王小磊：高級(jí)工程師，中國土木工程學(xué)會(huì)城市公共交通分會(huì)智庫專家，曾經(jīng)任重慶市公共交通控股（集團(tuán)）有限公司電車公司總工程師、BRT公司書記兼副總經(jīng)理、公交維修公司總經(jīng)理、恒通客車顧問、吉爾吉斯斯坦共和國史德洲（Шыдыр Жол Кей Джи）有限責(zé)任公司總機(jī)械師等。

　　最近作為新一輪汽車革命衍生的充電樁，與5G基建、特高壓、大數(shù)據(jù)中心、城際高速鐵路和城市軌道交通、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)并列其中在“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（以下簡(jiǎn)稱：新基建）”七大領(lǐng)域中，充電樁的發(fā)展機(jī)遇已經(jīng)到來。在此背景下，本文對(duì)城市公交這個(gè)大規(guī)模使用電動(dòng)公交車的行業(yè)，充電技術(shù)創(chuàng)新將會(huì)給公交帶來的變化做簡(jiǎn)要的介紹。

　　1. 關(guān)于新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

　　很久以來關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要指的是鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)、港口、水利設(shè)施等建設(shè)項(xiàng)目，因此也被稱之為“鐵公基”，因此，但凡基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，人們就會(huì)想到“鐵公基”。不過，這個(gè)概念被2018年12月19日至21日的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議打破了，“5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)”被作為“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”的定位。到了今年3 月 4 日，在中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)召開的會(huì)議上，決策層強(qiáng)調(diào)，要加快推進(jìn)“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”。區(qū)別于傳統(tǒng)基建，新基建主要立足于科技端，主要包括“5G基站建設(shè)、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”七大領(lǐng)域。新基建不僅涉及到投資，還關(guān)聯(lián)到由此孵化的諸多創(chuàng)新與應(yīng)用，也為新消費(fèi)、新制造、新服務(wù)所打開廣闊的空間。與傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不同，“新基建”的“新”也主要體現(xiàn)在以信息技術(shù)為代表的新型技術(shù)上，以5G為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施通過提高效率來帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，來支撐傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展的信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，加速全產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的融合，使得經(jīng)濟(jì)能夠在數(shù)字化的輔助之下產(chǎn)生新的質(zhì)變。目前重申加速新基建，主要是為了增加對(duì)沖疫情對(duì)經(jīng)濟(jì)的負(fù)面效應(yīng)，以及給70%還沒有完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)換上數(shù)字化引擎，以起到降本增效、煥發(fā)活力，從而應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)和轉(zhuǎn)型升級(jí)壓力，也是為未來的數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

　　2. 汽車充電產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)

　　對(duì)比傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，新基建所指的充電樁“新”在三個(gè)方面：首先，它是為不使用化石能源的新能源汽車服務(wù)的。其次，“新”充電樁所使用技術(shù)應(yīng)是電力電子技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)、數(shù)字技術(shù)，包括智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的結(jié)合、是傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)融合的一種方式。我們知道，作為信息的載體，數(shù)據(jù)幾乎是與整個(gè)人類歷史相伴隨的。在通信技術(shù)發(fā)達(dá)的今天，大數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)已開始成為全球經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，進(jìn)而影響到人類的價(jià)值體系和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方式。信息技術(shù)也帶動(dòng)了汽車技術(shù)的發(fā)展，城市出行的智慧化，使得汽車不僅是交通工具，而且是物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)、大數(shù)據(jù)的源泉、寬帶移動(dòng)的智能終端、現(xiàn)代通信技術(shù)的推動(dòng)者。充電樁所獲取數(shù)據(jù)的價(jià)值，是未來將進(jìn)入數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，它會(huì)是一種新的業(yè)態(tài)形式。因此，作為新基建項(xiàng)目的充電樁將不僅僅具有傳統(tǒng)的為新能源汽車充電的功能功能，還將被賦予數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)的內(nèi)涵，將為車輛在運(yùn)維和智慧出行等方面它可以提供幾方面有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的數(shù)據(jù)：

