电动汽车有序无序充放电

1、为什么我看好电动汽车有序充电，不看好车电互联（V2G）

前言
这两年随着能源行业的不断发展，电动汽车技术的日趋成熟，能源转型+交通电气化早已经是目前全球许多国家的技术升级转型重点方向。在这样的大框架下，有很多人（主要是能源电力背景的）提出了车电互联（V2G，vehicle to grid）概念，即希望电动汽车作为可以灵活接入电网的储能装置，可以与电网进行能量的双向互动，用于为电网提供各种辅助服务并获得报酬，被很多人视为能源行业的发展一大重要趋势。在此对于车电互联刘博不打算过多的介绍其细节，有兴趣的朋友（尤其是汽车和电池背景的）可以搜索《电动汽车入网技术（V2G）是什么，目前有什么研究或者是应用？》这篇文章来进行更多的了解。
而在本文中，刘博提出一个观点：电动汽车当然可以与电网互联进行互动，但是其中单向能量传输——即有序充电（与电网的互动仅限于为电动汽车灵活有序的充电）是靠谱的，而与电网发生能量双向互动的车电互联（V2G）则不是条好赛道：对于汽车这一端是损失大于收益，无法形成有效的运行模式。
本文有技术分析和基于行业发展情况观察的推断，也有吐槽。总之，抛砖引玉，浅见供大家参考。当然估计可能很多电力行业的人会有不同观点，欢迎拍砖。
V2G原理示意图，摘自《V2G：欧美日发展经验启示》一文
为啥有序充电先天就很靠谱
对于动力电池的充电来说，电芯在多少荷电状态（SOC）能以多大电流/功率充电，都已经是经过了电芯厂和车厂一系列设计验证工作后得到的数值了，这也就代表了电动汽车充电的最大功率/能力。在实际使用中，受环境温度、充电桩本身功率、安全边界缓冲值等因素的影响，汽车充电能达到的功率一般不会达到电池/电芯允许的最大允许功率值，或者说是只能偶尔才能达到。
阶梯状的充电曲线就是经过电芯验证开发过程得到的优化的充电曲线，如果充电倍率低于该值更是没什么问题，摘自文献Optimum fast charging of lithium-ion pouch cells based on local volume expansion criteria
而实际上，充电功率只要低于电芯的允许功率本身就是没什么问题的：电芯慢充比起快充来说，反应动力学条件更为温和，发热等方面遇到的挑战都要小很多，本来就更容易。而有序充电本质上也就是充电电流受电网这边的控制，电网负担大了就给少充/停充，电网当时发电供过于求就多给汽车充一点。反正电网嘛，是即发即用要尽量随时保持供需平衡的，而车只要不急着用，充电断一会（先去保电网里的其它更要求稳定性的负荷）对电动汽车基本没什么损失，反而给了电芯更多的静置时间，对于反应动力学极大的有利，更利于温和的把电池充满。
在这方面，刘博在之前的一篇文章中就报道了宝马公司是怎样与美国加州的PG&E公司合作，推出与电网协作联动的智能充电服务的iChargeForward项目，详见《电动汽车～退役电池～电网协调运行的创新尝试：宝马联手PG&E让充电更聪明》一文。
为啥车电互联V2G不是个好赛道
那为啥刘博认为车电互联V2G不是条好赛道呢？
1. 辛苦开发电池花这么多功夫换来的电池寿命就用V2G给电网放回去了？?你这是不是好钢用在刀把上的精神？
熟悉动力电池开发流程的人都知道，很多车型的电池包会有开发时的要求：即要满足充放电XX个循环/全生命周期能跑XX万公里/全生命周期能量吞吐可以满足多少度电的要求，这都是行业内最基本的。
单纯有序充电自然没有问题：因为电无论如何是一定要充的，有序充电只是让充电更为合理。但是如果你非要拿动力电池去和电网V2G，我得问一下：
电网能相应为你电池寿命的损耗付多少钱？实际上，目前电力市场能给种种辅助服务的补偿并不怎么可观，这也是制约储能行业发展的一个关键因素，具体可以见本章4节的讨论。
动力电池开发可不轻松，需要好几年的周期，反复的验证过程，越是目前的高能量体系，越是要把各方面的性能平衡好，非龙头不能胜任，技术门槛可是不低。所以：你非要把动力电池工程师千辛万苦调了N年配方工艺提高出来了的电池寿命/全生命周期能量吞吐量能力就跟电网这么弄几下子就消耗掉了，电网给你的补偿还不见得高，你说这是不是充分体现了王多鱼的把好钢用在刀把上的精神？
2. 电池只要完成了完整的充放，就有寿命/老化损失
来，大家跟我把这个标题先默读三遍：“电池只要完成了完整的充放，就有寿命/老化损失”。
对：只要有完整的充放，就有老化，只是可能有的电池快点，有的电池慢点，这是自然规律。
有序充电是只管充，放还是在汽车运行的时候正常使用掉的，这个完全不影响电动汽车的运行/使用模式。
但是如果你开始双向互动V2G了，那好，有一部分全生命周期的能量吞吐&伴随的电芯老化就送给电网了。此时我就想问鼓吹V2G的人了：
你会告诉消费者他的电池进行V2G会加速老化了吗？里程焦虑目前仍然是大家关心的一个痛点，而随着使用年限里程会缩水，这更是让大家对电动汽车的现状不够满意&还有更高的期待和要求。在这时你居然要让我把我宝贵的充放电能力送给电网？还嫌我的电池衰减的不够快？所以这里仍然呼应了刚才第一节里讲的：这不是把好钢花在刀把上是啥？
