充电设施行业面临的挑战和发展任务

陈永强

(中国电器科学研究院股份有限公司，广东广州 510663)

0 引言

2020年3月4日中共中央政治局常务委员会要求加快包括新能源汽车充电桩在内的七大领域新型基础设施建设进度。新能源汽车充电桩应该贯彻新发展理念，以科技创新作为驱动力，以数字信息技术作为新助推力，以高质量发展为目标，提供大数据、人工智能、物联网、云计算等新服务的基础设施体系[1]。

2021年2月国资委要求中央企业把科技创新作为“头号任务”，把中央企业打造成为国家战略科技力量。集中优势资源和优势力量，推动中央企业在我国科技自立自强中更好地发挥战略作用，发挥充电桩产业链的战略优势，用自主科技助推“新基建”，成为全球新能源汽车充电桩产业链的领跑者，带动新能源汽车的“新消费”，提升中国新能源汽车充电桩产业链的国际竞争力[2]。

1 十三五充电设施发展现状

充电设施作为新能源汽车的能源补给装置，属于新能源汽车产业链的关键环节。在“十三五”时期，充电设施迎来了进一步的发展与延伸。截至2020年12月，全国充电设施累计数量为168.1万台，公共充电设施的保有量位居世界第一。但是主要集中在一二线城市与东部省份，公共充电设施在京、粤、沪、苏、浙、鲁、皖、鄂、豫、冀等地区占比高达72.3%。以粤、苏、川、京、豫、陕、晋、鲁、闽、浙等省份的充电电量统计结果显示，乘用车和公交车是用电大户。2020年12月全国充电总电量环比增长6.9%，同比增加38.3%，到达了8.2亿kWh[3]。

2 充电设施行业面临的主要挑战

2.1 新能源汽车用户面临的问题

我国新能源汽车进入加速发展新阶段，累计推广量超过492万辆，占全球的50%以上。但是，当前我国新能源汽车销量只占整体汽车销量的5%左右，距十四五新能源汽车产业规划20%的目标还有非常大的成长空间。

据中国电动汽车充电基础设施促进联盟统计,截至2020年12月，公共类充电设施新增80.7万台,交流充电桩占比61.7%，直流充电桩占比38.29%。12月同比增长56.3%。资料显示2020年底，全国充电设施累计数量为168.1万台，全国新能源汽车保有量达492万辆。新能源汽车与充电设施的车桩比例接近3∶1。

公共充电设施投资方在选址建设中喜欢选择大型商超、公共基础设施、学校医院等场所。核心原因就是这类场所客流密集度较高，土地成本较低。

十三五期间国家规划私人建桩应该达到430万只，但是截至2020年12月，实际私人充电桩保有量只有87.4万辆，完成率20.3%，远低于预期。调查显示：集团用户自行建桩、居住地物业不配合、居住地没有固定停车位这3个因素是制约私人建桩未果的核心原因。

工信部新能源汽车登记目录信息显示：2017年新能源乘用车的续航里程平均数为250 km，2020年续航里程平均数已经达到了500 km。续航里程的提升意味着充电难的问题得到了一定程度的缓解，但是新能源汽车用户的体验依然较差。

2.2 公共充电领域存在的问题

(1)部分充电设施不能正常使用

根据《2019新能源汽车消费市场研究报告》显示：燃油车占充电车位、充电桩故障、充电桩不兼容充电车型、公共充电桩不对外开放是部分充电设施不能正常使用的主要现象。

(2)充电需时长

2018版充电技术为了保证安全制约了充电电流，就算是直流快充也需2 h左右才能将新能源汽车充满。新能源汽车续航里程的提升，充电需时也随之增加。而传统燃油车的加油时间普遍在20 min左右。加上停车位资源紧张，尽管各大城市针对新能源汽车充电停车有1 h的免费优惠，但是充电耗时长超过免费停车时间，就是需要收取额外的停车费。

(3)充电设施不兼容问题突出，充电着火事故频发

一方面是充电设施不能兼容所有车型的问题异常突出，充电过程会时常中断。2019年中国软件评测中心对直流充电桩展开了测评工作。此次测评发现，市场上60%的直流充电桩未设置“超时错误”处理机制、通信协议不完整的直流充电桩占到73%等。

