能源安全视角下新能源汽车双向峰谷充放电技术与应用研究

摘要:本文从能源安全的视角出发，探讨了新能源汽车双向峰谷充放电技术的研究与应用。首先分析了新能源汽车的发展现状和能源安全问题。接着，详细描述了双向峰谷充放电技术的概念和特点、原理及模式，以及各自的优缺点。同时，本文还阐述了政策环境和市场需求、充放电策略设计与实现、各种新能源汽车的双向峰谷充放电技术应用研究，以及双向峰谷充放电技术应用案例分析，探讨了其对新能源汽车充电设施和电网的影响。最后，展望了技术挑战和难点、双向峰谷充放电技术的未来发展方向以及未来发展趋势。

一、引言

随着全球经济的快速发展和人民生活水平的提高，对能源的需求量越来越大。然而，传统化石能源的供给受到了各种因素的制约，如资源枯竭、环境污染等问题。根据《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和国家发展改革委和国家能源局的《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》，新能源技术的发展成为当前全球关注的焦点。

新能源汽车作为新能源技术领域中的一个重要分支，在减少传统汽车尾气排放、改善空气质量、缓解能源压力等方面具有不可替代的作用。在新能源汽车中，电动汽车因为具有零排放、低噪声、高效节能等特点，逐渐成为市场主流。其推广和发展对于能源的可持续利用和环境的保护具有重要意义。然而，新能源汽车的发展也遇到了许多难题，其中之一就是储能和充电问题。新能源汽车的电池寿命和续航里程直接影响着用户的使用效果和体验，这也成为制约电动汽车进一步普及的主要瓶颈之一。

针对电动汽车的充电问题，目前已经出现了很多解决方案，其中双向峰谷充放电技术被认为是一种可行且有效的解决方案。这项技术是利用电网峰谷价差，将电动汽车电池作为储能装置，在低谷时段进行充电，在高峰时段进行放电，以此达到平衡电网供需的目的。实现这项技术对于提高电力系统运行效率、缓解电网负荷压力、稳定能源系统和促进新能源汽车的普及等方面都具有重要意义。本文将从能源安全的视角出发，研究新能源汽车中双向峰谷充放电技术的实现与应用。

二、能源安全视角下的新能源汽车

2.1 新能源汽车发展现状

随着环保意识的不断提高和政策的支持，新能源汽车已经成为中国汽车行业乃至全球的重要发展方向。根据国家统计局发布的数据显示，2022 年我国新能源汽车销量688.7万辆，同比增长93.4%，销量占全年汽车总销量的25.6%，占到全球销量的61.2%。同时，据中国汽车工业协会预测，到2035 年我国新能源汽车保有量将超过5 000 万辆。

在全球范围内，电动汽车制造商也在不断涌现。特斯拉、比亚迪、日产、宝马等知名汽车品牌都纷纷推出了各自的电动汽车产品线，并不断创新技术，以提高电池续航能力和充电速度。

2.2 能源安全问题分析

尽管新能源汽车市场正在蓬勃发展，但能源安全问题仍然是一个需要重视的问题。首先，新能源汽车的普及程度还不够，依赖于传统化石燃料的汽车仍然占据主导地位。这就意味着，如果新能源汽车的供应受到某些因素的限制，如政策、技术等方面，将会给能源供应带来巨大的压力。

其次，新能源汽车需要耗费大量电力进行充电。电力系统自身就存在着负荷不平衡的问题，如果在高峰期间大量充电将会对电网造成很大的冲击，从而导致电力系统的不稳定和安全隐患增加。

最后，新能源汽车所配备的电池储能装置是一项关键技术。目前，电池储能装置的生产还存在成本高、资源缺乏、回收利用等问题，这些问题同样会制约新能源汽车的发展和普及。

三、能源安全视角下新能源汽车的双向峰谷充放电技术研究

在能源越来越紧张的现实情况下，寻求新能源的替代成为缓解能源短缺问题的有效途径，而提高能源利用效率也成为当今能源领域的热点。作为新能源领域的重要一环，新能源汽车已经引起广泛关注，并成为各国政策的主导方向之一。与传统汽车相比，新能源汽车更加依赖于稳定、可靠的电力源供应和可靠的充电基础设施。如何提高新能源汽车在发电、储能和充电等方面的效率，已经成为当前能源领域研究的核心问题之一。

