為夯實(shí)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研發(fā)能力，解決新能源汽車產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)問題，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)應(yīng)運(yùn)而生。目前該專項(xiàng)已形成了一批具有國際前瞻性和領(lǐng)先水平的科技成果。

本報(bào)今日起推出該項(xiàng)目優(yōu)秀成果系列報(bào)道，展現(xiàn)項(xiàng)目的攻關(guān)歷程及其取得的重大突破。

關(guān)注國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)①

◎本報(bào)記者 王健高 通訊員 梁太宏 崔維兵

歷時(shí)4年多的科研攻關(guān)，由青島特銳德電氣股份有限公司牽頭，華北電力大學(xué)、中國汽車技術(shù)研發(fā)中心、天津力神集團(tuán)、CATL、宇通客車、重慶長安等國內(nèi)多個(gè)領(lǐng)域優(yōu)勢高校、企業(yè)參與的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目“安全可控、能源互聯(lián)、開放互通的智能充電網(wǎng)研究與應(yīng)用示范”通過項(xiàng)目綜合績效評(píng)價(jià)，對(duì)推動(dòng)我國智能充電網(wǎng)的市場化推廣應(yīng)用具有重要意義。

青島特銳德電氣股份有限公司董事長于德翔在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)表示：“項(xiàng)目成果智能充電網(wǎng)在全國運(yùn)營服務(wù)城市已達(dá)344個(gè)，已成立127家城市運(yùn)營公司，為超200萬輛電動(dòng)汽車的充電服務(wù)提供技術(shù)支撐。示范效果表明，智能充電網(wǎng)項(xiàng)目成果具有良好的車樁兼容性、環(huán)境適應(yīng)性和安全穩(wěn)定性。”

電動(dòng)汽車充電面臨三方面問題

隨著全球能源危機(jī)深化和環(huán)境治理意識(shí)增強(qiáng)，各國政府均將電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)上升到戰(zhàn)略高度。公安部交管局對(duì)外公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2021年3月，全國新能源汽車保有量達(dá)551萬輛。其中純電動(dòng)汽車保有量449萬輛，占新能源汽車總量的81.53%。

隨之，中國也成為充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展最快的國家。據(jù)中國電動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，截至2021年3月，聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計(jì)上報(bào)公共類充電樁約85.1萬臺(tái)。

與此同時(shí)，電動(dòng)汽車的快速發(fā)展也帶來了一系列挑戰(zhàn)，其中充電安全問題尤其引人關(guān)注。電動(dòng)汽車數(shù)量增多，充電需求明顯增加，而充電安全事故時(shí)有發(fā)生，其中充電設(shè)備和動(dòng)力電池是事故發(fā)生的兩大主體。當(dāng)前我國對(duì)充電設(shè)備和電池的安全考核處于滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的層面，尚缺乏完善的考核評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)充電設(shè)備充電安全事故預(yù)警與保護(hù)采取的措施，也需要相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法。

此外，隨著電動(dòng)汽車充電運(yùn)營服務(wù)的技術(shù)創(chuàng)新，以充電網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，使用App進(jìn)行充電付費(fèi)的方式漸漸替代了使用充電卡的付費(fèi)方式。隨著運(yùn)營服務(wù)業(yè)務(wù)的深入和電動(dòng)汽車充電需求的增長，App被賦予越來越多的增值服務(wù)功能。而不同類型的公司在設(shè)備生產(chǎn)制造、充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、平臺(tái)開發(fā)、服務(wù)運(yùn)營等方面，形成了分工協(xié)作、不斷競爭的產(chǎn)業(yè)體系。

但隨著各運(yùn)營商充電卡和充電App的發(fā)售，不同運(yùn)營商的充電卡和App無法實(shí)現(xiàn)共享和通用。為獲得相對(duì)便捷的充電服務(wù)，電動(dòng)汽車用戶不得不申請多個(gè)充電運(yùn)營商的充電卡，下載注冊多個(gè)App。因此實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)營商充電設(shè)施的共享與互聯(lián)互通，在電動(dòng)汽車發(fā)展和充電設(shè)施建設(shè)過程中顯得十分必要。

