（青島特銳德電氣股份有限公司董事長於德翔）
新能源汽車憑藉其環保等優勢，受到不少市民的青睞。在國家大力支持新能源汽車發展，以及環保理念越來越深入人心的當下，新能源汽車的發展前景似乎一片光明，但其充電問題則是長期以來廣大用戶最關心的問題之一。
據有關數據統計，到2030年，我國電動汽車規模有望達到1億輛，屆時電動汽車充電負荷將佔到城市居民負荷的30%以上，僅僅依靠小區和企事業單位電網的能力完全無法承受如此大規模充電樁的無序充電！建立滿足規模化電動汽車每天充電的“充電網”成為破解這一難題的關鍵。
與充電樁單一的充放電功能不同，充電網其實是一個小型複雜的微電網：對上連接著配電網，和電網間通過微調度形成智能互動；對下和電動汽車間形成安全智能充電和汽車大數據應用；對客戶通過互聯網鏈接需求和個性體驗，在能源端實現低谷充電、高峰賣電，實現新能源車充新能源電。
目前，全球業界尚未建立對充電網完整技術體系的認識，其原因是充電網涉及技術的多學科、控制的多系統、問題的多維度、應用的多場景，形成了高度複雜的汽車、能源、人之間的技術和應用的新鏈接、新融合。
只有真正掌握了支撐電動汽車充電網的17項關鍵技術，才有望切實解決“充電難”這一世界級難題。
1、新型高效電力電子器件應用技術。電力電子器件是汽車充電網中實現電能變換和控制的核心，是影響充電網的效率、可靠性、安全性及性價比的關鍵基礎，規模化充電網的建設需要不斷探索和充分應用電力電子器件的發展成果。以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代寬禁帶新型電力電子器件的設計及應用技術，帶來了充電網功率模塊在更高電壓等級（1000V+）、更高功率密度（60W/in3）和更高效率（98%）等諸多方面的突破，需要以新型高效電力電子器件為基礎持續改進充電用電力電子模塊的基本拓撲、結構封裝以及綜合集成技術。
2、充放電雙向靈活變換和控制技術。未來的規模化電動汽車除了作為便捷的交通工具外，還將成為支撐電網運行的分佈式移動儲能資源，低谷充電、高峰買電，車和電網之間的雙向能量交互式是必然趨勢，充電模塊必須支持能量的雙向變換及智能控制。相比於傳統的單向變換技術，雙向充放電技術在系統拓撲結構和控制技術上變得更加複雜，設計中的邊界約束條件更多。雙向LLC，CLLC及DAB等雙向拓撲及四象限控制技術逐步取代現有的單向拓撲控制技術。雙向變換的充電模塊需要提供更寬的功率變換範圍，能夠支持對端口電壓、電流及其變化速率等進行更靈活的調整，能夠適應並改善電池側的不均衡性，適應並改善電網側的電能質量。
3、充電網和汽車間的主動安全防護及故障隔離技術。電動汽車的充電安全是一個複雜的系統工程，這個系統中包含了車輛、電池、用戶、電網、環境等因素。但遺憾是傳統的電動汽車充電安全僅僅通過電池BMS實現，所以導致了很多的電動汽車充電事故的發生。主動防護安全技術從系統的角度出發，構建了互為備份，協同互動的安全保護策略，同時實現了電池安全、車輛安全、人身安全、充電設施安全及電網的安全，使得系統安全性大幅提高。同時，故障隔離技術實現了單一故障的及時檢測、保護和分離，防止故障的蔓延。故障隔離技術包含了車與車之間、車與樁之間，樁與人之間及樁與電網之間的故障隔離。
4、大功率柔性充電及電池壽命提升技術。充電安全和電池壽命在任何時候都是充電網首先要考慮的兩個最重要因素，特別是對於大功率充電，最核心的技術之一就是如何保證充電安全和電池壽命的延長，並避免對電網的衝擊，包括智能檢測技術、電池管理核心算法，大數據應用技術及自學習人工智能技術等。主要的難點在於，針對各種不同車型、不同電池類型和不同的工況，計算出不同的充電策略和保護策略；快速的電壓電流調節；歷史充電信息提取，電池類型的自識別，不同類型電池專家系統的建立等。除此之外，需要解決的問題就是大電流、高電壓帶來的系統發熱及拉弧等自身安全問題。
5、基於大數據的群管群控有序充電及車主、電網智能互動技術。規模化發展的電動汽車對電網既是巨大的挑戰，更是寶貴的資源。充電系統和充電服務需要最大限度減少對電能質量的損害和對電網的衝擊；需要利用充電負荷可調節的特性，通過有序充電錯開電網中其他負荷的高峰；需要為電網的調峰、調頻、調壓等提供支撐，特別是隨著波動性強的風、光新能源發電比例不斷提高，電動汽車移動式儲能需要和新能源發電虛擬組網參與調峰調頻。為實現移動儲能資源的利用，還涉及到人和社會的因素，需要以市場機制為基礎，基於大數據分析，在確保車輛基本出行需求的基礎上，把電網對輔助服務資源的需求和電動汽車移動儲能的供給有效連接起來，充分激勵電動汽車的擁有者釋放出移動儲能資源。
