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核心提示：充換電基礎設施是新能源汽車產業發展的重要保障。目前，新能源汽車的能量補給方式主要有傳導充電、無線充電和換電三類，各有適用領域和消費群體。未來可進一步結合大功率充電、有序充電、換電的發展，探索社區充電、車網互動、充電綜合服務等模式，滿足不同充換電應用場景的需求。
新能源汽車產業進入加速發展階段
進入21世紀，在動力電池、電力電子驅動技術取得新發展的背景下，大力發展新能源汽車、推進交通領域能源轉型，成為各國重點研究方向。新能源汽車的發展已引發了一場全球性的汽車產業轉型。
近年來，我國新能源汽車產業加速發展。截至今年9月，全國各類充電樁保有量達141萬個（中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟數據），全國新能源汽車保有量近500萬輛（中國汽車工業協會數據），車、樁數量均位居全球首位。據中國電動汽車百人會及汽車工業協會預測，2030年我國新能源汽車保有量將達8000萬輛，2035年新能源汽車保有量將達1.5億輛，占汽車銷量比例約50%～60%。
國務院辦公廳10月20日印發的《新能源汽車產業發展規劃（2021～2035年）》提出，提高技術創新能力，構建新型產業生態，推動產業融合發展，完善基礎設施體系，深化開放合作。新能源汽車產業迎來更大的發展機遇，這也對充換電技術發展和商業模式創新提出更高要求。
自2006年以來，國家電網公司積極服務新能源汽車發展，累計建成充電樁10萬個、充換電站1.2萬座；打造了全國統一的智慧車聯網平臺，累計接入充電樁82萬個，用戶數超470萬人，服務300萬輛新能源汽車出行；建成“十縱十橫兩環”高速公路快充網絡，下一步將逐步構建形成“十三縱十三橫三環”快充網絡。今年，公司全力推進充電樁建設，集中聯動開工建設充電樁7.8萬個。
開展充換電技術研究應用和標準制定
傳導充電、無線充電和換電是新能源汽車能量補給的不同方式，各有其優勢、適用領域和消費群體。
傳導充電是指車樁之間通過充電槍線連接充電。傳導式充電樁有非車載直流充電機和交流充電樁之分，應用場合靈活、適用面廣，停車場、社區、辦公區均可安裝。
無線充電基于電磁感應原理，要在車輛上安裝接收裝置、在地面安裝發射裝置。收發裝置能在一定距離內以高頻電磁場的形式傳輸電能，實現充電。目前無線充電技術及標準多處于研究示范階段，量產較少，僅在部分高端車型中作為選配功能進行銷售。
換電是指車輛電池可拆卸、在換電站換電池，相比充電更為快捷。但換電模式僅適合同一品牌車型、路線固定的車輛，對換電站依賴性強。
自2006年起，公司在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》指導下，率先開展新能源汽車充換電技術研究、標準制定、裝備研制、示范工程建設，帶動了充換電基礎設施產業發展——
●充電控制導引及車樁通信
車樁之間通過充電控制導引電路實現充電槍插槍狀態識別，避免帶電拔插充電槍，保障充電過程安全。充電控制導引電路是通過車樁內部的電阻、繼電器串并聯組合來識別不同插槍狀態。當充電樁識別到插槍充電時，充電槍處于鎖止狀態，不允許帶載拔槍；車輛識別到插槍狀態時，不能掛擋移動。
車輛通過非車載直流充電機充電時，車樁之間通過控制器局域網絡（CAN）通信交互車樁各自充電狀態、電壓電流需求值等信息。車輛通過交流充電樁充電時，車樁間通過脈沖寬度調制（PWM）信號占空比反映充電樁輸出電流能力。
●寬電壓、恒功率充電
為適應不同車輛充電電壓需求，非車載直流充電機行業標準將輸出電壓分成三個范圍。在2017年之前，充電運營商建設的充電機主要有200～500伏、300～750伏兩種規格。但隨著新能源汽車電壓平臺發展演變，500伏以上的車輛類型逐步增多。2017年，公司提出充電機輸出電壓范圍應滿足200～750伏的要求，進一步擴大了公共充電樁的適用范圍。
在輸出電流及功率方面，為了增強非車載直流充電機在400伏左右的最大電流及功率輸出能力，2017年，公司要求公司系統單位建設的非車載直流充電機輸出電流能力突破傳統的額定電流（最大輸出電壓時對應的輸出電流值），使得充電機在330～750伏恒功率電壓范圍內均能夠以額定功率輸出，提升了用戶充電體驗。
●充電樁標準化
我國電動汽車充電設施標準體系共分為基礎標準、電能補給標準、建設運行標準、服務網絡標準4個部分，主要包括傳導充電、無線充電、電池更換等3個充電技術路線，涉及術語、傳導充電系統與設備標準、無線充電系統與設備標準、動力電池箱標準、計量、服務網絡等21個專業領域標準。
