来源:市场资讯
(来源:电力国际汇epintl)
随着智能双向充电技术的推广,电动汽车车主可降低充电成本,部分场景下还可通过参与调频等电网服务获取收益。负荷转移与车网互动(V2G)能力可为电力系统带来显著效益,既有助于削减峰值用电负荷,并有望降低未来电网投资需求,而车主可因此获得相应补偿。
PART/ 01
车网互动技术可缓解电网压力,但障碍尚存
电动汽车的推广是全球电力需求增长的核心驱动因素之一。居民侧电动汽车充电的用电功率高于家庭供暖、制冷、照明、家电等其他各类单一用电负荷。加之出行与充电行为易造成用电需求短期内集中,形成波动性强、难以预测的负荷特征,会引发配电线路拥堵与电压问题。随着全球多地电力系统持续接入更多的波动性可再生能源,维持电力供需平衡的难度与成本正不断攀升。
电动汽车可通过智能充电提供可观的需求侧灵活性。除此之外,车网互动技术可通过双向功率流动,使电动汽车具备提供电网稳定服务的能力。但要充分释放这一潜力,需大规模推广适配车网互动技术的车辆与充电桩,建立多主体兼容的通信协议,同时配套完善的测试体系、监管框架与经济激励机制。
通过可控充放电过程,电动汽车电池不再只是电网侧的用电负荷,而可成为具备储能功能的柔性设备。灵活性可分为多个层级:单向智能充电(V1G)可调节充电功率,使用电需求与发电出力曲线相匹配,或缓解线路拥堵;车辆楼宇互动(V2H/V2B)模式下,电动汽车还可向家庭或建筑反向供电,既可用作停电时的备用电源,也可结合动态电价、提升屋顶光伏自发自用比例来降低用电成本;车网互动技术可将电动汽车电池的电能送入电网,在电网稳定支撑与成本优化方面具备颇为突出的潜力。另一类双向应用为对外放电(V2L)功能,可通过交流插座为工具、家电、电子设备等供电或充电。
实现双向充电对电动汽车提出了额外技术要求,尤其会影响电池管理系统(BMS)、电力电子器件与通信协议的设计及运行,上述模块均需确保反向电流输出安全,且严格符合针对发电设备的电网接入规范。交流型车网互动系统由车载装置完成电池直流电到交流电的逆变,车载电力电子器件需满足电网接入要求,因此需新增电网频率测量等功能;直流型车网互动系统则由外部充电桩承担上述功能。电池管理系统需在保障放电安全的前提下,严格管控荷电状态与温度阈值,尽可能降低因充放电循环次数增加带来的电池衰减。此外,还需升级通信协议,使电动汽车不仅可向充电桩传输充电限制条件,还可传输放电阈值与循环参数。
充电站管理系统又称后台系统,是充电桩与电网之间的通信接口,也是数据管理与充电优化的核心平台。该系统可接收容量约束、分时电价、负荷转移需求等电网侧信号,以及荷电状态阈值、循环限制、预计驶离时间等车辆侧信息,基于上述输入数据计算最优充电时序,并向充电桩下发控制指令。在当前商业化模式中,后台系统多由负荷聚合商运营,作为面向车主的打包服务组成部分。
PART/ 02
车网互动规模化推广需多方兼容,
配以先进电池管理系统
◆现有通信标准落地一致性不足
支持联合充电系统(CCS)接口电动汽车与充电桩双向功率传输的国际通信标准ISO 15118-20于2022年发布,后续数年陆续修订,但目前尚未实现统一、普遍的落地应用。现行版本的标准在多项内容与功能上留给厂商不同的解读空间,因此当前已商业化的车网互动方案大多仅适配一款或少数几款车型,且对应专属充电桩型号,采用专用通信协议。目前,国际能源署电动汽车技术合作计划第53工作组正牵头制定测试流程,以验证ISO 15118-20标准的科学性,以及不同品牌电动汽车与充电桩之间的多主体互操作性。政策层面应在技术成熟后优先支持多主体兼容方案,保障用户选择权,促进车辆、充电桩与负荷聚合商平台之间的市场竞争。
此外,各国电网导则与监管要求存在区域差异,导致电动汽车与充电桩可能仅能在单一国家或区域开展车网互动充电。加之电网信号从电网运营商、负荷聚合商传递到车桩通信环节存在标准化缺口,因此当前商业化车网互动方案均未实现跨国推广,且仅绑定特定电力企业。联合国欧洲经济委员会(UNECE)提出,统一各国电网导则、完善通信链路标准化,可推动电动汽车、充电桩与能源市场主体实现全球范围的兼容互通。
◆先进电池管理系统可提升车网互动的经济价值
过去,车主与整车厂商对车网互动技术的核心顾虑之一,是充放电循环次数增加会加速电池衰减。但近期测试与建模研究显示,车网互动应用场景下的电池衰减可得到有效控制,同时车主还可通过参与电网服务获取收益。
管控得当的车网互动运行模式,相比无管控充电甚至可降低电池容量衰减速率。电池性能衰减由日历老化与循环老化共同导致:日历老化与电池平均荷电状态高度相关,循环老化则随放电深度增加呈非线性上升,且荷电状态接近上下限时衰减会加快。无序充电模式下电池会尽快充满,相比之下,单向智能充电与车网互动应用场景下电池平均荷电状态通常更低,可抵消循环次数增加带来的衰减影响。
整车厂商希望降低保修成本风险,车主则需明确车网互动收益能够覆盖电池衰减导致的损失。当前电动汽车电池的常规保修标准为:使用8至10年或行驶16万公里后,容量保持率不低于70%。因此,车网互动带来的电池使用频次增加会给整车厂商带来财务风险,目前厂商正通过多种措施管控相关风险。如前文所述,当前多数车型仅支持对外放电和/或车楼互动功能,暂不支持车网互动,而前两类功能的充放电循环强度通常较低。在支持车网互动的车型中,厂商多要求使用认证或专属充电桩,并限制电能吞吐量,以此管控车网互动运行过程。推动车网互动规模化应用的核心环节之一,是部署集成衰减预测模型的电池管理系统,从而在车网互动运行中实现更精准的成本收益优化,提升用户信任度。
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