6、車、充、網、平臺的高可靠通信及控制技術。電動汽車在短時間內完成一次方便快捷的充電體驗的背後，是一個複雜可靠的廣域互聯充電網支撐體系。融合小微傳感器的智能檢測裝備，借力物聯網技術，實現電動汽車、充電設備、移動通信、分佈式微網、配電網的全維度狀態精確感知。同時基於高併發通信處理框架與負載均衡的物聯網數據橋接器，為海量傳感數據接入提供了穩定可靠的通訊服務。大功率充電時的電流電壓快速、精準、安全實時控制、大功率充電弓的精準定位，有效支撐了柔性充電、電網互動的可靠執行。輔以車、充、網、平臺的通信全過程監控診斷技術，能在充電異常出現的第一時間自動推送運維工單排查解決。
7、充電網和新能源微電網的直流柔性融合和能量路由技術。電動汽車充電網是新能源車與新能源微網的有效連接載體，新能源微電網採用柔性交互的交直流設計方案，實現各種源和負載之間快速的交互和響應，大幅提高系統的柔性和可靠性。基於直流母線系統和高效的電力電子變換器，實現電動汽車、儲能及光伏等能源與負載間的高效交互，通過減少光伏逆變再整流等環節提升能源綜合利用率10~15%。高級微網控制器實現微網的控制、保護、在線安全分析、智能傳感器接入、電能質量監測、雲端互動等功能，運用雙向直流計量、智能傳感等技術等實現新能源微電網各載體間能量、信息的雙向、透明、友好交互，實現多端口靈活變換的能量路由器。
8、充電網的故障分析、隔離和快速恢復技術。相較於傳統的電氣設備，充電網把車、能源、人、數據、支付均交織與一起，其物理結構更復雜，大量的電力電子模塊既增加了故障的概率，又為局部故障的快速隔離提供了可能。充電設備中，首先需要基於模塊自身的防護控制和系統級的分析判斷，準確定位故障的位置，精準快速隔離和切除故障的單元，保障系統級的運行不受局部故障的影響；還要能夠智能分析故障的屬性，對於可能是瞬時性故障的，嘗試重新投入，對於確認為永久性故障的，要及時切入備用的模塊，確保車輛能夠及時充電。
9、面向無人駕駛的人工智能充電弓和無線充電技術。今天的充電技術必須充分考慮未來無人駕駛技術的需求。對於公交車和大型物流車等無人駕駛車的大功率充電需求，人工智能充電弓技術是一個最合適的方案。該方案需要解決車輛定位、充電弓對位已經相應的防誤閉鎖等問題，需要提高人工智能的方法持續監測觸頭壓力、接觸電阻、溫度等指標，確保可靠接觸並解決除塵、除雪等困難。對於乘用車和部分場合的商用車，無線充電技術可提供最便捷的無人化充電方案，需要解決充電過程中的活物和異物檢測，無線充電的電磁兼容，無線充電的互操作性等困難，持續提升無線充放電效率，尋找和優化綜合的無線充電解決方案。
10、乘用車無人充電機器手技術。實現無人駕駛電動車的自動充電迫在眉睫，呼聲一直較高的無線充電在大間距、高位移感應線圈等核心技術方面已被美國高通公司等企業的專利佈局全面壟斷，而且無線充電很難突破功率和效率的限制。在傳導充電方式的基礎上應用機器人和人工智能技術，解決機械電機機構和大容量電氣傳導的融合、精準接插和大電流充電過程中的伺服通信和控制、車輛停泊期間的交互導引及協同等問題，實現了自動泊車和自動充電同步啟動、停車和接口位置精準標定、車輛身份自動識別、充電接口可靠鎖定、充電過程自動優化並可靠安全防護的無人充電機器手。
11、跨平臺的互聯互通及信息安全防護技術。通過與政府監管機構、主機廠、車輛運營商、電網公司、新能源發電企業等外部監控和運營系統以及地圖、支付等互聯網平臺進行互聯互通，實現充電安全監管、充電站信息共享以及電網輔助服務和能源交易。提升充電客戶充電體驗，提高充電站利用率，發揮充電網對智能電網的重要支撐作用。互聯互通的實施過程中，需建立系統化、標準化的安全技術和管理體系，無縫覆蓋認證鑑權、信息加密、安全審計等各個環節，確保公共基礎設施運行安全、用戶支付、隱私信息等數據安全。
12、超大規模雲平臺高併發與高可用技術。在充電網絡上有規模化的能源數據、汽車工業數據、人的行為數據等，雲平臺系統需要具備高併發、易擴展、海量數據處理的互聯網技術特性,同時又需要具備實時性強、可靠性高的工業控制系統特性。底層公共技術平臺要滿足系統的可用性、高性能、可靠性、安全性、易用性等多個維度的需求，支持微服務、分佈式、平臺化的理念設計，能夠快速構建創新型互聯網應用。平臺需要支持包括充電數據、汽車工業數據、智能硬件數據、訂單數據、能源交易和結算數據等異構多源海量數據的採集、清洗與分析，為智能充電、能源管理和精細化運營、設備智能運維等領域提供保障。
