许继 陈天锦：电动汽车V2G产品关键技术研究及应用

以下为演讲实录：
 

主持人：刚才余总讲的交流充电桩和市场出行关系密切，据我了解目前上海公共桩、专用桩里面80%还是慢充桩，我们小区的充电桩绝大部分都是慢充桩，就是交流充电桩。所以刚才余总讲的跟私人出行关系非常密切，跟公共出行也有关系，慢充桩。
 

    余总是“十年磨一枪”，循规蹈矩，精益求精，用匠心精神专注于交流充电桩，现在这个枪正在智能化，非常感谢余总的精彩报告。
 

    下午因为10位嘉宾，上半场的5位嘉宾演讲结束了，按理说应该安排一个中场休息，10个报告一下子停下来比较累，因为时间关系不安排了。 
 

    进入下午下半场，有请来自许继电源有限公司 陈天锦总工程师，给我们讲《电动汽车V2G产品关键技术研究及应用》。有请陈总！
 

    

    陈天锦：各位同仁，下面把我们这近一两年在有线、无线，双向充放电产品这块的开发和应用体会给大家做一个分享。
 

    一、项目背景

    目前在双碳目标下，从电能替代这个角度，负荷的类型发生了很大变化。特别在电动汽车规模化应用以后，对电网的管理带来很多挑战。
 

    我们在现在配电网领域，在双碳目标下，以后为了减排，必然会在配电网出现大量的分布式电源，还有电动汽车随机性的充电负荷。另外从用户角度，不仅是一个消费者，也会有一些分布式光伏接入到系统，同时也可以做一些发电。电动汽车不仅做单向充电负荷，同时跟电网进行有效互动。
 

    目前存在的情况，电动汽车的充电实际上目前来说还是无序的状态，在这种无序的状态下对电网的影响还是非常大的，会导致电网的管控难度。另外也会影响整个功率安全，特别在现在一些老旧小区，增加这种充电负荷，对供电的质量和供电安全性都会带来一些影响。
 

    电动汽车作为能源属性，跟电网之间不仅仅是一个充电的负荷，同时还可以通过有序的调控，发挥它的储能作用，如果在家庭内部的话，可以跟本身屋顶的光伏进行能源的消纳。另外在应急情况下可以提供应急供电，在智能园区消纳园区的新能源和提高能源园区效能这块，都会发挥相应的作用，在不同的场景下，作用不一样。今天重点从V2G双向辅助功能讲这个问题。
 

    二、国内外研究现状
 

    电动汽车目前跟电网的互动还是非常不充分的。从现在的充电，原先只是作为一个随机的负荷，现在因为电力系统要支撑这种规模化的电动汽车大量接入的话，实际上代价非常大。从电网公司角度，希望在现有的电网供电能力下，通过有序调供，延缓电力增容需求。有序充电实际上也是在原有的即插即充方式下增加了一些通过充电需求的预测和负荷的预测，通过这些激励政策进行用户的主动参与，来降低充电高峰期的用电。
 

    如果实现有序充放的话，就需要对负荷进行预测，包含一个对充电负荷，根据它的充电行为、行驶规律来预测区域内的电动汽车充电的需求。另外，对配电像一个台区或者区域级的，我们根据历史数据的分析，结合当前包括一些气象数据，建立一些模型，这里可以会用到一些大数据分析的结果来简单预测，目前我们在一个台区下，这个就是充电典型的负荷曲线。根据这两方面的结合，可以安排一些充电电价的信息，或者引导签约的客户进行有序充电。
 

    另外，在有序调控策略这块，根据负荷预测的结果通过一些电价调整，实际上我们最终的目标一个是要实现更经济的充电，另外就是能够让充电负荷跟踪负荷的计划曲线。除了通过这种措施，实际上在V2G对于电网来说，有调频的需求响应、调峰的辅助功能。
 

    从调频角度，前面大多数企业对这块还是比较少。特别是调频，更多是从电网稳定性的角度，从目前来说，因为本身参与互动的设备比较少，对所起的作用也是微乎其微。我觉得从技术研究的角度，需要从设备本身的技术研究相关的技术，如果这些技术具备参与电网调频的功能，后续通过一些相关的商业模式的创新，可以把很多V2G的设备参与到实际的调频和调峰的服务里面。
 

    调频就涉及到设备本身这块能够根据接入点的频率变化，进行快速的功率响应，还可以结合配电系统和台区的需求，在车联网平台调度的情况下，能够提供秒级稳定频率的有供的调节，在以后更大规模以后，可以通过更多车辆参与的情况下，提供分钟级长时间尺度的调频。
 

    这个就是从设备调频服务的话，可以分成不同的时间尺度，在充电设备本身它所采用的就是通过一些虚拟同步机或者下水特性一些闭环控制，通过频率的就地检测，来快速提供这种有功功率，比如说减功率或者是可以参与到电网的放电功率进行电网放电，这个就是在很短时间内提供频率支撑。
 

    目前单桩对于电网频率的稳定作用几乎可以忽略，更多看到的是集群的效应，只要在频率发生变化的时候，所有的设备可以在短暂时间内进行有益于电网频率稳定的方式去支撑的话，那么它数量多了以后，对电网来说就是有一个调频的作用体现出来。
 

    这是我们在设备研制所做的一些实验，这个也是在实际的设备，通过我们这个实验平台模拟电网频率的波动，这个设备所表现出来的频率响应的作用，有暂态的，还有秒级的，甚至更长时间的，应该说从这些实验波形来看的，设备本身能够具备这些功能。未来如何使用，就需要整个基础设施来配合。
 

