支撑电动汽车充电网的17项关键技术

我国规划到2030年电动汽车规模达1亿辆，必须建立满足规模化电动汽车每天充电的“充电网”。充电网连接着配电网，和电动汽车间形成安全智能充电和汽车大数据应用，对客户通过互联网链接需求和个性体验，实现低谷充电、高峰卖电，实现新能源车充新能源电。充电网的完整技术体系涉及技术的多学科、控制的多系统、问题的多维度、应用的多场景，是高度复杂的汽车、能源、人之间的技术和应用的新链接、新融合，具体包括17项关键技术。

1.新型高效电力电子器件应用技术

第三代宽禁带新型电力电子器件的设计及应用技术带来了充电网功率模块在更高电压等级、更高功率密度和更高效率等诸多方面的突破，需要以此为基础持续改进充电用电力电子模块的基本拓扑、结构封装以及综合集成技术。

2.充放电双向灵活变换和控制技术

规模化电动汽车将成为分布式移动储能资源，双向拓扑及四象限控制技术将逐步取代现有的单向拓扑控制技术，并提供更宽的功率变换范围，支持对端口电压、电流及其变化速率等进行更灵活的调整，实现车和电网之间的双向能量交互，适应并改善电网侧的电能质量。

3.充电网和汽车间的主动安全防护及故障隔离技术

电动汽车的充电安全系统中包含了车辆、电池、用户、电网、环境等因素。主动防护安全技术构建了互为备份、协同互动的安全保护策略，同时实现了电池安全、车辆安全、人身安全、充电设施安全及电网的安全，大幅提高系统安全性。

4.大功率柔性充电及电池寿命提升技术

大功率充电需要保证充电安全、支持延长电池寿命，需要针对不同车型、不同电池类型和不同的工况，计算出不同的充电和防护策略；需要实现电池类型的自识别，解决大电流、高电压带来的系统发热及拉弧等自身安全问题。

5.基于大数据的群管群控有序充电及车主、电网智能互动技术

电动汽车充电服务需要通过有序充电错开电网的高峰，需要为电网的调峰调频提供支撑。需要以市场机制为基础，把电网对辅助服务的需求和电动汽车移动储能的供给有效连接起来，充分激励电动汽车的拥有者释放出移动储能资源。

6.车、充、网、平台的高可靠通信及控制技术

广域互联充电网支撑体系融合小微传感器，借力物联网，实现电动汽车、充电设备、分布式微网的全维度状态精确感知。基于高并发通信处理框架与负载均衡的物联网数据桥接器，辅以车、充、网、平台的通信全过程监控诊断技术，提供可靠的充电服务。

7.充电网和新能源微电网的直流柔性融合和能量路由技术

融合电动汽车充电网的新能源微电网采用柔性交互的交直流设计方案，实现源和负载之间的高效交互。高级微网控制器实现微网的控制、保护、在线安全分析、智能传感器接入、电能质量监测、云端互动等功能；能量和信息双向、透明、友好交互，实现多端口灵活变换的能量路由器。

8.充电网的故障分析、隔离和快速恢复技术

充电设备需要准确定位故障的位置，精准快速隔离和切除故障的单元，保障系统级的运行不受局部故障的影响；还要能够智能分析故障的属性，采取尝试重新投入、切入备用的模块等措施，确保车辆能够及时充电。

9.面向无人驾驶的人工智能充电弓和无线充电技术

面向公交等大型无人驾驶车的大功率人工智能充电弓，通过持续监测触头压力、接触电阻、温度等指标和人工智能分析，确保可靠接触并解决除尘、除雪等困难。面向乘用车和商用车的无人无线充电方案，通过解决活物和异物检测、电磁兼容、互操作性等困难，持续提升无线充放电效率。

10.规模化大功率汽车充放电的电网互动协同技术

电动汽车充电基础设施需要最大限度减少对电能质量的损害并主动治理。能够合理安排充电启停和功率调整，控制和电网交互总功率的变化速率，抑制浪涌和下陷产生，减小对电网运行的冲击。

11.跨平台的互联互通及信息安全防护技术

通过与政府监管机构、主机厂、车辆运营商、电网企业等外部系统以及地图、支付等互联网平台进行互联互通，实现充电安全监管、充电站信息共享以及电网辅助服务和能源交易。需建立系统化、标准化的安全技术和管理体系，确保用户支付和隐私等信息安全。

12.超大规模云平台高并发与高可用技术

充电云平台系统具备高并发的互联网技术特性,同时又具有实时性强、可靠性高的工业控制系统特性。需要支持包括充电数据、汽车工业数据、智能硬件数据、能源交易和结算数据等异构多源海量数据的采集、清洗与分析，为智能充电和能源管理等运营运维提供保障。

13.基于充电网的汽车工业大数据分析诊断技术

充电网、互联网、物联网、能源网和交通网相融合而积累的海量数据，需要利用机器学习等技术进一步转化为直观、可理解的信息。要将运行和维护决策反馈到控制系统，构建“数据—知识—应用—数据”的闭环，不断提升模型的自主认知、学习和重构的能力。

14.基于海量传感器和人工智能的透明充电网在线诊断与智能运维技术

充电基础设施具有分散分布及户外运行的特点，需要基于海量传感、工业大数据平台和人工智能方法，实现设备健康状态诊断和故障预警等功能，实现被动维护向智能化主动运维升级；需要结合社会化运维系统，提高运维效率，降低运维成本。

15.基于大数据云平台的能源系统和充电体系的深度融合技术

规模化的充电网将和能源系统深度融合，形成物理上分离分布、运行上协同互动的有机整体。需要大数据云平台为电动汽车的出行需求和放电能力提供精准预测，和能源网的计划及交易系统相衔接，实现有效平抑能源网中多时间尺度的波动，防御和应对能源网中各种规模的扰动。

16.基于区块链的计量、计费和分布式交易结算技术

蓬勃发展的区块链技术为分布式的计量、计费、结算流程提供了全新的分布式记账支撑，电动汽车充放电相关的能源交易或共享以及碳足迹标定和交易是适应区块链技术的典型应用场景，充电网中将涌现出越来越灵活丰富的交易模式。

17.变电、配电、充电、放电、光伏、储能一体化集成技术

充电基础设施需要将变电、配电、充放电、光伏、储能进行户外一体化箱式结构设计，提高系统的的集成度和能量转换效率，减小设备占地空间并实现工厂预装。模块化的功率分配单元（PDU）大大提高了电力电子模块的利用率，使功率输出和分配更具柔性。

充电网是电动汽车赖以生存的基础设施新网络，是连接车联网、互联网形成的“三网融合”新能源互联网，是智能制造+充电运营+数据服务的价值闭环新生态，是新能源和新交通双向深度融合的新产业，需要这17项关键技术来支撑。

（作者单位：青岛特锐德电气股份有限公司）