13、基於充電網的汽車工業大數據分析診斷技術。充電網、互聯網、物聯網、能源網和交通網相融合而積累的海量數據，需要利用數據挖掘、機器學習、聚類分析等處理技術使得數據不斷“透明”，將顯性化的數據進一步轉化為直觀、可理解的信息，利用應用建模、仿真測試、驗證等技術建立模型。通過將相關的多源信息進行融合，突破傳統的閾值報警和窮舉式專家知識庫運維模式。同時要將運行決策和維護建議反饋到控制系統，構建 “數據-知識-應用-數據”的良性循環，不斷提升模型的自主認知、學習、記憶和重構的能力。
14、基於海量傳感器和人工智能的透明充電網在線診斷與智能運維技術。充電基礎設施具有高度分散分佈及戶外運行的特點，若不能實現遠程運維，將會帶來高昂的現場運維成本。非常有必要實現充電設備的在線檢測、遠程監控和智能運維等。因此充電網絡需要基於狀態監測及人工智能的策略，運用海量智能傳感技術，實現信息採集、數據獲取、故障預警、趨勢預測、主動運維等功能，做到全景信息透明。在設備端智能微傳感器也會大量應用，除了採集傳統的電氣量以外，還能夠採集溫溼度、壓力、磁場等多類型的環境狀態以及絕緣、氣體成分等設備狀態信息。基於微傳感的原始信息和工業大數據平臺，結合因果關係的建模和人工智能方法，反演出傳感數據背後所代表的設備和系統運行狀態，直接用於進一步的設備健康狀態診斷和故障預警等功能。機器學習算法建立設備故障預測模型，基於積累的海量數據，針對非常規信息預測系統及部件在未來時間段可能出現故障的時間和發生故障類型，提前做出維護作業計劃，實現由故障引起的被動維護向設備智能化主動運維升級；結合社會化運維繫統，提高運維效率、設備可用率，降低運維成本。
15、基於大數據雲平臺的能源系統和充電體系的深度融合技術。規模化的充電網將和能源系統形成相互支撐、相互依賴的關係，能源系統作為充電網的能量來源，規模化充電網為能源系統提供巨大的調節資源，兩者將深度融合，形成物理上分離分佈、運行上協同互動的有機整體。需要大數據雲平臺為電動汽車的出行需求和放電能力提供精準預測，將其中的可調節能力和能源網的計劃及交易系統相銜接，進行聯合優化，實現有效平抑能源網中多時間尺度的波動，防禦和應對能源網中各種規模的擾動。
16、基於區塊鏈的計量、計費和分佈式交易結算技術。電動汽車充電網是連接分佈式移動儲能資源和電網的智能關口，需要對能源流動的方向、大小、時間、價格以及各主體之間的交易合約等信息進行準確、完整、連續且可追溯的記錄，為交易各方提供可靠的結算和交易依據。蓬勃發展的區塊鏈技術具有安全、透明、高效和去中心化的特點，為分佈式的計量、計費、結算流程提供了全新的分佈式記賬支撐，電動汽車充放電相關的能源交易或共享以及碳足跡標定和交易是適應區塊鏈技術的典型應用場景，隨著區塊鏈技術的不斷深入，將在充電網的中湧現出越來越靈活豐富的交易模式。
17、變電、配電、充電、放電、光伏、儲能一體化集成技術。上述各項關鍵技術決定了充電基礎設施高度複雜，需要將變電、配電、充放電、光伏、儲能進行戶外一體化箱式結構設計，內部採用模塊化設計，提高系統的集成度和能量轉換效率，減小設備佔地空間並實現工廠預裝。需要交直流雙母線系統對不同源荷進行有效組合，高壓側接入交流配電網，低壓側通過交流母線接傳統交流負荷，交直流母線間通過四象限變換器耦合，分佈式光伏、電池儲能及電動汽車充放電連接直流母線系統，整個系統構成交直流混聯微網系統。模塊化的功率分配單元（PDU）採用矩陣式連接，大大提高了電力電子模塊的利用率，並使功率輸出和分配更具柔性，並能對每個功能模塊實現智能運維；功率模塊需要良好的散熱，同時又需要乾淨乾燥的運行環境，這對充電箱變的環控設計提出了更高的要求，以提高充電系統運行的可靠性。
可見，充電網是電動汽車賴以生存的基礎設施新網絡，是鏈接車聯網、互聯網形成的“三網融合”新能源互聯網，是智能製造+充電運營+數據服務的價值閉環新生態，是新能源和新交通雙向深度融合的新產業；這個新網絡、新能源、新生態、新產業的“四新”需要這17項關鍵技術來支撐。
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