　　2.1 運(yùn)維數(shù)據(jù)

　　充電樁對(duì)新能源汽車進(jìn)行充電過程，本身就是樁與車載儲(chǔ)能系統(tǒng)不停對(duì)話的過程，通過二者之間“報(bào)文”持續(xù)快速的交換，對(duì)車的電池系統(tǒng)的電壓、電流、溫度變化，結(jié)合歷史充電數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)充電安全預(yù)警。還可以對(duì)車載儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行使用壽命和安全性進(jìn)行評(píng)估，為車主和制造商提供車輛的運(yùn)維數(shù)據(jù)服務(wù)。

　　2.2 能耗數(shù)據(jù)

　　充電時(shí)還可以通過與車輛控制系統(tǒng)通信，獲得本車的日均充電、用電量、日均行駛里程等數(shù)據(jù)，評(píng)估出該車的能耗水平，為業(yè)主、能源供應(yīng)商、制造商提供能耗數(shù)據(jù)服務(wù)。同時(shí)通過對(duì)所有平臺(tái)中新能源汽車的監(jiān)測(cè)，可以推斷各城市不同車型新能源汽車的保有量、。相關(guān)數(shù)據(jù)可輔助新能源汽車推廣、協(xié)助充電樁建設(shè)提高運(yùn)營效率、降低二手車信息不對(duì)稱，繁榮新能源二手車市場(chǎng)。

　　2.3 數(shù)據(jù)互通

　　在現(xiàn)代通信環(huán)境下，充電樁可以接入V2X，并形成車到充電網(wǎng)絡(luò)（Vehicle-to- Charging Network，V2CN）通信組件，通過充電網(wǎng)與V2X的數(shù)據(jù)互通，可以為新能源汽車提供最近的可充電地點(diǎn)及充電樁工況、狀態(tài)，以及前往充電地點(diǎn)的路況、所需時(shí)間等數(shù)據(jù)。通過車載智能系統(tǒng)等數(shù)據(jù)互通，可采集車輛重要行為數(shù)據(jù)，包括車主駕駛習(xí)慣、行駛軌跡、用車時(shí)長、周圍環(huán)境等，實(shí)現(xiàn)充電數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的全覆蓋。

　　2.4 出行數(shù)據(jù)

　　通過與車輛能耗數(shù)據(jù)，以及行駛記錄，可以采集到作為出行者的車主的：出行時(shí)間、距離、區(qū)域等出行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)共享，為智慧城市、出行平臺(tái)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　充電樁采集到的這些數(shù)據(jù)，可以由數(shù)據(jù)的定持有人將其放到數(shù)據(jù)市場(chǎng)共享并獲利，使用數(shù)據(jù)者購買這些數(shù)據(jù)的支出，可用來抵扣電費(fèi)、設(shè)備成本等，形成圍繞充電樁誕生的、智慧出行數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)鏈。

　　3. 電動(dòng)公交車充電的技術(shù)創(chuàng)新

　　3月4日之后，作為新基建的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，新能源汽車充電樁行業(yè)再次成為焦點(diǎn)，為新能源汽車充電行業(yè)的發(fā)展帶來無限的想象空間。

　　3.1 微電網(wǎng)（Microgrid）與公交

　　1) 關(guān)于微電網(wǎng)

