我國新能源汽車充電樁行業(yè)發(fā)展痛點和方向,機械工程論文

我們國家新能源汽車充電樁行業(yè)發(fā)展痛點和方向,機械工程論文摘要：文章通過分析全球新能源汽車充電技術(shù)，結(jié)合我們國家市場實際發(fā)展狀況，提出我們國家充電樁行業(yè)發(fā)展痛點，指出發(fā)展智慧充電智能系統(tǒng)、實現(xiàn)V2G系統(tǒng)、實現(xiàn)萬樁互聯(lián)互通將成為我們國家新能源汽車充電樁發(fā)展的方向。本文關(guān)鍵詞語：新能源汽車;充電樁;智慧充電系統(tǒng);V2G系統(tǒng);Abstract：Basedontheanalysisofglobalnewenergyvehiclechargingtechnology,combinedwiththeactualdevelopmentofChinasmarket,thispaperputsforwardthedevelopmentpainpointsofChinaschargingpileindustry,andpointsoutthatthedevelopmentofsmartchargingintelligentsystem,therealizationofV2Gsystemandtheinterconnectionof10000pileswillbecomethedevelopmentdirectionofnewenergyvehiclechargingpileinChina.Keyword：newenergyvehicle;chargingpile;intelligentchargingsystem;V2Gsystem;大力發(fā)展新能源汽車是我們國家降低石油依靠和節(jié)能減排的重要舉措之一。新能源汽車充電樁為新能源汽車提供能源供給裝置，新能源汽車的發(fā)展推動其充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，兩者互相促進。我們國家新能源汽車發(fā)展較晚，充電樁行業(yè)處于發(fā)展初期，仍然存在較大缺陷，需要不斷進行市場調(diào)研和技術(shù)更新。在新基建熱潮下，充電樁行業(yè)發(fā)展將呈現(xiàn)眾多新趨勢，研究電動汽車充電樁對于加快推進電動汽車的發(fā)展具有重要意義。1、國外充電樁行業(yè)發(fā)展概述據(jù)國際能源署有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2022年全球新能源汽車充電樁數(shù)量保持高速增長，漲幅約為2021年的60%，為近3年最大增幅，全球累計充電樁保有量超740萬臺。美國新能源汽車充電設(shè)備可分為三類：溝通Level1充電設(shè)施、溝通Level2充電設(shè)施和直流FastCharger充電設(shè)施。當(dāng)前安裝數(shù)量最多、分布面積最廣的是溝通Level2充電設(shè)施，其次是直流FastCharger充電設(shè)施，主要分布于城際與洲際高速公路，為長途駕駛的電動汽車提供快速充電服務(wù)[1]。美國最近幾年一直致力于電動汽車與電動汽車充電技術(shù)方面的研究，截至2022年8月底，全美已建成充電站25843個，充電樁76954個，電動汽車充電設(shè)施已基本覆蓋全美[2]。日本作為汽車生產(chǎn)研發(fā)制造領(lǐng)域的強國，新能源汽車的推廣與充電樁的建設(shè)得到了的高度重視與大力推廣，由于日本土地資源稀缺、供應(yīng)能源體系發(fā)展成熟具有一套完好的運營建設(shè)標準體系、私人充電樁運營商的投資、技術(shù)門檻較高，導(dǎo)致私人充電樁建設(shè)數(shù)量較少，大幅度提高了公共充電樁的利用率。東京電力株式會社宣稱，已順利研發(fā)出了一種大型快速充電器，極大地減少了充電時間，為日本電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用帶來了更多的便利性。最新數(shù)據(jù)顯示，日本充電樁建設(shè)數(shù)量超過5萬臺，已超過傳統(tǒng)燃油汽車加油站的數(shù)量。英國充電服務(wù)提供商Chargemaster已在英國各地建立了相應(yīng)的電動汽車充電樁，據(jù)英國交通部數(shù)據(jù)顯示，英國電動汽車充電站累計建設(shè)數(shù)量已超過27萬個[3]。隨著充電樁的高速發(fā)展以及環(huán)保政策的推動，英國充電樁的建設(shè)與電動汽車的發(fā)展非常迅速。