能源安全视角下新能源汽车双向峰谷充放电技术与应用研究

刘承杰

摘要：本文从能源安全的视角出发，探讨了新能源汽车双向峰谷充放电技术的研究与应用。首先分析了新能源汽车的发展现状和能源安全问题。接着，详细描述了双向峰谷充放电技术的概念和特点、原理及模式，以及各自的优缺点。同时，本文还阐述了政策环境和市场需求、充放电策略设计与实现、各种新能源汽车的双向峰谷充放电技术应用研究，以及双向峰谷充放电技术应用案例分析，探讨了其对新能源汽车充电设施和电网的影响。最后，展望了技术挑战和难点、双向峰谷充放电技术的未来发展方向以及未来发展趋势。

关键词：能源安全；双向峰谷；新能源汽车；放电技术

中图分类号：U473 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2024.01.001

0 引言

随着全球经济的快速发展和人民生活水平的提高，对能源的需求量越来越大。然而，传统化石能源的供给受到了各种因素的制约，如资源枯竭、环境污染等问题。根据《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和国家发展改革委和国家能源局的《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》，新能源技术的发展成为当前全球关注的焦点。

新能源汽车作为新能源技术领域中的一个重要分支，在减少传统汽车尾气排放、改善空气质量、缓解能源压力等方面具有不可替代的作用。在新能源汽车中，电动汽车因为具有零排放、低噪声、高效节能等特点，逐渐成为市场主流。其推广和发展对于能源的可持续利用和环境的保护具有重要意义。然而，新能源汽车的发展也遇到了许多难题，其中之一就是储能和充电问题。新能源汽车的电池寿命和续航里程直接影响着用户的使用效果和体验，这也成为制约电动汽车进一步普及的主要瓶颈之一。

针对电动汽车的充电问题，目前已经出现了很多解决方案，其中双向峰谷充放电技术被认为是一种可行且有效的解决方案。这项技术是利用电网峰谷价差，将电动汽车电池作为储能装置，在低谷时段进行充电，在高峰时段进行放电，以此达到平衡电网供需的目的。实现这项技术对于提高电力系统运行效率、缓解电网负荷压力、稳定能源系统和促进新能源汽车的普及等方面都具有重要意义[1]。本文将从能源安全的视角出发，研究新能源汽车中双向峰谷充放电技术的实现与应用。

1 能源安全视角下的新能源汽车

1.1 新能源汽车发展现状

随着环保意识的不断提高和政策的支持，新能源汽车已经成为中国汽车行业乃至全球的重要发展方向。根据国家统计局发布的数据显示，2022 年我国新能源汽车销量688.7 万辆，同比增长93.4%，销量占全年汽车总销量的25.6%，占到全球销量的61.2%。同时，据中国汽车工业协会预测，到2035 年我国新能源汽车保有量将超过5 000 万辆[2]。

在全球范围内，电动汽车制造商也在不断涌现。特斯拉、比亚迪、日产、宝马等知名汽车品牌都纷纷推出了各自的电动汽车产品线，并不断创新技术，以提高电池续航能力和充电速度。

1.2 能源安全问题分析

尽管新能源汽车市场正在蓬勃发展，但能源安全问题仍然是一个需要重视的问题。

首先，新能源汽车的普及程度还不够，依赖于传统化石燃料的汽车仍然占据主导地位。这就意味着，如果新能源汽车的供应受到某些因素的限制，如政策、技术等方面，将会给能源供应带来巨大的压力[3]。

其次，新能源汽车需要耗费大量电力进行充电。电力系统自身就存在着负荷不平衡的问题，如果在高峰期间大量充电，将会对电网造成很大的冲击，从而导致电力系统的不稳定和安全隐患增加[7]。

最后，新能源汽车所配备的电池储能装置是一项关键技术。目前，电池储能装置的生产还存在成本高、资源缺乏、回收利用等问题，这些问题同样会制约新能源汽车的发展和普及。

2 能源安全视角下新能源汽车的双向峰谷充放电技术研究

在能源越来越紧张的现实情况下，寻求新能源的替代成为缓解能源短缺问题的有效途径，而提高能源利用效率也成为当今能源领域的热点。作为新能源领域的重要一环，新能源汽车已经引起广泛关注，并成为各国政策的主导方向之一。与传统汽车相比，新能源汽车更加依赖于稳定、可靠的电力源供应和可靠的充电基础设施[8]。如何提高新能源汽车在发电、储能和充电等方面的效率，已经成为当前能源领域研究的核心问题之一。