“標(biāo)準(zhǔn)缺失、配套政策不完善、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后導(dǎo)致電動(dòng)汽車充電過程中安全問題突出，阻礙了我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)成長的步伐。”于德翔表示，研發(fā)團(tuán)隊(duì)從充電設(shè)施主動(dòng)性安全防護(hù)出發(fā)，結(jié)合云平臺(tái)大數(shù)據(jù)對(duì)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(shù)據(jù)互聯(lián)開放的問題提供了有效的方法。

智能充電網(wǎng)有機(jī)鏈接人、車、能源

解決基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)安全問題，保障充電安全，才能保證建立能源互聯(lián)、開放互通的智能充電網(wǎng)。針對(duì)目前電動(dòng)汽車充電過程中電池關(guān)鍵指標(biāo)異常時(shí)，無法提前診斷和預(yù)警的問題以及充電方式單一導(dǎo)致的電池使用壽命衰減過快的問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在參考與電動(dòng)汽車充電相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)模塊電路控制保護(hù)、諧波抑制、電池狀態(tài)監(jiān)測、充電設(shè)施主動(dòng)防護(hù)電池安全預(yù)警、安全充電評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了技術(shù)研究，最終研發(fā)出CMS主動(dòng)柔性智能充電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)研制了適應(yīng)規(guī)模化充電的設(shè)備，提出了適用于充電基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營服務(wù)的一體化安全充電綜合評(píng)價(jià)方法。

當(dāng)車在新研發(fā)的智能充電網(wǎng)上充電時(shí)，充電網(wǎng)將對(duì)其進(jìn)行19個(gè)模型、27個(gè)維度的安全檢測。通過對(duì)充電設(shè)備防護(hù)+數(shù)據(jù)防護(hù)的雙層防護(hù)，在空間上，充電網(wǎng)的管理系統(tǒng)從傳統(tǒng)的新能源汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）擴(kuò)展到充電設(shè)備側(cè)和大數(shù)據(jù)側(cè)；在時(shí)間上，充電網(wǎng)運(yùn)營側(cè)貫通了車輛的歷史數(shù)據(jù)，同期打通了同類型車數(shù)據(jù)，構(gòu)建了多角度、多維度、系統(tǒng)化的電動(dòng)汽車充電安全模型，使得充電過程，在對(duì)汽車安全隱患做到可監(jiān)視、可預(yù)警、可控制、可追溯方面邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。經(jīng)數(shù)據(jù)比對(duì)分析，充電網(wǎng)可預(yù)防73%的燒車事故。

在于德翔看來，充電網(wǎng)是汽車充電的未來。他認(rèn)為，充電樁是把電充到車?yán)锏囊粋€(gè)物理插頭，而充電網(wǎng)則是把一個(gè)區(qū)域里，幾十個(gè)、幾百個(gè)充電樁做了一個(gè)物理化的連接和智能化的改造，當(dāng)電動(dòng)汽車保有量達(dá)到一定程度時(shí)，在充電高峰期勢必會(huì)對(duì)配電網(wǎng)形成沖擊，因此建設(shè)智能充電網(wǎng)是解決大規(guī)模電動(dòng)汽車充電的主要途徑。

于德翔介紹，“安全可控、能源互聯(lián)、開放互通的智能充電網(wǎng)研究與應(yīng)用示范”項(xiàng)目正是基于充電樁設(shè)備，在配網(wǎng)端建立了充電網(wǎng)，通過調(diào)度管理形成智能充電方案，即根據(jù)用戶習(xí)慣分時(shí)間段給車分批充電，保證用電的平穩(wěn)，減少無序充電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，充電效率和安全系數(shù)相比單個(gè)充電樁大大增強(qiáng)。

