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2024充电网络十大趋势:超充化全液冷架构慢充直

发布时间:2024-02-11 19:15人气:

  1月30日下午,华为以“让有路的地方就有高质量充电”为主题,举办2024智能充电网络十大趋势发布会。发布会上,王志武从技术与行业两个维度,解读了2024年智能充电网络十大趋势。

  他称,过去3年,电动汽车持续超预期发展,在未来10年,整个电动汽车的保有量会增长至少10倍,乘用车会从当前的1800万辆快速增加到1.8亿辆,商用车会从244万辆增加到2234万辆,充电量至少增长8倍,会从当前的3000亿度电快速增加到2.4万亿度。2.4万亿度相当于当前全社会用电量的10%。

  回到充电网络本身,充电网络本质上仍然是整个电动汽车产业的第一痛点,是汽车电动化的产业底座,也是未来新型的城市基础设施。建好一张网,提升电动汽车的渗透力,同样也会繁荣本地的产业和生态。

  充电网络还有一个特点:它本质是地盘和流量生意。王志武认为,一次投资地盘,随着电动汽车流量的持续增长,未来一定会实现长期收益。

  2023年,华为与客户伙伴在50多个城市落地了超充样板,建设了20多条高速超充电网线环境极其严苛的川藏线路上实现了超充绿廊全线年华为将与客户伙伴建设10万根桩。

  过去5—10年,充电网络建设已经有了一定的基础。但是随着电动汽车数量的爆发式增长,存量充电基础设施的矛盾也在不断凸显。

  从当前来看,中国仍然有10%的充电服务区是没有建设覆盖充电站的,乡村的覆盖率更低,刚刚起步。

  从结构性上来讲,当前超过99%的充电桩是快充或者慢充为主,几乎没有超充桩的存在。这样的结构无法支撑电动汽车下一阶段的超充化发展。

  第二,设备质量差,只有3—5年的寿命,充电运营商还没有收回投资,设备就面临更换,这也是造成当前充电运营商普遍亏损的关键因素。

  第三,服务质量差,仍然有10%的充电桩是僵尸桩,车主到了以后无法充电,进一步加剧了充电焦虑。国家部委也注意到这一点,在去年连续密集16次发文,有12次强调了高质量发展,已经成为全行业的共识。

  王志武认为,未来践行充电网络高质量发展的四大路径包括顶层的统一规划和设计、底层的统一技术标准、政府的统一监管、用户运营的统一平台。

  技术侧方面,第三代半导体以碳化硅、氮化钾为代表的功率半导体已经实现了大规模量产,这两个技术的成熟不只带来效率上的大幅提升,更重要是实现了高压化。高压化对于超充来讲,意味着小电流,支撑了整个超充技术的快速发展。

  电芯侧,大倍率的4C电芯从去年开始已经实现了规模量产化。4C的超充电芯与普通的快充电芯相比成本是非常趋近的。在这两个因素作用下,超充化是一个不可阻挡的趋势。这从车企最近发布的车型上得到了印证。

  2021年,支持超充的车型只有8款,在2023年年底的广州车展上,支持超充的车型快速增加到113款。

  从商用车来看,超充的价值更加巨大,对于商用车来讲时间就是金钱。预测2028年,高压超充车型占比将超过60%。

  超充车型超过60%以后,对存量的充电基础设施会带来挑战,大量的快充慢充充电桩会面临升级和淘汰。

  2019年,国内运营车的占比高达80%,仅仅三年以后,私家车的占比快速抢占这个位置,达到了87%。

  运营车向私家车的快速过渡,使得底层的充电需求也在进行深刻地转变,会从以应用车为主的成本优先,快速走向以私家车为主的体验优先。

  当前的存量基础设施,数字化程度比较低,无法满足车主对未来美好出行的体验诉求,基本上有三个(痛)点:充不上、充不好、充不安心——一次充电成功率仍然小于85%,在充电过程当中噪音仍然是一个巨大的不舒适点,仍然有50%以上的热失控发生在充电过程当中或者充电后几个小时内,进一步加剧了车主的焦虑。