2、我們國家充電樁行業(yè)發(fā)展簡述最近幾年，科研院所與有關(guān)公司企業(yè)在新能源等有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的深切進入研究，我們國家新能源汽車充電技術(shù)得到了飛速發(fā)展，充電基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)也日益壯大。但因我們國家人口基數(shù)大，地域發(fā)展不均，據(jù)中國電動充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟最新數(shù)據(jù)顯示，我們國家充電基礎(chǔ)設(shè)施累計建設(shè)超130萬臺，車樁比約為3.12︰1，任低于預(yù)期規(guī)劃一車一樁的目的，充電樁缺口仍然宏大。2021年以來，國家多部委屢次發(fā)布關(guān)于加快推進充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)的有關(guān)政策措施，有力推動了我們國家新能源汽車充電設(shè)備的建設(shè)和發(fā)展。隨著充電樁被納入新基建后，各地也陸續(xù)出臺了新一輪的補貼政策使得消費自信心得以提升，汽車市場的逐步回暖，充電樁產(chǎn)業(yè)將迎來新一輪的爆發(fā)。2.1、溝通充電樁溝通充電樁，是一種采用國家標準的車載充電接口，采用傳導(dǎo)式的充電方式方法為電動汽車車載充電機提供能源供應(yīng)的裝置[4]。溝通充電樁系統(tǒng)設(shè)計圖如此圖1所示。溝通充電樁采用嵌入式模塊化技術(shù)，不對電網(wǎng)電流進行控制，具有技術(shù)簡單、安全系數(shù)較高、制造建設(shè)成本低的特點，合適私人車主與中小型公司企業(yè)使用，是我們國家當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種充電方式。但因其充電速率慢、盈利能力弱、運營商后期運維能力弱，使得溝通充電樁的推廣與發(fā)展遭到了一定阻礙。圖1溝通充電樁系統(tǒng)設(shè)計圖Figure1DesigndrawingofACchargingpilesystem2.2、大功率直流充電樁圖2大功率直流充電樁系統(tǒng)設(shè)計圖Figure2Designdrawingofhigh-powerDCchargingpilesystem隨著開關(guān)電源技術(shù)的高速發(fā)展，使得我們國家直流充電樁技術(shù)發(fā)展較為成熟，由于直流充電樁輸入采用三相四線制溝通電，通過整流升壓等變換使得輸出為電壓電流寬范圍可調(diào)的直流電，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率快速充電，能夠有效解決臨時應(yīng)急充電問題。但因其使用高壓大電流的方式充電，為了提高其安全性使得直流充電樁研發(fā)制造成本較高，對電池使用壽命有較大影響，因而直流充電樁適用于公共交通領(lǐng)域與應(yīng)急能源供應(yīng)。隨著生活節(jié)拍加快，高頻大功率直流充電將是直流充電樁將來發(fā)展的方向。大功率直流充電樁在應(yīng)急充電、快速充電等方面有具有一定優(yōu)勢，將是分布式公共充電站首選方式[5]。大功率直流充電樁系統(tǒng)設(shè)計圖如此圖2所示。2.3、換電形式換電形式采用換電站或換點設(shè)施對電動汽車進行車載蓄電池的更換來實現(xiàn)能源供應(yīng)，用戶無需擔(dān)憂電池性能，充電效率能得到大幅度提升。但換電站體型大，初期投資成本高，土地占用率大，合適于電池規(guī)格大小與有關(guān)通信接口協(xié)議標準能匹配一致的規(guī)?；步煌ㄠ徲蚺c物流領(lǐng)域。換電形式相對于傳統(tǒng)充電形式具有兩大優(yōu)點：一是省去電池購買費用，降低用戶初期購置成本，有效解決電池續(xù)航能力弱、性能差等問題；二是能夠?qū)崿F(xiàn)移峰換電，僅對蓄電池充電，能夠大幅度降低電網(wǎng)負荷。2.4、無線充電技術(shù)電動汽車無線充電技術(shù)源于無線電能傳輸技術(shù)是一種新興的充電技術(shù)，因其安全系數(shù)高、無充電接口匹配問題、直接埋地敷設(shè)線圈無裸漏電線等優(yōu)點，遭到了各國重視。我們國家無線充電技術(shù)起步較晚，技術(shù)壁壘較高，當(dāng)前暫未規(guī)?；瘧?yīng)用于我們國家市場當(dāng)中。隨著當(dāng)今世界向著高度信息化方向發(fā)展，發(fā)展電動汽車無線充電技術(shù)是大勢所趨。采用無線充技術(shù)，也讓電動汽車發(fā)展的道路愈加寬廣。