众所周知，新能源汽车所使用的电池一般都是锂离子电池，其性能在不同温度和电荷水平下有所变化。传统的充电模式只关注在一个固定的时间内为电动汽车充电，并不考虑最佳的充电温度和时间，因此在充电效率和电池寿命等方面存在很大局限。而双向峰谷充放电技术则能够解决这一问题，提高新能源汽车的充电效率和减少能源浪费。在新能源汽车不使用的时候，把车上的动力电池当成一个小型储能系统接入电网，为局部电力稳定做贡献[3]。

2.1 双向峰谷充放电技术的概念和特点

双向峰谷充放电技术是在双向直流快速充放电技术的基础上发展而来的。它利用电网电价波峰波谷变化进行新能源汽车的充放电控制。通过预测未来的电能价格波峰和波谷，该技术利用电动汽车电池的储能功能，在波谷期间充电，在波峰期间放电，从而实现对电池的高效管理。由于该技术能够充分利用电池资源，保障用电安全，因此受到了广泛关注，并在多个地区得到了广泛应用。

双向峰谷充放电技术的特点包括3 点：首先，该技术能够减少电池的亏电状态次数，提高电池寿命；其次，该技术使充电的温度和时间得到合理控制，从而提高充电效率；第三，该技术應用非常广泛，涵盖家庭储能、公用储能、新能源汽车充电等多个领域。

2.2 双向峰谷充放电技术的原理及模式

双向峰谷充放电技术是指利用新能源汽车的底盘电池作为能量储备，在电量高峰期将储存的能量回馈给电网的技术。简而言之，双向峰谷充放电技术实现了汽车蓄电池的双向供电功能，既可进行充电也可进行放电。典型的应用场景是，当新能源汽车的车主停车后，将车载电池作为储能装置，在用电低谷时储存电网中多余的电能，并在用电量高峰期将这些电能释放回电网进行供电。此外，这种技术也可以应用于居民小区的微电网系统中，实现太阳能、风能等新能源的充电储能和用电峰谷互补，同时增强电网的调峰能力。

2.3 双向峰谷充放电技术的优缺点

双向峰谷充放电技术在提高新能源汽车效率和电能利用效率方面优点明显，其具体优缺点如下：

优点：

（1） 合理控制电池的温度和充电时间，从而提高充电效率和延长电池寿命；

（2） 有效利用电池容量，实现较好的储能管理；

（3） 可通过远程控制对新能源汽车的充放电进行管理和优化；

（4） 可以缓解电网峰谷负荷不平衡的问题；

（5） 降低充电成本，同时提高充电效率。

缺点：

（1） 双向峰谷充放电技术需要高精度的充放电控制，并对电池状态进行较为细致的监测，因此需要投入较多的人力、物力和财力；

（2） 电池的充放电特性意味着会有一定的损耗，因此需要研究如何降低这种损耗；

（3） 充电设施的建设需考虑电池的可充放性，并解决充放峰谷值等问题。

综上所述，双向峰谷充放电技术是一种基于电网电价波峰波谷特点的充放技术。它通过控制新能源汽车电池的充放电，使得充电时长和充电温度得到合理控制，进而提高了电池寿命和充电效率，并降低了充电成本。随着新能源汽车产业的不断发展，双向峰谷充放电技术将展现出广阔的应用前景。

3 新能源汽车双向峰谷充放电技术应用探讨

3.1 政策环境和市场需求

隨着全球对于环保和可持续发展的日益重视，新能源汽车逐渐成为汽车产业的发展趋势。然而，新能源汽车的广泛应用也给能源系统带来了巨大的挑战。在传统燃油车时代，能源的生产和消费相对稳定，而新能源汽车的兴起导致能源消费的不确定性增加，同时也给电力系统带来了负荷平衡问题。因此，为了实现新能源汽车的可持续发展，需要开发具备双向峰谷充放电功能的现代化充电技术。

政策方面，我国已经提出了“十四五”规划，明确表示要推动新能源汽车行业的高质量发展，并进一步加强新能源汽车充电基础设施建设。此外，在一些国家和地区，政府还提供了相应的补贴和财政激励政策，以鼓励新能源汽车的市场推广。

市场需求方面，随着新能源汽车的普及，人们对充电体验和充电效率的需求日益增加。新能源汽车的双向峰谷充放电技术可以根据用户的用电情况智能地调整充电策略，最大限度地提高充电效率，满足用户对于便捷、快速、安全的充电需求[4]。