众所周知，新能源汽车所使用的电池一般都是锂离子电池，其性能在不同温度和电荷水平下有所变化。传统的充电模式只关注在一个固定的时间内为电动汽车充电，并不考虑最佳的充电温度和时间，因此在充电效率和电池寿命等方面存在很大局限。而双向峰谷充放电技术则能够解决这一问题，提高新能源汽车的充电效率和减少能源浪费。在新能源汽车不使用的时候，把车上的动力电池当成一个小型储能系统接入电网，为局部电力稳定做贡献。

3.1 双向峰谷充放电技术的概念和特点

双向峰谷充放电技术是在双向直流快速充放电技术的基础上发展而来的。它利用电网电价波峰波谷变化进行新能源汽车的充放电控制。通过预测未来的电能价格波峰和波谷，该技术利用电动汽车电池的储能功能，在波谷期间充电，在波峰期间放电，从而实现对电池的高效管理。由于该技术能够充分利用电池资源，保障用电安全，因此受到了广泛关注，并在多个地区得到了广泛应用。

双向峰谷充放电技术的特点包括3点:首先，该技术能够减少电池的亏电状态次数，提高电池寿命;其次，该技术使充电的温度和时间得到合理控制，从而提高充电效率;第三，该技术應用非常广泛，涵盖家庭储能、公用储能、新能源汽车充电等多个领域。

3.3 双向峰谷充放电技术的优缺点

双向峰谷充放电技术在提高新能源汽车效率和电能利用效率方面优点明显，其具体优缺点如下:

优点:

(1)合理控制电池的温度和充电时间，从而提高充电效率和延长电池寿命;

(2)有效利用电池容量，实现较好的储能管理,

(3)可通过远程控制对新能源汽车的充放电进行管理和优化;

(4)可以缓解电网峰谷负荷不平衡的问题;

(5) 降低充电成本，同时提高充电效率。

缺点:

(1)双向峰谷充放电技术需要高精度的充放电控制，并对电池状态进行较为细致的监测，因此需要投入较多的人力、物力和财力;

(2) 电池的充放电特性意味着会有一定的损耗，因此需要研究如何降低这种损耗;

(3)充电设施的建设需考虑电池的可充放性，并解决充放峰谷值等问题,

综上所述，双向峰谷充放电技术是一种基于电网电价波峰波谷特点的充放技术。它通过控制新能源汽车电池的充放电，使得充电时长和充电温度得到合理控制，进而提高了电池寿命和充电效率，并降低了充电成本。随着新能源汽车产业的不断发展，双向峰谷充放电技术将展现出广阔的应用前景。

四、应用方案

图1 平台结构图

充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。通过平台可对充电桩的功率、电压、电流等参数进行实时监控，及时发现和处理充电桩故障和异常情况对充电桩的功率进行控制和管理，确保充电桩在合理的功率范围内充电，避免对电网造成过大的负荷。

五、安科瑞充电桩云平台具体的功能

平台除了对充电桩的监控外，还对充电站的光伏发电系统、储能系统以及供电系统进行集中监控和统一协调管理，提高充电站的运行可靠性，降低运营成本，平台系统架构如图2所示。

图2 充电桩运营管理平台系统架构

大屏显示：展示充电站设备统计、使用率排行、运营统计图表、节碳量统计等数据。

图3 大屏展示界面

站点监控：显示设备实时状态、设备列表、设备日志、设备状态统计等功能。

图4 站点监控界面

设备监控：显示设备实时信息、配套设备状态、设备实时曲线、关联订单信息、充电功率曲线等。

图5 设备监控界面

运营趋势统计：显示运营信息查询、站点对比曲线、日月年报表、站点对比列表等功能。

图6 运营趋势界面

收益查询：提供收益汇总、实际收益报表、收益变化曲线、支付方式占比等功能。

图7 收益查询界面

故障分析：提供故障汇总、故障状态饼图、故障趋势分析、故障类型饼图等功能。

图8 故障分析界面

订单记录：提供实时/历史订单查询、订单终止、订单详情、订单导出、运营商应收信息、充电明细、交易流水查询、充值余额明细等功能。

图9 订单查询界面

六、产品选型

安科瑞为广大用户提供慢充和快充两种充电方式，便携式、壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kw/21kw交流充电桩，30kw直流充电桩，60kw/80kw/120kw/180kw直流一体式充电桩来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，同时为提高公共充电桩的效率和实用性，具有有智能监测：充电桩智能控制器对充电桩具备测量、控制与保护的功能；智能计量：输出配置智能电能表，进行充电计量，具备完善的通信功能；云平台：具备连接云平台的功能，可以实现实时监控，财务报表分析等等；远程升级：具备完善的通讯功能，可远程对设备软件进行升级；保护功能：具备防雷保护、过载保护、短路保护，漏电保护和接地保护等功能；适配车型：满足国标充电接口，适配所有符合国标的电动汽车，适应不同车型的不同功率。下面是具体产品的型号和技术参数。