    三、研发的一些产品
 

    首先从V2G，不管是有线的还是无线的，如果用常规的硅器件，因为电流拓扑不一样，相比传统的充电设备，不管从体积还是从效率来说，都还是有一定的差距。所以在新的产品或者是未来的市场里面的产品就需要采用新性的器件，主要聚焦于提高效率，减少体积的同时也是降低成本。
 

    这个就是我们采用碳化硅的器件，相比传统的硅器件来说，不管从节温、开关频率、损耗各方面的性能，都有大幅提升。
 

    另外不得不考虑功率芯片自给自足的问题，特别是现在国外的芯片很难买，我们在开发的时候就要考虑国产化替代的问题。这里面目前二极管已经有可用的、能够批量供货的、价格比较便宜的碳化硅二极管，MOS管这块目前也有少数几家能够进行小批量生产，为这个产品的开发和后续的降成本提供了很好的保障。
 

    在有线的无线的V2G充电桩这块，从它的构成来说（差不多），主要在剂量这块，因为涉及到双向剂量，所以构成差不多。另外从控制上来说，刚才重点提到的还是它的频率响应，实际上我们在它的控制方式上，特别在并网环节，控制策略里面加了下垂的控制。我们还有一款做了虚拟同步机的控制策略，在前面的实验验证也取得了一些实验数据。
 

    这是我们开发的V2G系列化产品，现在主要是20KW单桩的一桩一枪，另外还有一桩一枪和60KW虚拟同步机的充电机，这些产品目前在示范工程里面得到了应用。特别是20KW的也是体积更小，从产品的设计初衷，定位的就是高效率，通过全碳化硅器件应用，效率达到96%。
 

    另外在噪音设计这块，要考虑到更多应用在小区的场景，这种场景下就需要低噪音的设计，在夜晚能够在55以下，甚至减功率以后能够满足45一类噪声排放的要求。
 

    第三个就是小型化这块。从产品的设计来说，在结构的设计也采用开模，能够实现小型化，外观比较新颖。
 

    另外是无线充放电产品，现在无线充电配合着自动驾驶的应用，现在行业也非常火，双向充放电这块也是未来非常有前景的一个产品。
 

    这个就是我们在有线产品的基础上采用全双向主联图拓扑结构，这是全碳化硅结构。前几次基于交错的腾柱式的双向AC/DC，在后级DC/DC这块也是双有源桥的结构。这个产品我们开发完以后，能够实现两个方向的软开关设计。
 

    另外，我们在控制上也是采用三重的一相控制，能够实现它的全双相的能量变换，效率能达到90.1%，这个效率在大间距的情况下，效率达到90%以上，难度还是比较大的。这个产品我们也是通过了第三方检测，具备效率高，另外就是在安全性方面，通过电池暴露的检测，也是符合国际导则ICNRP的要求。为了降低电池辐射，实际上在这里面还有一些设计诀窍，另外也是实现高防护，采用全灌封的方式，能够达到IP67，另外也采用线圈结构设计，车端的线圈也实现小型化。这款产品我们也进行了装车。
 

    四、商业模式
 

    在双向有线无线产品推广应用来看，目前还是需要有一种能够盈利的商业模式。主要的获利方式还是用户通过签约参与平台管理的V2G双向应用。目前这种应用还是在以国网公司作为主要的倡导者，目前在国内也部署了将近四五百的样子，就是示范工程。另外就是平台功能通过这些示范工程进行了不断的升级迭代。
 

    这是国网的车联网平台，这块在接入不同的V2G桩类型上，从“云、管、边、端”的整体架构，打造了一个用户通过手机APP，方便参与V2G应用的网络平台。
 

    目前车辆这块，主流的车厂，特别在2019年大量的示范工程中，也经过了定制的开发，经过了相关的接入测试。目前做一些V2G的应用还是有不少的车型具备V2G的功能。
 

    从我们平台层面，它从策略管理、资产管理，从效益分析和一些预测或者是一些用户使用参与的功能，相对来说已经比较完备。
 

    这是前期做的试点项目，主要是我们公司参与的，包括同里小镇，人济大厦，通过这些示范工程也是推动这个产品和技术进步非常好的手段，在这个示范应用过程中，也对削峰填谷，通过一些电价的激励，参与电网互动相关的功能做了很好的验证。
 

    总结一下，V2G商用的话，四个方面：
 

    1）技术标准。相关的通用技术要求和信息协议方面还是不太完善。在标准这块，还是要有国际眼光，特别在V2G领域，开展标准的国际合作。
 

    推广V2G这块还是阻力非常大，毕竟它目前来说没有很好的盈利，但是这个已经纳入到国家的战略层面，V2G的应用未来也需要能源行业、交通行业主管部门通过强有力的措施来推进这个事情。
 

    2）基础设施。目前我们平台功能还是需要进一步完善，特别以后续力电厂的应用，都需要有平台之间的互联互通。在设备层面，从效率、成本这方面都需要再进一步提升。
 

    3）整车和量产车型这块，目前相对比较少，需要有更多车企参与V2G产业链的布局当中。
 

    4）用户参与获利机制。目前参与度还是比较有限，需要有一个更好的方便的途径，有比较合适的交易模式，能够实现共建设共赢，推进V2G真正的商业化、产业化。
 

    我的发言完毕，谢谢大家！