“充電網(wǎng)大數(shù)據(jù)需要大的平臺(tái)來支撐，我們每天收集的數(shù)據(jù)達(dá)到9太字節(jié)（TB）之多。”于德翔介紹，到目前為止，他們的用戶已經(jīng)達(dá)到350萬人以上。對(duì)此，項(xiàng)目建立了基于云技術(shù)的充電網(wǎng)互聯(lián)互通數(shù)據(jù)平臺(tái)。通過建立開放數(shù)據(jù)平臺(tái)，與充電運(yùn)營商、政府監(jiān)管平臺(tái)、車輛運(yùn)營商、互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，將多項(xiàng)充電業(yè)務(wù)集成到第三方平臺(tái)和App客戶端中。

于德翔介紹，把數(shù)據(jù)網(wǎng)、能源網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)這4層網(wǎng)糅合在一起的充電網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)除了包括充電電費(fèi)的數(shù)據(jù)外，還包括了電網(wǎng)數(shù)據(jù)、電動(dòng)車BMS數(shù)據(jù)、汽車駕駛數(shù)據(jù)及充電行為數(shù)據(jù)。基于大數(shù)據(jù)又衍生出更多業(yè)務(wù)條線，如為車主提供用戶數(shù)據(jù)分析、車輛診斷、維修、保養(yǎng)、配件、保險(xiǎn)等數(shù)據(jù)增值服務(wù)，同時(shí)還可為整車、電池廠商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)、優(yōu)化、評(píng)估等綜合服務(wù)。

產(chǎn)學(xué)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(wǎng)實(shí)施錯(cuò)峰充電。同一公交充電場站實(shí)施移峰填谷充電策略后，一天的平均電價(jià)從0.8075元下降到0.4286元，一個(gè)月可節(jié)省電費(fèi)3萬余元，成本下降接近一半。

這個(gè)應(yīng)用場景只是項(xiàng)目推廣的一個(gè)縮影。項(xiàng)目成果應(yīng)用不僅能夠滿足大規(guī)模電動(dòng)汽車充電，協(xié)助電網(wǎng)削峰填谷，同時(shí)還能消納棄風(fēng)、棄水、棄光，實(shí)現(xiàn)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(dòng)汽車+充電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)碳中和的最佳路徑之一。于德翔解釋說，電動(dòng)汽車不燒油就不排碳，充電網(wǎng)既成為電動(dòng)汽車的技術(shù)支撐，同時(shí)又把每個(gè)車的電池連接成一個(gè)巨大的儲(chǔ)能網(wǎng)，發(fā)揮大規(guī)模消納光伏、風(fēng)電、水電等新能源的潛力。

“智能充電網(wǎng)是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、協(xié)同創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的成果。”于德翔表示，在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，科技部在項(xiàng)目管理和服務(wù)上做好頂層設(shè)計(jì)、方案優(yōu)化、政策輔導(dǎo)，并組織了咨詢專家組為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)攻關(guān)咨詢指導(dǎo)服務(wù)，推動(dòng)了項(xiàng)目的充電設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營、示范等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

于德翔介紹，在項(xiàng)目執(zhí)行期內(nèi)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在專利、論文、標(biāo)準(zhǔn)和軟著方面取得了一批代表性成果。由國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域骨干企業(yè)、科研院所和著名高校組成的課題項(xiàng)目成員單位，在項(xiàng)目實(shí)施中充分發(fā)揮聯(lián)合科研和多產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，在政、產(chǎn)、學(xué)、研、金、用等方面緊密合作。

對(duì)于智能充電網(wǎng)的未來，于德翔表示，隨著我國電動(dòng)汽車保有量規(guī)模持續(xù)攀升，智能充電網(wǎng)作為新能源的基礎(chǔ)性設(shè)施，將伴隨新能源汽車規(guī)模化的發(fā)展，發(fā)揮出其巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。