  这也是为什么大量的车企下场自建充电站,为的就是给自己的车主打造极致的充电体验。但是根据华为的统计,仅靠车企自建充电站,还不到全社会充电站的5%,显然无法实现大规模无缝覆盖。

  极致的充电体验有三大特征,第一:充电无忧。充电前的导引状态,状态可视,可为车主提供一键式的极致服务;在充电的过程当中,通过超静音,通过这种一次成功不跳枪的体验实现充电;在充电后可以通过协同安全,通过极低的EMC实现充电无虑,彻底打消电动车主对于安全的顾虑。

  如何解决这个问题,首先应该做到人、车、桩一体,打造一个端到端的强电安全的防护机制,为用户彻底缓解充电焦虑。

  从全球视野来看,充电运营商相比加油商,数量非常庞大。以中国为例,整个充电运营商的数量超过了3000家。庞大的车的数量、桩的数量再加运营商的数量,华为判断未来每年充电网络产生的数据流量至少会翻一倍。

  随着数据规模的不断扩大,网络安全漏洞、隐私保护问题一定会层出不穷。应该通过5层防护机制,从检测、保护、分域隔离、响应、恢复,为产业链上下游打造进不来、看不到、拿不走的端到端的网络安全防护能力。

  高质量的充电网络的安全可信,应该具有4“不”标准:隐私不泄露,车主不触电,车辆不起火,运营不崩溃。

  发电侧,以风电、水电为主的新能源在当前占比只有不到30%,但到2030年会快速增加到40%以上,对电网的稳定性造成冲击。

  在用电侧,充电网络本身也是一个不确定性的负荷,当前只有0.3%,大家感知不明显,但是2033年随着占比快速提升到10%以后,对电网造成的不确定压力也会非常大。发电侧和用电侧两个不确定性的碰撞,一定会带来大电网稳定性的大幅降低。

  以欧洲为例,能源危机以后,欧洲区域的新能源占比大幅提升,同时也带来了电网调频需求的大幅增长。2023年整个欧洲电网调频需求达到了4T瓦时,这个需求相比2020年整整增长了8倍。

  欧洲的调频需求包含了应急调频、一次调频、二次调频。面向未来,中国的电网和充电网同样会朝这个方向发展。

  未来怎么做好车网互动,还是要做好充电网络作为桥梁的作用,做到比特管理瓦特、网充车深度协同。网充车深度协同也给整个行业带来了新的技术诉求,包括调节的高精度、响应的低时延、V2G等多项功率的变换技术,需要全行业一起来努力持续发展。

  车网互动不是短期的事情,需要整个生态链长期共同努力。未来还会经历三个阶段,从当前的单向有序充电,逐步走向单向响应包括调频调峰,最终走向双向互动。

  当前充电网络最大的问题,就是电网的冲击问题。造成这个问题的本质原因是因为充电网络的市电利用率只有不到10%。

  为什么会这么低?是因为4个不确定性造成的:第一个MAP的不确定性,刚开始充电的时候电流很大,随之功率不断衰减;第二个SOC的不确定性,来充电的车剩余电量是不确定的;第三车型的不确定性,有出租车、网约车、私家车,也会有轻卡、重卡;还有一个就是闲忙的不确定,可能同时来很多车,也可能只有一辆车在充电。

  这4个不确定性导致了现在市电利用率的只有不到10%,那么面向未来要解决这些问题,最好的技术答案就是功率池化。

  通过一个场站内车位之间功率的大范围共享,来提升市电的利用率,通过超快一体来满足包括超充车型、快充车型甚至慢充车型不同车型之间的充电诉求,然后再通过市电增容的能力,实现小市电大充电。

  王志武认为,功率池化有四点具体的商业价值:第一体验好,不挑车,可以实现所有车型99% 的满足率;第二充电多,对于充电运营商来讲,相同的车位、相同的电力可以多充电30%;第三,建站省,虽然充电设备可能会有一定的成本上涨,但是更大头的超过50%的市电扩容和线缆的建设成本会有大幅下降,市电会下降40%,线%;第四能演进,不管未来车的发展如何变化,功率池化的架构能够实现快充向超充的演进,也可以实现单一的充电向光储充一体演进,帮助整个行业健康有序地持续发展。

