蔚来的充电技术以及换电和电网的互动关系

「可充、可换、可升级」的补能方式从来就不是蔚来一句口号，长期以来很多人对蔚来的补能方式都是和换电直接划等号的，但其实蔚来在充电技术上也有很大建树。

下面我们就来聊聊蔚来的充电技术，以及换电和电网的互动关系。

01

充电桩种类

桩柜一体式

有没有发现蔚来 20 kW 小直流快充跟 7 kW 的交流家充桩比起来，体积大很多？

因为 20 kW 小直流快充，进行交直流转换的充电机柜跟充电桩一体化，所以体积会比只有电流开关跟通讯的家充桩大很多。

充电功率上限由充电机柜内部配置的功率模块决定。

以 Tritium 的充电柜为例，每个充电功率模块是 25 KW，桩柜一体的容量能放置最多 3 组，因此表示的功率为 75KW。

充电线缆由于快充桩充电电流大，根据电功率 P = I V，直流无需考虑电抗，可推广成 P = I² R，即电功率与电流平方成正比。

电流过大会使线缆温度升高，充电电流会因此下降，从而降低充电速率。

对此有两种解决方案：

增大线缆面积，提升载流量(变粗)

采用更好的冷却技术，使线缆能更快降温(液冷)

Tritium 配置液冷接口，可使充电线缆更细，对车主充电使用更友好，不过价格较高。

国网常见的 60 KW 充电桩，单个模块是 15 KW，使用四个模块。

由于没使用液冷，纯靠风冷散热，当风扇全力运转时，会发出很大的噪音，况且散热效率较低，故障率较高。

桩柜一体的优点充电机柜体积较小，搬运方便，只要电容量足够接电就能工作。

缺点是受限于功率模块跟散热，充电功率上限不高。

并且造型要为充电功率妥协，皆采取又长又宽像大冰箱一样，这样安装跟运输才方便。

02

椿柜分体式

顾名思义是将充电机柜与充电桩分体设置。

将高压电经箱式变电箱(箱变)输入充电机柜，根据充电枪需求配置充电功率，能在云端监控充电桩状态，维护较方便。

充电机柜可以根据场地电容量与占地面积，决定需要多少充电功率，配置多少功率模块，并且跟充电桩的距离能灵活变化。

优点是充电功率能做到很大，大功率的功率模块放在机柜内，机柜能远离充电桩、车跟人，不受限于机柜，能自由扩充。

由于充电桩不受充电机柜限制，充电桩造型能自由变化，不用一定要用大冰箱造型，各家自建补能体系的车企都有其独特造型，可以一眼分辩出来是哪家车企的充电桩。

缺点是机柜要独立放置，需要使用场地较大。

大功率超充大多使用桩柜分体式。

大功率超充需要许多功率模块，当放置在同一个机柜内，加上散热需求，体积会很大，有时会大到一个货柜，不适合用桩柜一体式。

03

光储充

与桩柜分体式结构基本一致，额外增加储能柜，如果条件允许，可以再配上光伏和V2G充电桩，光储充是充电桩行业的新趋势。

由于大功率超充在高功率输出瞬间对电网的冲击很大，平时又会有许多电容量闲置浪费，对电网很不友善，因此需要配置储能柜，减轻对电网的冲击。

光储充目前有几种方案：

储充

通常大功率充电桩需要配置储能柜，以降低对电网的冲击。

以美国的 Electrify America(大众集团在柴油门事件后，与美国政府和解条件其中一项，需要推进电动车发展，广设充电站是计划之一)为例。

拥有 350 kW 大功率超充桩的站点，配置一套特斯拉 350 度、功率为 210 kW 的储能系统。

由于美国的电价市场化，峰谷电价差距很大，因此储能系统在电价低时存储电力，在高点输出电力，能最大限度减少对电网的影响并缓解需求激增。

况且美国的电价除了一般电费，还采取 Demand Charges(需求费用)。

消耗相同电量的客户端，会因耗电方式的不同，收到不同的电费账单。

何谓需求费用？

电力公司会截取一天中用电的最高峰值(通常是 15 分钟)，收取处罚性的电费。

一般电费是用多少度收多少钱(度*电价)，峰谷用电只是乘的电价不同。

需求费用则是单位时间内的最大使用功率 * 需求费用(kW * 需求费用)，而且需求费用带有处罚性质，是普通电价的数十倍到上百倍，有时需求费用会占电费超过一半。

也就是美国的电力公司，希望用电客户最好用电曲线很平缓，不要忽高忽低，峰值越极端，电费越离谱。

充电桩正好就是电力公司最讨厌的忽高忽低用户，尤其大功率充电桩的峰值往往极高，会被需求费用重重处罚。

因此，美国的充电服务公司有很强的动机设置储能，毕竟电费账单上的数字不容小觑，如果场地条件允许，可以再加装光伏，这就是第二种形式─光储充。

光储充

这方面最有名当属特斯拉。

2019 年在拉斯韦加斯建造的 V3 超充，当时铺天盖地的宣传，光伏加储能，可为充电站提供源源不绝的电力，不再对电网过度依赖云云。

理想很丰满，现实很骨感

光充储一体站目前大多是利用停车棚来布置光伏，能铺开的面积有限。

受铺设的面积、当地的日照情况与设置的充电桩数量影响，光伏发电约占充电总电量 5% 到 10% 之间，距离要摆脱电网，还远的很。

像特斯拉在上海首座光储充一体站，宣传写着「光储充一体化解决方案，自然能源循环利用的「魔法」，再度点亮上海。」

结果一看，光伏铺设约 200 平方米，以上海的条件，平圴一天能发约 130 度电。

此站有 2 组 V3 机柜 6 根超充桩、1 根目的地充电桩，130 度电还不够 6 根超充桩充 1 小时呢。

储能就更小了，只有 4 个 Powerwall，1 个 Powerwall 能存 13.5 度电，4 个不过才 54 度电，充满一台 Model 3/Y 就没电了。