同時由于無線充電設(shè)備的安裝對電動汽車整體機械構(gòu)造改動較大，無線充電站或無線充電線路建設(shè)成本較高，國家政策扶持力度較小，當(dāng)前仍處于實驗開發(fā)階段。四種電動汽車充電方式比照表，如表1所示。表1電動汽車充電樁四種充電方式比照3、充電樁行業(yè)發(fā)展痛點3.1、回報周期長，商業(yè)形式單一，盈利缺乏我們國家充電樁起步較晚，充電運營商運營能力較弱、商業(yè)形式單一，未找到適宜的盈利形式，主要收入來源于服務(wù)手續(xù)費的收取，充電樁行業(yè)因其前期投入大、利潤小、回報周期長、未構(gòu)成品牌影響力、未找到有效的盈利形式，導(dǎo)致整個行業(yè)長期處于虧損狀態(tài)。同時受改革開放影響，大量外資企業(yè)入駐國內(nèi)市場，出現(xiàn)群雄逐鹿的現(xiàn)象，加大了充電樁行業(yè)的競爭壓力。我們國家充電樁的建設(shè)技術(shù)已日趨成熟，當(dāng)前阻礙行業(yè)發(fā)展的是充電樁后期運營工作，充電樁仍呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的狀態(tài)，不具備良好的運營服務(wù)形式和配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，難以構(gòu)成品牌效應(yīng)，嚴重阻礙運營商的正常運作。3.2、充電基礎(chǔ)設(shè)施分布不均，充電樁比例失衡我們國家充電樁數(shù)量嚴重缺乏，導(dǎo)致出現(xiàn)找樁難、充電難、維修難、有樁無車等現(xiàn)象。當(dāng)前我們國家車樁比約為3.12︰1，遠低于(電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2021-2020)〕規(guī)劃的1︰1的指標。我們國家充電樁運營商發(fā)展初期重數(shù)量、輕運營，固然多數(shù)充電樁集中分布于市區(qū)，但初期因?qū)\營選址重視缺乏，部分充電樁布局在車流量較小、人煙稀少的偏僻位置，導(dǎo)致充電高峰期車主想要找到空閑的、可使用的充電樁存在較大難度，造成充電樁整體利用率較低，難以構(gòu)成良好的口碑。充電站一次性建設(shè)投入成本高，運營形式老套，后期需較大維護成本，利用率難以匹配。除此之外，我們國家資源分布不均、人均土地利用率低、老舊小區(qū)增容改建難度大、市場監(jiān)管力度缺乏等問題也在一定程度上制約著我們國家充電基礎(chǔ)設(shè)施的進一步發(fā)展。3.3、行業(yè)標準不完善，產(chǎn)品質(zhì)量存在安全隱患我們國家電源行業(yè)發(fā)展成熟，規(guī)模壯大，但由于充電樁產(chǎn)業(yè)門檻低，大量資本涌入市場，行業(yè)前中期暫未構(gòu)成比擬完善統(tǒng)一的驗收與監(jiān)管標準，標準化的建立晚于市場發(fā)展，導(dǎo)致大量前期建設(shè)的充電樁產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，質(zhì)量問題頻出，嚴重危及消費者的人身安全。充電樁運營企業(yè)互聯(lián)互通廣度和深度不夠，企業(yè)之間的利益糾紛，充電設(shè)施與充電接口、通信協(xié)議、消防安全等標準暫未統(tǒng)一，嚴重阻礙了充電樁與新能源汽車的發(fā)展。4、充電樁發(fā)展方向4.1、智慧充電系統(tǒng)隨著5G技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等高新技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)充電樁僅具能提供能源補給單一的功能，并且由于充電運營商商業(yè)形式單一、后期運營維護能力弱，導(dǎo)致用戶充電難、找樁難、支付難、充電樁用率低下等一系列問題，難以知足當(dāng)下我們國家智慧城市發(fā)展的需求。充電樁系統(tǒng)向著智能化、人性化的方向發(fā)展是我們國家充電樁產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G通信技術(shù)的結(jié)合下使得智慧充電系統(tǒng)不但具有能源供應(yīng)功能，而且還能實現(xiàn)環(huán)境檢測、人工遠程監(jiān)控、燈光照明、人機交互等人性化功能。