符合相關標準要求下的再使用。

(3)解決充電設施互聯互通難題，搭建充電基礎設施質量大數據監督服務平臺

研究車-樁(站)-云多層級充電物理信息網體系架構，大數據驅動的安全高效充電管理與控制技術，研發車樁(站)互聯互通實時數據交互平臺；嚴格執行充電接口及通信協議標準。解決目前困擾業內的充電互聯互通難題，改善用戶體驗，促進充電產業健康發展。

開展新能源汽車充電設施質量數據大數據分析研究，實現質量數據溯源管理，數據共享機制的創新，最終搭建充電基礎設施質量大數據監督服務平臺。

5 結論

《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035年)》(國辦發〔2020〕39號)明確了大力推動充換電網絡建設。第一步就是加快充換電基礎設施建設，第二步是提升充電基礎設施的服務水平，最后是鼓勵商業模式的創新。

依托“互聯網+智慧能源”，提升充電設施的智能化水平。倡導開展有序充電、大功能充電、無線充電的新充電技術的試點與完善，將換電作為充電技術的有力補充。著力改善提升充電設施的安全性、兼容性、可靠性、便利性，推進各類市場主體參與充電設施運營，拓展各類新模式的增值服務，降低充電設施的運營風險，改善新能源汽車用戶的充電感受。