可见此站主要是宣传用途，不论光伏或储能占充电的比例都很小。

所以，光伏铺设面积不大的光储充一体站，光伏只有辅助充电的作用，更大的意义在于展示绿色能源的概念。

这也是为什么特斯拉很早就提出「光储充」的口号，落地却很少。

但在「光伏整县推进」的情境里，意义完全不同。

随着整县推进光伏政策的出台，中国分布式光伏迎来新一轮发展热潮。

然而建筑屋顶种类繁多、资源分散且单体规模不一，以及配电网可接纳容量受限，可能引发潮流方向改变、电压越限与误触继电保护等不利影响，希望光伏发电能就地消纳。

为此推出的解方就是「光储充」。

将附近屋顶和停车棚的光伏发电汇流，利用云端EMS管理，做到「自发自用、余电存储」。

实现能源生产与负荷平冲、缓解配电网容量压力、节省增容费用、提高客户端供电的可靠性与经济性，构筑智能微电网。

使电动车成为光伏就地消纳的帮手，而不是电网的新负担。

不过这需要大量与各部门的沟通协调工作，不是件容易的事。

V2G + 光储充

更进一步，不止将电动车当做负荷，更是储能的一员，能充能放，这是理想的终极型态。

上汽飞凡有跟特来电合作设立一个示范站，装设：

40 kWp 光伏车棚

210 kWh 储能

9 台合计 150 kW 的直流充放电桩、1 台 45 kW 的充电桩

这里的储能用的是电动车的退役电池，是电池梯次利用的一环。

在 2021年北京大红门储能电站火灾后，能源局新版的《防止电力事故各种要求》，已经明确写到「中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池。」

很多人以为是不是不能用退役电池做储能了？

依然可以，只是不能做大。

动辄 MWh 的铁定不行，几百kWh的要严格选用一致性高且能溯源的退役动力电池，像此站就是直接把动力电池整包拆下，不进行拆分。

V2G 的充电桩为了保护动力电池，功率都不会很大，此站的充放功率 16.6 kW，大多数的 V2G 充电桩功率跟此相近，在 15 kW 到 17 kW 之间。

除了平面停车场，国网还有另一种立体停车场形式的 V2G + 光储充。

在南京的江北极客空间，装设：

200 kWp 光伏顶棚

3 MWh 储能

243 快充桩、147 慢充桩，总功率 12000 kW

是座地下两层、地上 8 层的复合停车场，在一楼的服务体验区，可供电动车企做车型展示，并设有餐饮区，提供餐点与饮料服务。

这需要很大的成本投入，国网也只做了几个试点。

阻碍 V2G 发展最大的问题是车主对电池衰减的焦虑。

电池包身为电动车最贵的部件，很多车主非常害怕电池衰减，电池只要有充放，就有损耗，差别只是不同的电池体系，损耗的程度不一。

V2G 要充放电，才能达到削峰填谷，要削峰就放电、要填谷就充电，不管如何，一定会加速电池的老化。

跟电池的损耗相比，V2G 那一点点电费显得微不足道，要说服车主别担心电池的衰减，现在电池的循环寿命已经很长，无疑痴人说梦。

光充换

利用换电站天生带储能属性，将光充储的储能换成换电站。

这方面走的最快是蔚来。

在专利 CN215663038U 中，已经将光伏与换电站结合。

前面提到，在车棚布置光伏的发电量不够多，顶多起到辅助充电的作用，在专利也证明这点。

光伏发电在此有三种利用方式：

由电网与光伏共同供电充电桩

蔚来很清楚，只靠光伏不足以支撑充电桩的充电需求，还是需要电网供电，从侧面证明车棚光伏的发电量并不多。

光伏供电换电站(余电存储)

如同一般储能站可以储存光伏的电能，换电站也能在充电桩没人充电时，储存光伏发电的电能。

光伏并网(余电上网)

在充电桩与换电站皆不需多余电能时，将光伏发电并入电网，实现从电力系统获得供电收入。

跟一般储能不同的地方，在于换电站通常不会执行从换电站向电网放电。

主要原因是电网有调峰需求时，通常也是换电高峰期，换电站无法同时兼顾，要优先照顾车主的需求。

沈斐在 2022 年的 NIO Power Day 中提到：「中午可能是大家吃饭休息的时间，很多用户去换电，那时往往是电价最贵的时候。

我们就会提前预测，那个小时大概有多少用户来换电，提前在平电的价格没那么贵的时候，把电充到满，尽量避免在最贵的那段时间充电，又不能耽误下个时间点用户来换电。」

他也提到目前蔚来有在试双向换电站，就是向电网放电，说到对电网在秒级、分钟级接受指令互动。

这不就跟上面写到的「换电站通常不会执行从换电站向电网放电」冲突吗？

沈斐讲到的是调频需求，才会需要秒级、分钟级的响应。

调峰是透过改变用电量(削峰填谷)，平衡用电负荷；调频是指电力系统频率中国是 50Hz 偏离时，稳定用电频率。

调频需要跟电网的自动发电控制 AGC 配合，跟随电力调度机构下达的指令，按照调节速率实时调整发电用功率，满足电力系统频率要求。

调频的性能指针，由响应速度、调节速率和响应精度三个指针加权平均，此指针是调频调度补偿的依据，将直接影响收益。

锂电池储能在这方面比起火电，能做到快速响应、精淮调节，很适合频调辅助服务。

因此，蔚来换电站切入的是频调，而不是调峰。
编辑：黄飞