智慧充電系統(tǒng)能為以客戶為中心，為客戶提供客服人員遠程監(jiān)控與維護、移動支付、智能選址等眾多便利；實現(xiàn)了充電運營商聯(lián)網(wǎng)操控、服務(wù)與數(shù)據(jù)管理功能，便于大規(guī)模集中部署管理，優(yōu)化人員管理分配問題，大幅度提高充電樁的使用與管理效率。4.2、V2G系統(tǒng)電動汽車入網(wǎng)技術(shù)簡稱V2G技術(shù)(Vehicle-to-Grid)，能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)處于用電低谷時期，此時電網(wǎng)負荷較小，產(chǎn)生過量的電能，電動汽車作為能源存儲裝置，存儲電網(wǎng)產(chǎn)生的多余的電能實現(xiàn)能源的儲存，當(dāng)電網(wǎng)處于用電高峰時期，此時電網(wǎng)負荷較大，電動汽車作為供電裝置反向饋電給電網(wǎng)，實現(xiàn)平衡用電高峰期的電力需求[6]。V2G技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間的雙向通信和能量流動，能夠大幅度減小因大規(guī)模電動汽車并網(wǎng)充電時對電網(wǎng)的沖擊，有效加強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，降低了電網(wǎng)負荷，從經(jīng)濟角度上超越了傳統(tǒng)燃油汽車，實現(xiàn)了電動汽車與電網(wǎng)的互利共贏。V2G技術(shù)是一種基于電力電子技術(shù)、電力調(diào)度技術(shù)、電能計量技術(shù)、通信技術(shù)等高新技術(shù)深度結(jié)合下而衍生出的新技術(shù)，V2G技術(shù)將為我們國家實現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化提供強有力的技術(shù)保障[7]。4.3、充電平臺互聯(lián)互通在技術(shù)上實現(xiàn)物理接口的互通并不困難，企業(yè)之間并無利益糾紛，電動汽車生產(chǎn)廠家與充電樁制造商只需統(tǒng)一通信協(xié)議標準即可實現(xiàn)。實現(xiàn)各新能源汽車生產(chǎn)廠商、充電樁運營商之間支付方式與車樁數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通能夠使得消費者在一款A(yù)PP上便可實時監(jiān)測車輛的充電狀態(tài)，能夠有效解決用戶找樁難、支付方式繁瑣等一系列問題。5、總結(jié)新基建驅(qū)動著我們國家充電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，新能源充電樁作為我們國家城市新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重點方向之一，充電樁行業(yè)建設(shè)在政策支持下正推動著我們國家傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改革向網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字、智能化方向轉(zhuǎn)型。智慧充電系統(tǒng)基于人工智能技術(shù)著力提升充電樁系統(tǒng)的高度便捷信息化水平，是實現(xiàn)智慧生活的重要環(huán)節(jié)。電動汽車入網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間的能源互聯(lián)互通，借助V2G技術(shù)使得電動汽車具備負荷管理、調(diào)峰調(diào)度和數(shù)據(jù)分享的作用，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶互利共贏，助力電動汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車進程。充電樁運營商之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通，分享服務(wù)平臺具有更人性化的服務(wù)，提升了用戶的體驗感，有效地解決了車主充電時的困擾。在新基建的推動下，我們國家充電樁產(chǎn)業(yè)將來發(fā)展前景良好。以下為參考文獻[1]于進才.電動汽車快速充電站選址定容問題的研究與應(yīng)用[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022.[2]汪曉茜，孫智，黃越.當(dāng)下美國電動汽車充電設(shè)施的規(guī)劃方式方法和實踐[J].當(dāng)代