另一方面充电着火事故频发。根据应急部的统计显示：新能源汽车充电过程中着火占所有着火事故的比率为38%，车辆充满电后静置着火占所有着火事故的比率为24%。分析车辆着火事故绝大多数是发生在动力电池满充状态下，其中电池满充程度达到95%以上占所有着火事故的比率为29%，电池满充程度达到90%以上占所有着火事故的比率为45%。

(4)绝大多数充电设施利用率低导致持续亏损

根据广州和深圳充电设施运营商的反馈，运营商的盈利主要依靠充电服务费，目前充电市场竞争加剧，充电服务费不断打折，充电设施日利用率如果达不到6 h以上将很难实现盈利。前期由于运营商为了获得各级政府的充电桩建设补贴，片面追求充电设施的建设数据，导致不少运营商的充电设施利用率很低。根据特来电的年报显示，2018年充电电量达到11.3亿kWh才实现首次盈利。

3 新能源汽车充电设施的发展趋势

(1)实现慢充智能化、快充便捷化、充放互动化、服务互联化、标准国际化

充电设施跟新能源汽车发展密不可分，本着可以更好为新能源汽车提供配套和改善用户体验的角度，充电设施发展的趋势：实现慢充智能化、快充便捷化、充放互动化、服务互联化、标准国际化。加快慢充普遍覆盖，快充网格化部署，满足不同充电需求相适应的全方位充电服务体系建设。搭建充电网络信息共享平台，探索数字化商业模式。

① 私人领域：智能有序充电可降低电网冲击、减少电网改造成本；

② 公共领域：大功率充电是未来趋势；

③ 换电市场：在公交车、物流车辆和出租车这类高度关注运营效率的领域受到欢迎，实现了快速补充电量。

(2)充电设施将成为智慧出行的核心数据端口

2018版充电技术已经为充电设施的数据采集奠定了坚实的基础，目前绝大多数公共类充电设施都可以获取数据，充电大数据应用是未来智慧出行的重要入口：

① 实现充电安全：通过充电平台采集充电过程的电流电压等电参数，结合环境参数和动力电池参数，通过大数据分析，可实现主动安全防护预警。

② 实现新能源汽车安全运维：通过充电平台集合新能源汽车数据平台对照，采集新能源汽车实时运维数据，分析车辆事故起因和防止事故发生。

③ 智慧出行的高效运作：通过充电量、充电时间、实时轨迹、驾驶习惯等大数据预判，进行城市智慧出行调度，实现让智慧出行的高效运作。

4 “十四五”充电设施发展任务

4.1 新一代充电技术的开发

2015版的充电技术是目前国内市场使用最广、总主流的充电技术，相对来说比较成熟稳定，而且这个充电技术会在未来很长一段时间内占据主流位置。

为了解决目前充电设施存在的问题，关键还是要开发新一代的充电技术，具有推广价值的充电技术就包括：

(1)大功率Chaoji直流充电技术

目前大功率Chaoji直流充电新的接口方案已经形成雏形。大功率充电可以解决新能源汽车充电耗时长，安全焦虑感以及单次续航里程短的问题，大功率Chaoji直流充电技术的目标是实现充电功率大于等于350 kW，充电耗时10～15 min，单次续航里程300 km。具体的使用场景初步针对长续航里程的出租、物流、网约车、公交车等等。国家电网公司、万帮新能源、深圳奥特讯在北京、南京、常州、济南和深圳各地都已经开展了大功率Chaoji直流充电的示范建设项目。

大功率Chaoji直流充电国际标准方面，2018年8月份中国跟日本CHAdeMO签订了一个战略合作协议，双方共同发起了大功率Chaoji直流充电项目，目前德国、瑞士、意大利，澳大利亚、荷兰、韩国都已经参与其中，希望Chaoji大功率充电项目能够在世界范围内推动更加便捷可靠，有利于改善用户体验的全新接口方案。该技术方案充分考虑向前的技术兼容性，是已有技术路线的一个有益的补充。

(2)快速换电技术

特定的应用场景下，快速换电技术有独特的优势以及应用空间，而像出租车、公交车这样一些领域，未来探索电池的梯级利用以及储能、能源互联网的发展，会有更好的一个发展空间。

(3)互联互通技术

互联互通技术涵盖3个方面：充电物理接口及通信协议的互联互通、充电服务信息的互联互通、付费支付方式的互联互通。

(4)新能源汽车的无线充电技术

新能源汽车的无线充电技术还处于起步阶段，目前正在开展不同厂家的地面端和车端设备之间的无线充电实验室内部测试，测试效果还是不错的，但距离商用投入市场还有一段距离，预计2020—2025年无线充电技术将逐步实现商业化运营。