2015年年底，電動汽車傳導充電接口及通信協議5項國家標準發布，當時被稱為5項“新國標”。5項“新國標”是在公司的引領下，在國內外數十家車企、樁企、運營商的共同努力下誕生的。此外，公司還編制了一系列充電樁企業標準，促進充電樁制造、建設、維護標準化。
探索多種服務模式滿足不同充電需求
未來，新能源汽車充換電將進一步結合大功率充電、有序充電、換電的發展，探索社區充電、車網互動、充電綜合服務等服務模式，滿足不同充換電應用場景的需求。
大功率充電方面，中外車企、樁企合力打造ChaoJi充電技術路線，統一全球充電接口，將充電電壓、充電電流最高提升至1000伏、900安，5分鐘內可增加續航里程200千米～300千米，滿足長續航里程車輛、公交、運營車輛、特種車輛及乘用車在大城市、高速公路的快速充電要求，實現“充電像加油一樣便捷”，同時支持即插即充、車輛與車外其他設備間的無線通信（V2X）、自動充電技術應用。
有序充電方面，基于高速電力線載波通信及4G/5G技術，電網企業提出面向公共站、私人樁的有序充電控制系統技術方案，將老舊居民區充電樁納入有序充電管理范疇，鼓勵充電運營商通過峰谷電價引導、發放紅包獎勵、設備功能升級等模式吸引新能源汽車用戶參與有序充電，實施削峰填谷、消納清潔能源，降低用戶充電成本，提升臺區配電容量利用率。
換電方面，車企依托“充換結合”車型，通過“車電分離”模式降低新能源汽車初期購置成本，以國家鼓勵換電模式發展為契機，在公共交通、出租車等特定應用領域增大市場份額，規范換電電池接口尺寸及換電站建設標準，實現換電車型與規模擴大化，發揮換電站分布式儲能作用，緩解電網峰谷差，增強換電技術競爭力。
社區充電推廣方面，行業內正結合有序充電、共享充電、多方合作等方式破解新能源汽車用戶在居住地充電難的問題，下一步需促請政府有關部門進一步出臺居民區充電樁監督管理支持政策，明確車企、樁企、車主、物業、房地產開發商、電網企業的安全界限，通過引入社會資本加快居民區充電樁投資建設，打通居住地充電“最后一公里”。
車網互動方面，分類評估新能源汽車可調節資源潛力，可與負荷聚合商、電網調度系統、需求響應系統、電力交易機構多邊協同參與電網中長期能量市場、現貨市場及輔助服務市場交易，盤活新能源汽車移動分布式儲能資源，降低電網儲能電站投資強度，提高電網靈活調節能力與新能源發電消納比例。
充電綜合服務方面，集成光儲充的城市充電站綜合體項目逐漸出現，可依托充電信息服務平臺提供充電、洗車、休息、購物等車輛出行服務，滿足用戶停車充電相關需求。
（作者單位：中國電力科學研究院有限公司）
新能源汽車產業進入加速發展階段
進入21世紀，在動力電池、電力電子驅動技術取得新發展的背景下，大力發展新能源汽車、推進交通領域能源轉型，成為各國重點研究方向。新能源汽車的發展已引發了一場全球性的汽車產業轉型。
近年來，我國新能源汽車產業加速發展。截至今年9月，全國各類充電樁保有量達141萬個（中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟數據），全國新能源汽車保有量近500萬輛（中國汽車工業協會數據），車、樁數量均位居全球首位。據中國電動汽車百人會及汽車工業協會預測，2030年我國新能源汽車保有量將達8000萬輛，2035年新能源汽車保有量將達1.5億輛，占汽車銷量比例約50%～60%。
國務院辦公廳10月20日印發的《新能源汽車產業發展規劃（2021～2035年）》提出，提高技術創新能力，構建新型產業生態，推動產業融合發展，完善基礎設施體系，深化開放合作。新能源汽車產業迎來更大的發展機遇，這也對充換電技術發展和商業模式創新提出更高要求。
自2006年以來，國家電網公司積極服務新能源汽車發展，累計建成充電樁10萬個、充換電站1.2萬座；打造了全國統一的智慧車聯網平臺，累計接入充電樁82萬個，用戶數超470萬人，服務300萬輛新能源汽車出行；建成“十縱十橫兩環”高速公路快充網絡，下一步將逐步構建形成“十三縱十三橫三環”快充網絡。今年，公司全力推進充電樁建設，集中聯動開工建設充電樁7.8萬個。
開展充換電技術研究應用和標準制定
傳導充電、無線充電和換電是新能源汽車能量補給的不同方式，各有其優勢、適用領域和消費群體。
傳導充電是指車樁之間通過充電槍線連接充電。傳導式充電樁有非車載直流充電機和交流充電樁之分，應用場合靈活、適用面廣，停車場、社區、辦公區均可安裝。
無線充電基于電磁感應原理，要在車輛上安裝接收裝置、在地面安裝發射裝置。收發裝置能在一定距離內以高頻電磁場的形式傳輸電能，實現充電。目前無線充電技術及標準多處于研究示范階段，量產較少，僅在部分高端車型中作為選配功能進行銷售。
換電是指車輛電池可拆卸、在換電站換電池，相比充電更為快捷。但換電模式僅適合同一品牌車型、路線固定的車輛，對換電站依賴性強。