3.2 充放电策略设计与实现

新能源汽车的双向峰谷充放电技术具有显著的智能化特点。首先，该技术需要采集并分析用户的用电数据，以明确用户的用电模式和电量需求。接着，根据用户的用电实际情况，设计合适的充放电策略。在实际操作中，可以通过以下几种方式实现：

（1） 峰谷平电价差异化充电策略。

一些地区已经开始实施峰谷平电价差异化计费政策，这种政策旨在鼓励用户在低峰期使用电力设备，从而避免电网负荷过大。新能源汽车的双向峰谷充放电技术可以利用这种政策，通过预测未来的电价走势，实现在低峰期进行充电，并在高峰期将多余电量回馈给电网，从而提高充电效率和利用率。

（2） 能量管理系统。

能量管理系统是一种智能化的管理系统，它可以通过对用户用电数据进行分析和处理，实现精准的充放电策略。该系统可以根据用户需求、电价、天气等因素，灵活调整峰谷充放电策略，以最大程度地利用电力设备。

（3） 双向充电桩技术。

双向充电桩技术可以实现车辆与电网之间的双向能量交换，将多余的电能回馈到电网，实现电力资源的共享。同时，在车辆未使用时，还可以将电池储存的能量输送到家庭或企业的用电设备中，满足用户的用电需求。这种技术不仅提高了充放电的效率和灵活性，还有助于增强电力系统的负荷平衡能力。

3.3 各种新能源汽车的双向峰谷充放电技术应用研究

双向峰谷充放电技术指的是利用新能源汽车电池组的储能能力，在电网的峰谷时段进行充电以储存电能，而在电网峰值期间进行放电，为电网提供能量。这种技术不仅可以提高新能源汽车的利用效率，减少对电网的负担，还能为用户提供更加灵活、经济的充电选择。各种新能源汽车的双向峰谷充放电技术应用研究如下：

（1） 纯电动汽车。

纯电动汽车作为拥有最大电池电量的新能源汽车之一，其双向峰谷充放电技术的应用已经相对成熟。利用这项技术，纯电动汽车可以在峰谷时段进行充电，为未来的行程提供电力保障；而在电网峰值期间，则可以通过放电为电网提供储能支持。此外，双向峰谷充放电技术还能够有效增加纯电动汽车的续航里程，降低使用成本，进而提升其市场竞争力。

（2） 插电式混合动力汽车。

双向峰谷充放电技术在插电式混合动力汽车中的应用，对于降低氧化物、氮氧化物以及颗粒物等污染物的排放效果具有显著的促进作用。此外，通过在电网的峰谷时段进行电力存储，插电式混合动力汽车能够在行驶过程中自动利用电能，并在需要时向电网输出电能，为用户和电网提供更好的选择和服务。

（3） 燃料电池汽车。

燃料电池汽车利用化学能将氢气等成分生成电能，这种电能可以用于支持新能源汽车锂离子电池的二次充电，以满足电动汽车在行驶过程中的能量需求。在利用氢气将氧化物还原为水的过程中，燃料电池汽车将产生大量的电能。这些电能不仅可以用于电网的稳定化服务，实现对电能储存和调度的支持，还有助于推动燃料电池汽车本身的大规模开发和推广。

3.4 双向峰谷充放电技术应用案例分析

双向峰谷充放电技术作为新能源汽车领域应用最为广泛的技术之一，其重要性不言而喻。本章将通过对广东省能源局、上海某智能停车场以及重庆新能源汽车充电站等具体案例的深入分析，探讨双向峰谷充放电技术在实际应用中的表现。

（1） 广东国家电网双向充放电技术（V2G） 应用案例分析。

广东国家电网针对新能源汽车充电负荷高峰期和低谷期的不同需求，采用了双向峰谷充放电技术。具体来说，公司推出了一种基于新能源汽车充电桩的双向充放电系统。在用户需要时，该系统能将电池中的电量充回电网，从而平衡电力负荷和供应体系。同时，该系统还能将电网剩余的电能充回给新能源汽车，以满足后续的行驶需求。

通过应用双向峰谷充放电技术，广东国家电网有效地缓解了新能源汽车充电负荷高峰期和低谷期所带来的压力，实现了零排放、更节能和更低碳排放的电力供应，为新能源汽车的广泛应用提供了有力支持。