　　微電網(wǎng)即微型電力網(wǎng)，是一組本地化的電源和輸出（負(fù)荷），它們通常與傳統(tǒng)的集中式供電網(wǎng)(外網(wǎng))連接并同步運(yùn)行，但可以根據(jù)物理或經(jīng)濟(jì)條件的要求自動(dòng)斷開并保持運(yùn)行。微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成、可提供電能的系統(tǒng)。1999年美國可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)，首次對(duì)微電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)、控制、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行了研究并于2002年正式提出了相對(duì)完整的微電網(wǎng)概念。根據(jù)美國能源部微電網(wǎng)交換組（U.S. Department of Energy Microgrid Exchange Group）的定義，“相對(duì)于供電網(wǎng)（外網(wǎng)），微電網(wǎng)是一組負(fù)荷相互連接的并且分布式能源界定清晰可控的實(shí)體。微電網(wǎng)既可以與外網(wǎng)連接用聯(lián)網(wǎng)模式運(yùn)行，也可以與外網(wǎng)斷開用孤島模式運(yùn)行?！蔽㈦娋W(wǎng)是在智能電網(wǎng)概念下提出的一種新型配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠充分利用大量小規(guī)模分布式能源資源集成到低壓配電系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)。微電網(wǎng)的誕生，不僅解決了分布式電源的大規(guī)模接入問題，還充分發(fā)揮了分布式電源的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，為用戶帶來了其他多方面的效益。微電網(wǎng)將從根本上改變傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)負(fù)荷增長的方式，在降低能耗、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性等方面具有巨大潛力。

　　2) 用于公交的微電網(wǎng)

　　傳統(tǒng)公交車替換成電動(dòng)公交車運(yùn)營后，需要充電的車輛集中在安裝有充電樁的停車場(chǎng)。大規(guī)模的集中充電將涉及城市供電網(wǎng)的增容改造，充電導(dǎo)致的負(fù)荷沖擊還可能影響供電質(zhì)量。集中充電還會(huì)增加分布在城市個(gè)區(qū)域運(yùn)營的電動(dòng)公交車的空駛公里，使本來就有限的車載能源用來增加運(yùn)營成本，這個(gè)問題一直是困擾公交電動(dòng)化運(yùn)營的一大難題。若根據(jù)微電網(wǎng)的理論，采取分布儲(chǔ)能電源的方式，為電動(dòng)公交車充電，不但可以用削峰填谷的辦法，減少對(duì)城市供電網(wǎng)的沖擊，還能夠少建大型停車場(chǎng)，化解公交與城市用地的矛盾。例如，城市中路燈的電源只在夜間為路燈供電，白天因?yàn)檫€要給交通信號(hào)、通信設(shè)備等供電，變壓器仍然工作，但負(fù)荷很小。如果路燈以變壓器為界，通過智控開關(guān)連接變壓器輸出端與儲(chǔ)能設(shè)備（一般采用退役動(dòng)力電池組+智能管理系統(tǒng)集成），把智能充電樁與儲(chǔ)能設(shè)備連接起來，形成一個(gè)典型的微電網(wǎng)。在白天路燈不工作時(shí)，供電網(wǎng)電源通過路燈變壓器為儲(chǔ)能設(shè)備充電，此時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)中起到的作用就是儲(chǔ)能；在夜間，路燈開始工作，儲(chǔ)能設(shè)備與供電網(wǎng)電源斷開，為夜間停駛的公交車充電，此時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備就是微電網(wǎng)中的分布式能源，充電樁就是微電網(wǎng)中的負(fù)荷。利用相同的原理，對(duì)遠(yuǎn)郊需要過夜駐站的線路也可用此方案，解決早班車駐站充電的問題。該方案還可用于快充車輛的中途或首末站補(bǔ)電。