自2006年起，公司在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》指導下，率先開展新能源汽車充換電技術研究、標準制定、裝備研制、示范工程建設，帶動了充換電基礎設施產業發展——
●充電控制導引及車樁通信
車樁之間通過充電控制導引電路實現充電槍插槍狀態識別，避免帶電拔插充電槍，保障充電過程安全。充電控制導引電路是通過車樁內部的電阻、繼電器串并聯組合來識別不同插槍狀態。當充電樁識別到插槍充電時，充電槍處于鎖止狀態，不允許帶載拔槍；車輛識別到插槍狀態時，不能掛擋移動。
車輛通過非車載直流充電機充電時，車樁之間通過控制器局域網絡（CAN）通信交互車樁各自充電狀態、電壓電流需求值等信息。車輛通過交流充電樁充電時，車樁間通過脈沖寬度調制（PWM）信號占空比反映充電樁輸出電流能力。
●寬電壓、恒功率充電
為適應不同車輛充電電壓需求，非車載直流充電機行業標準將輸出電壓分成三個范圍。在2017年之前，充電運營商建設的充電機主要有200～500伏、300～750伏兩種規格。但隨著新能源汽車電壓平臺發展演變，500伏以上的車輛類型逐步增多。2017年，公司提出充電機輸出電壓范圍應滿足200～750伏的要求，進一步擴大了公共充電樁的適用范圍。
在輸出電流及功率方面，為了增強非車載直流充電機在400伏左右的最大電流及功率輸出能力，2017年，公司要求公司系統單位建設的非車載直流充電機輸出電流能力突破傳統的額定電流（最大輸出電壓時對應的輸出電流值），使得充電機在330～750伏恒功率電壓范圍內均能夠以額定功率輸出，提升了用戶充電體驗。
●充電樁標準化
我國電動汽車充電設施標準體系共分為基礎標準、電能補給標準、建設運行標準、服務網絡標準4個部分，主要包括傳導充電、無線充電、電池更換等3個充電技術路線，涉及術語、傳導充電系統與設備標準、無線充電系統與設備標準、動力電池箱標準、計量、服務網絡等21個專業領域標準。
2015年年底，電動汽車傳導充電接口及通信協議5項國家標準發布，當時被稱為5項“新國標”。5項“新國標”是在公司的引領下，在國內外數十家車企、樁企、運營商的共同努力下誕生的。此外，公司還編制了一系列充電樁企業標準，促進充電樁制造、建設、維護標準化。
探索多種服務模式滿足不同充電需求
未來，新能源汽車充換電將進一步結合大功率充電、有序充電、換電的發展，探索社區充電、車網互動、充電綜合服務等服務模式，滿足不同充換電應用場景的需求。
大功率充電方面，中外車企、樁企合力打造ChaoJi充電技術路線，統一全球充電接口，將充電電壓、充電電流最高提升至1000伏、900安，5分鐘內可增加續航里程200千米～300千米，滿足長續航里程車輛、公交、運營車輛、特種車輛及乘用車在大城市、高速公路的快速充電要求，實現“充電像加油一樣便捷”，同時支持即插即充、車輛與車外其他設備間的無線通信（V2X）、自動充電技術應用。
有序充電方面，基于高速電力線載波通信及4G/5G技術，電網企業提出面向公共站、私人樁的有序充電控制系統技術方案，將老舊居民區充電樁納入有序充電管理范疇，鼓勵充電運營商通過峰谷電價引導、發放紅包獎勵、設備功能升級等模式吸引新能源汽車用戶參與有序充電，實施削峰填谷、消納清潔能源，降低用戶充電成本，提升臺區配電容量利用率。
換電方面，車企依托“充換結合”車型，通過“車電分離”模式降低新能源汽車初期購置成本，以國家鼓勵換電模式發展為契機，在公共交通、出租車等特定應用領域增大市場份額，規范換電電池接口尺寸及換電站建設標準，實現換電車型與規模擴大化，發揮換電站分布式儲能作用，緩解電網峰谷差，增強換電技術競爭力。
社區充電推廣方面，行業內正結合有序充電、共享充電、多方合作等方式破解新能源汽車用戶在居住地充電難的問題，下一步需促請政府有關部門進一步出臺居民區充電樁監督管理支持政策，明確車企、樁企、車主、物業、房地產開發商、電網企業的安全界限，通過引入社會資本加快居民區充電樁投資建設，打通居住地充電“最后一公里”。
車網互動方面，分類評估新能源汽車可調節資源潛力，可與負荷聚合商、電網調度系統、需求響應系統、電力交易機構多邊協同參與電網中長期能量市場、現貨市場及輔助服務市場交易，盤活新能源汽車移動分布式儲能資源，降低電網儲能電站投資強度，提高電網靈活調節能力與新能源發電消納比例。
充電綜合服務方面，集成光儲充的城市充電站綜合體項目逐漸出現，可依托充電信息服務平臺提供充電、洗車、休息、購物等車輛出行服務，滿足用戶停車充電相關需求。
（作者單位：中國電力科學研究院有限公司）
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