（2） 上海某智能停车场双向充放电技术应用案例分析。

上海某智能停车场作为上海市政府的重要交通项目，已成为城市管理不可或缺的一部分。为满足用户对新能源汽车充电需求的不断增长，该停车场引入了双向峰谷充放电技术，并成功将其应用于充电系统中。具体来说，该停车场通过安装双向峰谷充放电系统，实现了对停车场内新能源汽车电池组的充放电管理。用户使用该系统时，不仅可以在停车的同时进行充电，还可以在离开时将多余的电能回馈给停车场的电网。此外，该系统还能在电网的低谷期对电池进行充电，从而减轻对整个停车场电力供应的负担。

通过应用双向峰谷充放电技术，智能停车场实现了电力资源的合理分配和高效利用，显著提升了新能源汽车的充电服务质量，为城市交通的绿色发展提供了坚实的保障。

（3） 重庆新能源汽车充電站双向充放电技术应用案例分析。

重庆某新能源汽车充电站是一家专注于为重庆地区新能源汽车提供充电服务的公司。为了满足用户不断增长的电力需求并改善传统充电服务的不足，该公司引入了双向峰谷充放电技术，致力于为用户提供更加优质的充电服务。具体来说，该公司通过安装双向峰谷充放电系统，实现了对用户新能源汽车电池组的充放电管理。用户通过使用该系统，可以将电池中多余的电量返回到电网中，避免资源浪费。同时，该系统还能在电网低谷期为电池充电，确保在用户高峰期需要充电时有足够的电力供应。

通过使用双向峰谷充放电技术，新能源汽车充电站不仅提升了用户的充电体验，还有效改善了传统充电服务的不足，为新能源汽车的广泛应用提供了坚实的保障。

综上所述，双向峰谷充放电技术作为新能源汽车领域广泛应用的技术之一，其应用案例不断涌现。通过对广东国家电网、上海某智能停车场和重庆新能源汽车充电站等案例的分析，我们可以看到，在实际应用中，双向峰谷充放电技术能够有效应对新能源汽车充电负荷的高峰期和低谷期，实现电力资源的合理分配和利用，从而推动新能源汽车的广泛应用。

3.5 双向峰谷充放电技术对新能源汽车充电设施和电网的影响

在新能源汽车领域，双向峰谷充放电技术不仅可以为新能源汽车提供更优质的能量服务，同时对充电设施和电网也产生积极的影响[5]。其具体表现如下：

（1） 促进了充电设施的建设。

随着新能源汽车的普及，充电设施建设已成为制约其发展的瓶颈。与传统的单向充电技术相比，双向峰谷充放电技术使充电设施具备了双重功用，有效解决了其建设难题。这不仅可以降低充电设施的建设和运营成本，减轻政府和用户的财政压力，还能提升充电设施的使用效能，增加用户的选择和满意度。

（2） 减轻了电网负担。

新能源汽车在运行过程中需要大量的电能支持，这增加了电网的负担。通过应用双向峰谷充放电技术，可以在峰谷期间储存电能，从而优化供求关系，降低电网负荷峰值，进一步减轻电力系统的负担。因此，双向峰谷充放电技术可以实现新能源汽车和电网之间的共赢。

4 挑战和未来展望

4.1 技术挑战和难点

虽然新能源汽车双向峰谷充放电技术在实际应用中已经取得了一定的成果，但该技术仍然面临着一些技术挑战和难点，主要体现在以下几点：

（1） 充放电效率提升。

目前，新能源汽车双向峰谷充放电技术的充放电效率仍有待提高。如何通过更加精准的充放电策略和更加智能化的管理系统，进一步提高充放电效率，是一个关键问题。

（2） 能量储存和管理。

新能源汽车双向峰谷充放电技术需要进行大量的能量储存和管理工作。如何实现高效、稳定的能量储存和管理，是一个重要的技术难题。目前，新型能量储存技术如固态电池正在不断发展，未来有望为解决这一难题提供新的方向和思路。

（3） 安全性和稳定性。

新能源汽车双向峰谷充放电技术涉及大量的电力传输和交换工作，因此安全性和稳定性至关重要。如何确保技术在高压、高温等恶劣环境下仍能保持稳定和安全，是一个需要解决的关键问题。

4.2 双向峰谷充放电技术的未来发展方向

双向峰谷充放电技术作为新能源汽车发展的热点技术之一，其未来发展方向主要表现在以下几个方面：

（1） 提高技术成熟度。

尽管双向峰谷充放电技术在各类新能源汽车中得到了广泛应用，但其技术成熟度和实际运行效果仍有待提升。目前，技术研究主要集中在控制系统、电池寿命、充放电功率等关键问题上。未来，需要进一步加强研究，推动智能化、自适应等关键技术的开发，以提升系统的稳定性、可靠性和安全性。

