“双碳”背景下电动汽车充电基础设施软硬件发展趋势研究

何 蛟，张谦然

（1.重庆内陆开放高地协同创新中心，重庆400000；2.Valley Christian High school，The United Statesof America Stateof California95111）

1 引言

2020-09-22，习近平总书记在第75届联合国大会上提出中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现“碳中和”。能源是经济社会发展的重要基础和动力，交通领域的“电能替代”与“清洁替代”成为实现“碳达峰、碳中和”的必经之路，而电动汽车的发展又是“电能替代”与“清洁替代”必有之路。按照IEA的统计，过去十年来随着电动汽车销量的快速增长，电动汽车占全球汽车总数的1%左右。在可持续发展情景（SDS）中，到2030年，全球汽车中的13%将是电动汽车，2019—2030年间年均增长36%，未来电池电动汽车约占全球电动汽车销量的3/4。作为电动汽车的重要能源基础设施，充电网络也同样正处于产业快速发展的导入期，设施规模不断扩大。“碳达峰、碳中和”背景下研究电动汽车充电基础设施软硬件发展的趋势有着重要的意义。IEA预测2000—2030年电动汽车在可持续发展情景中的份额如图1所示。

图1 IEA预测2000—2030年电动汽车在可持续发展情景中的份额

2 电动汽车充电基础设施硬件与技术发展趋势

2.1 充电基础设施硬件

充电基础设施硬件主要包括城市公共充电设施、城际快充站、集中式专用充电站和分散式专用充电桩等。公共充电设施与城际快充站一般为大功率快充设施，前者安装在公共建筑物配建停车场、公共停车场等，后者分布在高速公路沿线服务区，面向普通公众服务。大多数公共充电设施为专业化或商业化公司拥有，结合规模建设不同类型设施，如在交通干道建设快充，在商场等建设慢充，以营利为目的开展经营工作。集中式专用充电基础设施主要是安装在公共交通、环境卫生等特殊专门场站建设的专有充电站，集中式专用充电基础设施可以根据服务对象的充电需求和特征进行配置和优化，实现高效充电服务。分散式专用基础设施一般分布在单位内部、居民小区自有停车场内，将用户的车位或车库中进行改造建设，一个车位配置一个充电桩，以低功率慢充为主，部分配置快充。

2.2 充电基础设施的充电技术

当前，充电基础设施的充电技术主要分为交流慢充、直流快充、直接更换电池与无线充电4种方式。交流充电方式是通过小电流即0.1～0.3 C，在相对较长的时间内对电动汽车的蓄电池进行慢速充电。常规蓄电池一般均采用0.1～0.3C恒压恒流三段式充电，充电时间一般需要5～10 h。一般功率为3～7 kW，特斯拉、比亚迪均有较高功率产品（国标最高支持40 kW）；充电桩结构简单造价低，需要使用车载整流、散热等设备。交流充电方式的优势在于充电设施及其安装成本相对较低；利用低谷电价时段进行充电，可大幅降低充电成本。交流充电方式的劣势是充电时间相对较长，不能满足电动车紧急运行的需求。

直流充电方式是指通过1～5 C较大电流在最快0.2～1 h的短时间内，为电动汽车进行快速充电的一种方式。直流充电方式一般为大功率快充，40～450 kW；充电桩需要具备较复杂的整流、散热、通信等功能模块，造价较高。直流充电方式优势在于充电时间短，提高了充电的便利性。直流充电方式的劣势包括对电动汽车充电的效率偏低，直流充电的充电设施及安装成本和充电成本较高，同时由于充电电流大，将影响电动汽车电池寿命，还可能存在一定的安全隐患。快速换电车辆补电时间最短，一般在5～10 min内；换电设备造价高昂，目前支持换电的车辆类型较少，适用于公交、出租等特定场合。快速换电的优势是电能补充不受时间地点限制，电池更换时间与燃油汽车加油时间相近。快速换电的劣势包括造价昂贵、回收周期长、商业模式需要探索等。

感应式充电，又称无线充电或无线供电（Wireless Power Transmission），是以电磁场为媒介实现电能传递的供应方式，受限于传输效率低、有效距离短、位置要求高、标准规范不健全等因素限制，目前还不具备大规模实用的条件。

3 充电基础设施的软件平台与服务体系

3.1 充电基础设施的软件平台

充电基础设施软件平台的组成部分有手机APP等智能终端、充电设施和服务器等云端数据处理器3部分组成。通过充电基础设施软件平台可以向用户、第三方充电运营商和政府（监管部门）提供客户服务、资费交易、清分结算、电子商务、查询导航与预约充电、资源监控管理和增值服务等服务内容，具体如表1所示。

表1 充电基础设施的软件平台建设

3.2 充电基础设施的服务体系

充电基础设施的服务体系由基本服务和增值服务组成，如图2所示。基本服务包括充电服务以及相关的信息服务，做好基础服务是充电运营商增强核心竞争力，构筑竞争优势壁垒的关键。

图2 充电基础设施基本服务体系

3.2.1 基本服务

充电基础设施的基本服务包括充电服务和信息服务。

充电服务。充电服务是指为各类电动汽车提供安全可靠充足的电能补给服务。充电服务包括公共充电服务和专用充电服务，公共充电服务是为城际快充站和城市公共充电设施提供服务，公共充电服务又细分为临时充电和计划充电。

信息服务。通过客户端提供信息查询，包括充换电设施位置及状态、充电预约、支付结算和综合信息查询等。

3.2.2 增值服务

在基本服务基础上，充电运营企业可为用户、相关商家以及上下游产业方提供更多增值服务，充分挖掘各方的潜在价值，提高综合效益水平。增值服务包括电子商务服务、电动汽车综合服务和电网互动与中间商服务。

电子商务服务。电子商务服务通过引进各种媒体与商家，形成市场平台，提供公益和商业广告等服务，为充电设施场地方提供客源引导服务等。

电动汽车综合服务。电动汽车综合服务向电动汽车服务产业延伸，提供车辆销售、售后、金融、保险、租赁、停车等综合服务。

电网互动与中间商服务。电网互动与中间商服务提供电动汽车参与智能电网互动的代理服务，以及参与电力市场、碳市场的交易经济服务。

4 结论

本文总结了充电基础设施由硬件和软件构成与发展趋势，硬件包括城际快充站、城市公共充电设施、集中式专用充电站与分散式专用充电桩4大类充电基础设施。充电技术又包括直流慢充、交流快充、直接换电以及无线充电4种主要技术。软件主要指配套的信息服务平台。通过信息服务平台可以引导优化用户充电行为，是提高用户体验的关键所在，也是对接充电运营商、用户、车企、商场等和地方、政府等相关方的重要媒介，还是创新商业模式、拓展增值业务的基础支撑。电动汽车充电设施与网络的快速将会有利于城市能源系统的快速升级，也将有利于“碳达峰、碳中和”战略目标落地实施。