  城市内部,建设的场景从商场、超市、公共停车场快速向居民小区、企业园区甚至工业中心下沉,在外部会向海边、矿区大量下沉,带来了高温、高腐蚀、多尘等严酷的环境。

  全液冷架构有三个特点:第一,高防护,敏感电路与外界完全隔离,第二,高效散热,第三不积尘,不会影响长期可靠性。

  整体上来讲全液冷架构有三重价值,其一通过低失效实现高质量和极低的运维成本;其二,10年的长寿命实现了充电设备与线缆及工程土建同等的生命周期,帮助运营商实现收益及商业回报的确定性;其三,不挑场景,帮助运营商面向未来可以广覆盖,为车主提供完全无忧的充电体验。

  慢充当前主要应用场景是园区、商场、超市、居民小区海量的地下停车场的充电位的部署。当前,整个行业99%使用的都是交流桩。

  传统的交流桩方案存在两个巨大挑战:第一个挑战是无法与电网融合,因为受限于OBC的单向充电能力,无法与电网进行多向的深度融合,而园区又是停充一体场景,是未来车网互动的核心场所。第二个挑战,交流桩无法与电动汽车实现车上车下的数字化互联互通,这样也造成了未来面向信息交付这些数字化的体验无法落地。所以华为判断,未来园区会大规模走向小功率直流,以支撑电网互动和数字化的体验。

  当前,小功率直流充电还面临成本相对较高等风险,王志武认为经过全社会努力是可以不断优化和改进的。

  小功率直流在园区场景的应用具备三大优势。第一,充电更快,可以完全破除OBC5000瓦—7000瓦小充电功率的限制,实现10千瓦—40千瓦更大的充电功率,在商场超市、园区这种3—4小时补能需求的场景有巨大价值。第二,长期演进,通过小功率直流化以后实现多向变化,实现数字化的互联互通,可以支持V2G、VPP这种高阶电网响应业务,同时也可以实现即插即充、积分结算,提升车主的体验。第三,海量部署。交流桩当前的市电利用率只有10%,如果说使用小功率直流技术实现高阶的有序化充电,把市电利用率提升到50%以上,就可以在现有同样的园区市电剩余电力下实现3—5倍的广覆盖部署。

  园区场景具备四大特征。第一,园区的用电模型是确定的,不管是用电高峰还是用电低谷相对确定的。第二,园区的屋顶资源非常丰富,非常适合部署光伏。以中国为例,园区的屋顶面积达到了地面面积的26%。第三,电价成本高,以工业峰值电价为例,成本达到了1.17元一度电。如果使用绿电,发电成本不足4毛。第四,限电频繁,即使是在深圳,仍然有25%的园区在用电紧张时段存在“开一停六”的现象。

  如何解决这些问题,达到经济收益的最大化,王志武认为,园区应该快速走向“光储充荷车云”一体的架构,通过云端的统一协调管理,实现电网、光伏、储能、车辆、生活负荷的高效协同,实现用电的经济效益最大化。

  园区微电网还会带来三重收益,第一重收益,通过负荷的互补协同调度,大幅减少电网冲击,实现“电网友好”。

  第三高可靠,在一些用电紧缺的场景,在电网电力不足的时候,可以通过把电动汽车内部储能存储的电量释放出来,协同供电,实现园区用电高可靠。

  存量的充电网络仍然存在广泛和大量的数字化孤岛效应,不管是网络层、场站层,还是设备层、车辆层,都存在数字化程度不充分,协同深度不够的现状。

  过去几年,头部的充电运营商和伙伴,也在努力加强数字化和智能化程度,但是最多打通2-3层,没有实现4层深度协同。

  这样的协同架构可以为未来的充电网络带来三重价值。第一,更好地使人车桩协同,帮助车主实现车装导引、无感支付,甚至以车辆自动驾驶协同实现自动充电。

  第二,更好地支撑电网协同。打造电网友好型充电网络,同时为未来的高阶电网响应包括毫秒级的延时、高精度的响应奠定技术基础。

  第三,全数字化的营维,通过对故障的远程诊断、自恢复,(用)全数字化的设备实现极低的运维成本,助力运营商更广泛、更低成本地大量覆盖。

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