（2） 推广应用到更多领域。

目前，双向峰谷充放电技术主要应用于新能源汽车和智能家居等领域。未来，该技术还可以进一步推广到电网分布式储能、电力市场等领域，拓展其应用场景和规模，并实现新能源汽车、智能家居和电力系统之间的深度融合。

（3） 促进电力体制改革和技术升级。

双向峰谷充放电技术的推广需要政府部门、电力市场和企业紧密合作，共同推动电力体制改革和技术升级。这包括完善政策法规和标准规范体系，提升峰谷电价差价，发展智能电网，以及推动电源侧改革等。通过这些措施，实现电量有效平衡和科学调度，提高能源利用效率。

双向峰谷充放电技术在新能源汽车领域的应用研究已取得一定成果，但仍需不断深化和推广。未来，该技术需要继续提高技术成熟度，扩展应用领域，并推动电力体制改革。相信在能源清洁低碳转型、电力安全稳定供应、促进技术和模式创新，以及推动电力工业高质量发展方面，双向峰谷充放电技术将做出重要貢献。

4.3 未来发展方向和趋势

新能源汽车双向峰谷充放电技术具有广阔的发展前景，以下是笔者对于未来发展方向和趋势的几点思考：

（1） 智能化管理系统的进一步完善。

随着人工智能和物联网等技术的不断发展，智能化管理系统将能够更加精准地分析用户用电需求和电力市场变化，从而提升充放电效率和利用率。未来，智能化管理系统将成为新能源汽车双向峰谷充放电技术发展的重要方向。

（2） 多种能量储存技术的应用。

目前，锂离子电池是新能源汽车双向峰谷充放电技术最常用的能量储存设备，但其体积、重量较大，储能密度也有限。未来，固态电池、超级电容器和氢燃料电池等新型能量储存技术将得到进一步推广和应用。

（3） 共享经济的发展。

共享经济的发展为新能源汽车双向峰谷充放电技术提供了广阔的应用场景。通过将多余的电量回馈给电网或者输送到家庭、企业用电设备中，可以实现电力资源的共享和优化利用。

（4） 国际合作的加强。

新能源汽车双向峰谷充放电技术是一项全球性的技术挑战，需要各国在技术研发、政策制定、标准规范等方面进行紧密合作与交流。未来，国际合作将成为新能源汽车双向峰谷充放电技术发展的重要趋势之一。

总而言之，双向峰谷充放电技术尚处于起步阶段，但其潜力巨大，未来发展前景十分广阔。在未来的发展中，需要持续加强技术创新，提高技术成熟度，并不断扩大应用范围。同时，制定相关的政策和法规也至关重要，以推动双向充电桩的普及。作为起点，可以先在小范围内推广不接入国家电网的双向充电桩，例如企事业单位内部，从而加快双向峰谷充放电技术的推广步伐。在政府的大力推动下，预计在未来的数年内，双向峰谷充放电技术将广泛应用于多个领域，并与光伏和风能等可再生能源相结合，为我国能源清洁低碳转型、电力安全稳定供应、促进技术和模式创新，以及推动电力工业高质量发展方面做出重要贡献。

参考文献

[1]张楠.新能源产业发展背景下我国铜资源供需现状与趋势[J].中国矿业，2023， 32（6）：2-9.

[2]佚名.1至2月新能源汽车市场占有率达25.7% [J].特种铸造及有色合金，2023， 43（4）：1.

[3] 丁鹏，王迪.我国油气资源进口安全问题及应对策略[J].中国能源，2023， 45（5）：56-63.

[4] 辛保安，单葆国，李琼慧，等.“双碳”目标下“能源三要素”再思考[J].中国电机工程学报， 2022（042-009）.

[5] 马超林.新中国成立以来我国能源安全观及能源安全政策的历史演进[J].湖北社会科学， 2023（2）：76-82.

[6] Bui T D ， Tseng M L .A Data-Driven Analysis on Sustainable Energy Security： Challenges and Opportunities in World Regions[J].Journal of global information management， 2022.

[7] 孙华东，于琳，赵兵.基于暂态过电压约束的新能源并网系统电压支撑强度量化分析方法[J].中国电机工程学报，2023，43（11）：4207-4218.DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.220468

[8] 赵光金，李博文，胡玉霞，等.退役动力电池梯次利用技术及工程应用概述[J].储能科学与技术， 2023， 12（7）：2319-2332.