产品图	名称	技术参数
	AEV200-AC007D	额定功率：7kW 输出电压：AV220V 充电枪：单枪 充电操作：扫码/刷卡 防护等级：IP65 通讯方式：4G、Wifi 安装方式：立柱式/壁挂式
	AEV210-AC007D	额定功率：7kW 输出电压：AV220V 充电枪：单枪 人机交互：3.5寸显示屏 充电操作：扫码/刷卡 防护等级：IP54 通讯方式：4G、Wifi 安装方式：立柱式/壁挂式
	AEV300-AC021D	额定功率：21kW 输出电压：AV220V 充电枪：单枪 人机交互：3.5寸显示屏 充电操作：扫码/刷卡 防护等级：IP54 通讯方式：4G、Wifi 安装方式：立柱式/壁挂式
	AEV200-DC030D	额定功率：30kW 输出电压：DC200V-750V 充电枪：单枪 人机交互：7寸触摸屏 充电操作：扫码/刷卡 防护等级：IP54 通讯方式：以太网、4G（二选一）
	AEV200-DC060D/ AEV200-DC080D	额定功率：60kW/80kW 输出电压：DC200V-1000V 充电枪：单枪 人机交互：7寸触摸屏 充电操作：扫码/刷卡 防护等级：IP54 通讯方式：以太网、4G（二选一）
	AEV200-DC060S/ AEV200-DC080S	额定功率：60kW/80kW 输出电压：DC200V-1000V 充电枪：双枪 人机交互：7寸触摸屏 充电操作：扫码/刷卡 防护等级：IP54 通讯方式：以太网、4G（二选一）
	AEV200-DC120S/ AEV200-DC180S	额定功率：120kW/180kW 输出电压：DC200V-1000V 充电枪：双枪 人机交互：7寸触摸屏 充电操作：扫码/刷卡 防护等级：IP54 通讯方式：以太网、4G（二选一）
	AEV200-DC240M4/ AEV200-DC480M8/ AEV200-DC720M12	额定功率：240kW/480kW/720kw 输出电压：DC150V-1000V 充电终端支持:常规单双枪终端 防护等级:IP54
	AEV200-DC250AD	最大输出：250A 1个充电接口； 支持扫码、刷卡支付； 4G、以太网通讯（二选一）
	AEV200-DC250AS	最大输出：250A 2个充电接口； 支持扫码、刷卡支付； 4G、以太网通讯（二选一）

七、现场图片

 

八、结论

新能源汽车双向峰谷充放电技术具有广阔的发展前景，以下是笔者对于未来发展方向和趋势的几点思考:

(1)智能化管理系统的进一步完善

随着人工智能和物联网等技术的不断发展，智能化管理系统将能够更加精准地分析用户用电需求和电力市场变化，从而提升充放电效率和利用率。未来，智能化管理系统将成为新能源汽车双向峰谷充放电技术发展的重要方向。

(2)多种能量储存技术的应用

日前，锂离子电池是新能源汽车双向峰谷充放电技术最常用的能量储存设备，但其体积，重量较大，储能密度也有限未来，固态电池、超级电容器和氢燃料电池等新型能量储存技术将得到进一步推广和应用。

(3) 共亨经济的发展

共亨经济的发展为新能源汽车双向峰谷充放电技术提供了广阔的应用场景。通过将多余的电量回馈给电网或者输送到家庭、企业用电设备中，可以实现电力资源的共享和优化利用。

(4)国际合作的加强

新能源汽车双向峰谷充放电技术是一项全球性的技术挑战，需要各国在技术研发、政策制定、标准规范等方面进行紧密合作与交流。未来，国际合作将成为新能源汽车双向峰谷充放电技术发展的重要趋势之一。

总而言之，双向峰谷充放电技术尚处于起步阶段，但其潜力巨大，未来发展前景十分广阔。在未来的发展中，需要持续加强技术创新，提高技术成熟度，并不断扩大应用范围。同时，制定相关的政策和法规也至关重要，以推动双向充电桩的普及。作为起点，可以先在小范围内推广不接入国家电网的双向充电桩，例如企事业单位内部，从而加快双向峰谷充放电技术的推广步伐。在政府的大力推动下，预计在未来的数年内，双向峰谷充放电技术将广泛应用于多个领域，并与光伏和风能等可再生能源相结合，为我国能源清洁低碳转型、电力安全稳定供应、促进技术和模式创新，以及推动电力工业高质量发展方面做出重要贡献。