(5)V2X互动技术

随着新能源汽车充电增长对电网负荷的影响，目前正在积极推广有序充电。新能源汽车作为移动分布式储能单元对电网进行能量交互，和电网实现双向的能量互动，同时进行信息交互。包括参与电网的移峰填谷，调节电网的频率等等。新能源汽车和电网的V2X互动技术是目前国内积极推动和探索的热点领域，国网公司在部分省市已经展开了一些示范项目。

(6)小功率直流充电技术和信息安全技术

小功率直流充电为替代交流充电桩提供了一个新的技术选择，目前还处在标准预研阶段，业内各方对该技术还处于观望阶段。信息安全技术也是充电设施和新能源汽车之间非常必要的一个环节。

4.2 新一代充电技术的实施方案

(1)新一代充电智能测试技术研究及应用

新一代充电技术的应用和推广必不可少的是发展对应的评价方法和验证技术。因此需要实施大功率Chaoji直流充电、小功率直流充电、电池快换和大功率无线充电系统测试评价方法与验证技术研究；解决如何表征系统性能和功能，以及如何检测关键指标参数、如何评价检测结果的问题。实施大功率Chaoji直流充电、小功率直流充电、电池快换和大功率无线充电系统智能测试平台及数据库搭建；解决对于系统关键指标参数如何检得准、检得快的问题。实施大功率Chaoji直流充电、小功率直流充电、电池快换和大功率无线充电系统标准体系完善及推广应用；解决如何规范化、高效率、普适性地推广新一代充电技术的难点问题。

建成覆盖大功率Chaoji直流充电、小功率直流充电、电池快换和大功率无线充电产品的质量检测平台，突破新一代充电技术“标准不完善、测试体系不完善、测试平台不完善、无参考测试设备”等瓶颈，打通新能源汽车新一代充电技术应用的最后一公里，推动行业的健康、持续、快速发展。

推动新一代充电技术相关规范成为团体、行业和国家标准的进程，积极参与新一代充电技术的国家、行业和团体标准化工作，满足新一代充电技术的推广需要。同时积极推进中国技术方案上升为国际标准，提高中国在充电设施国际标准化领域的话语权。

(2)开展充电设施布局优化研究，提升充电设施的整体充电时长，同时试点充电设施报废与回收资源化管理

研究车-桩-云协同信息服务的运营管理与决策理论方法，用户行为识别与充电设施状态感知协同的车群充电设施建设与引导方案。开展充电设施布局优化研究，解决充电设施分布不均的困局；提升充电设施的整体充电时长，提升充电设施的运维水平，保证充电设施的安全，落实充电设施的建设、运营、管理等措施，切实改善新能源汽车用户的充电体会。

报废充电设施的回收处理应该遵循资源利用最大化、环境污染最小化的原则，针对充电设施报废、拆卸、收集、运输、贮存、拆解、再生利用与产物处置等全过程，开展充电设施报废标准、回收处置与资源化评价指南、处置企业准入制度等关键共性技术与管理措施研究。回收处理按照再使用、再生利用和能量回收的顺序进行处理，应优先实现报废充电设施及其零(部)件在符合相关标准要求下的再使用。

(3)解决充电设施互联互通难题，搭建充电基础设施质量大数据监督服务平台

研究车-桩(站)-云多层级充电物理信息网体系架构，大数据驱动的安全高效充电管理与控制技术，研发车桩(站)互联互通实时数据交互平台；严格执行充电接口及通信协议标准。解决目前困扰业内的充电互联互通难题，改善用户体验，促进充电产业健康发展。

开展新能源汽车充电设施质量数据大数据分析研究，实现质量数据溯源管理，数据共享机制的创新，最终搭建充电基础设施质量大数据监督服务平台。

5 结论

《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》(国办发〔2020〕39号)明确了大力推动充换电网络建设。第一步就是加快充换电基础设施建设，第二步是提升充电基础设施的服务水平，最后是鼓励商业模式的创新。

依托“互联网+智慧能源”，提升充电设施的智能化水平。倡导开展有序充电、大功能充电、无线充电的新充电技术的试点与完善，将换电作为充电技术的有力补充。着力改善提升充电设施的安全性、兼容性、可靠性、便利性，推进各类市场主体参与充电设施运营，拓展各类新模式的增值服务，降低充电设施的运营风险，改善新能源汽车用户的充电感受。