　　3.2 碳化硅充電樁

　　電動(dòng)公交車因?yàn)殡姵厝萘看?，充電樁的體積也相應(yīng)較大，在為快充車輛充電時(shí)，因?yàn)榭刂圃ㄈ纾篒GBT）發(fā)熱等原因，限制了充電速度。碳化硅材料具有臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，基于碳化硅（SiC）的功率器件特別適合高頻、高壓和高溫的工作環(huán)境，在新能源汽車上已開始規(guī)?；瘧?yīng)用。由于SiC材料的晶體管可以實(shí)現(xiàn)比硅基功率器件更高的開關(guān)頻繁，因此可以提供高功率密度、超小的體積。體積要小同時(shí)還要能支持快速充電。幾輛車一起快速充電需要達(dá)到幾百KW的功率，一個(gè)電動(dòng)汽車充電站更是要達(dá)到百萬W的功率，相當(dāng)于一個(gè)小區(qū)用電的功率規(guī)模。傳統(tǒng)的硅基功率器件體積大，但SiC模塊則可以實(shí)現(xiàn)很小的體積滿足功率上的要求，適宜加入微電網(wǎng)分散安裝。已經(jīng)有產(chǎn)品證明，基于SiC器件的充電樁具有能耗低、體積小、節(jié)省空間、安全性高、提高充電速度等優(yōu)點(diǎn)，非常適應(yīng)未來充電樁高效率充電的需求，今后在IGBT替代中，除了碳化硅外，目前沒有其他新材料可以做到。受造價(jià)等多種因素限制，目前市場(chǎng)上成熟產(chǎn)品不多，在發(fā)展方面應(yīng)該有巨大的空間。

　　3.3 架空充電

　　目前電動(dòng)公交車的大電流快速充電，多采用“雙槍”，充電樁的“槍”與車上的充電接口觸點(diǎn)容易燒蝕，影響電動(dòng)公交車充電的故障比較多。國內(nèi)也有各種方式的架空充電的產(chǎn)品，但是需要通過“藍(lán)牙”或WIFI來進(jìn)行車與樁之間的報(bào)文傳輸，起碼在成本方面就增加了用戶的投入，故一直未能推廣。事實(shí)上，有些品牌的電動(dòng)公交車（如：Proterra、Volvo、Tosa等）雖然多數(shù)采用架空充電，表面看與國內(nèi)的方式相同，本質(zhì)上卻有區(qū)別。根本的不同在于：儲(chǔ)能電池的充電與新能源汽車的再生制動(dòng)工況類似，充電樁原則上提供直流電源即可。當(dāng)然，要這樣充電，整車“三電系統(tǒng)”等設(shè)備的技術(shù)路徑等都需要重新調(diào)整。不過，電動(dòng)公交車使用架空方式大電流充電可以解決公交車充電安全、經(jīng)濟(jì)、快捷等問題，是到目前為止，最受電動(dòng)公交車駕駛員歡迎的一種充電方式，也可能是未來發(fā)展的方向，但是技術(shù)及成本等問題需要充電樁及主機(jī)廠等多方協(xié)調(diào)才能解決。

　　4 小結(jié)

　　充電樁被納入新基建“大家族”，就預(yù)示了新能源汽車及充電樁行業(yè)的發(fā)展機(jī)遇，預(yù)示著電動(dòng)公交車充電的技術(shù)創(chuàng)新即將到來。根據(jù)充電樁行業(yè)的特點(diǎn)，創(chuàng)新的途徑不外乎技術(shù)與服務(wù)兩方面：在技術(shù)方面，“新”代表新的數(shù)字化技術(shù)，充電樁要融合所涉及的通信、網(wǎng)絡(luò)、智能化技術(shù)，并且使充電樁服務(wù)從智能化逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔刍?wù)；在服務(wù)方面，“新”代表新的數(shù)字經(jīng)濟(jì)，要著眼于基于充電數(shù)據(jù)的后服務(wù)市場(chǎng)。傳統(tǒng)的充電樁運(yùn)營收入以充電服務(wù)費(fèi)為主，收入來源單一且增長空間有限。通過充電時(shí)采集大量數(shù)據(jù)，以增值數(shù)據(jù)服務(wù)，進(jìn)而打造一個(gè)更大的后服務(wù)市場(chǎng)。事實(shí)上，技術(shù)發(fā)展空間是相對(duì)有限的，充電樁歸根結(jié)底是考驗(yàn)精細(xì)運(yùn)營的服務(wù)行業(yè)，明晰的商業(yè)邏輯、完善的運(yùn)維體系、先進(jìn)的硬件基礎(chǔ)，才是企業(yè)可持續(xù)生存的根基。