此外，有人会说：“现在动力电池寿命是1K次……所以400公里续航里程乘以一千次就可以得到40万公里，明显够用，富余的就V2G吧。”
猛一看这个逻辑似乎没问题，但是刘博要在这告诉大家和提几个问题：电池材料的1千次寿命/单体电芯的1千次寿命/电池包的1千次寿命，与电池包在实际使用中的1千次寿命，是不是一样的？从电池材料的1千次寿命到最后的电池包实用中的1千次，要花多少努力你们有概念么？
所以理论值是很好啊，但是现在市面上实际上不换电池能跑到40万公里续航的车有多少？我觉得提倡V2G的人，应该把这方面的数据拿出来，详细论证，才能更好的支持这块的继续发展。
以及在此刘博还要进一步强调一个事：其实我也不是说V2G这事一定就不行，既然对我车利益有损失的话，你给我的补偿到位了不就行了？伟人马克斯还说过：“如果有百分之二十的利润，资本就会蠢蠢欲动；如果有百分之五十的利润，资本就会冒险；如果有百分之一百的利润，资本就敢于冒绞首的危险”
——那电网愿意为V2G付多少钱呢？带着这个问题咱先看第3节：法务与责任。然后在最后的第4节中刘博再回答这个问题。
3. 汽车用户、汽车公司与电网公司：法务与责任的限定。
在BMW的有序充电项目中，能量互动情景尚且更简单，都需要BMW、PG&E认真的起草了合同，其中对于参加需求响应的权利、义务做了明确的规定，让参与者有一本明账可算，活动开展得自然会更顺利。
项目中对于法务/合同方面的一些简单介绍信息
而如果要能量双向供应，带来的问题恐怕只会成倍的增长，比如：
这么给电网馈电提供服务，汽车的电池寿命/能量吞吐量会有损失——万一因此满足不了全生命周期的能量服务/里程要求了，这电池老化的责任谁背？光冲这一点，大多数汽车企业是不想折腾V2G的（起码是不想很快很积极的折腾）：现在开发动力电池还一堆事和挑战呢，搞V2G？对我有什么好处吗？你知道高比能电池有多难搞吗？你知道高比能和高功率兼顾有多辛苦吗？你倒是给我一个参与的理由来说服我参加啊……
以及说到说服，大家别忘了，说服一个人最好的方法是诉诸利益，而不是理性/感情/情怀）。如果没有利益，那经济学上的理性人的选择一定是多一事不如少一事，毕竟电动化是汽车领域的公认发展方向了（大家都愉快的入坑了），但是V2G还不是。既然不是公认的发展方向，你得用更为充分的理由来劝汽车企业愉快的入坑。
这种双向复杂的互动，商业模式的确定，各方法律上应该承担的责任义务肯定设计起来就会比有序充电更麻烦。
当然了，相比于其它几个挑战，这几条麻烦反倒是相对容易克服的，刘博在这里也只是想提出这个问题，供大家思考。
所以说来说去，其实大家已经看得挺清楚了：你要是给够好处（车端&用户端），V2G也不见得不能发展啊，那咱们下一部分就看看，实际上电网有可能为V2G付多少钱。
4. 要是V2G真行的话，电网给予的报酬肯定要够高，那此时没有理由固定式储能不能首先大规模暴发。
如果以上这些条件都成熟了，电网也愿意付出很多的报酬来促进V2G的发展。考虑到动力电池应该肯定是比固定储能更贵的，那没有任何一个理由此时成本更低、寿命应该更长的固定式储能不能先抢占这块市场，满足与电网双向能量交换、提供服务的需求。
近来的储能招标结果，大家都能看的出来要比动力电池更便宜
有人说电车灵活啊，即插即用啊，可以来回调配啊——乖乖，要先会走，然后才能跑。固定式储能和电网的互动总比车模式要更清晰，适应度更高吧——人家就是为了电网开发的，那现在固定式储能在电网的应用怎么样了呢？
说实话，电力市场、电改和辅助服务的情况更新刘博也试图去跟了跟，为了方便外行大概理解现状，刘博斗胆总结一下中国固定式储能——电网互动行业这块的发展现状，供大家理解（欢迎拍板砖），总体来说就是：
电力领域的改革不容易，既有体系很庞大，运行惯性很大有一套既有的逻辑。电改属于各种能源群里一提就吵个不停，经常达不成结论和一致意见的那种话题，以及执行起来也是真不容易（九号文出来有几年了吧）。
具体可以推荐一篇文章《为什么电改比消灭肺炎更难？》，由张树伟发表于《能源杂志》，对电改有兴趣的朋友可以去看看大概是一个什么情况。
储能100人报道的蒙西辅助服务补偿恐腰斩的新闻
然后咱们再看储能目前的发展情况。中国国内储能参与电网辅助服务的各省规定也不一样，补偿机制经常有调整，这其实就关系到了储能往电网里用能不能赚钱这么一个简单却又最核心的问题。在这里刘博也不打算给大家列一堆调频、寿命计算、补偿多少钱的公式一通计算把大家算晕，只想换一个思路来思考这个问题：即从行业实际的发展情况和发出的声音来推断目前行业遇到的困难和挑战：
这两年的储能装机量受政策的影响不小；
电网好像对使用储能不情愿多花钱，不想铺太多（叫停事件）也不太像是真的热衷；
从大家都在使劲找商业模式这一点来看，储能项目的经济性估计仍然还是有挑战，而这一点恐怕还是要靠技术进步才能得到根本解决。
GGII总结的2019中国储能行业发展情况
摘自《中国储能产业商业化发展道曲且长》，发表于中关村储能产业技术联盟
所以不难看出，目前的储能技术水平+电网体系的运行规则+电力市场的运行模式并不太容易让当下技术水平的储能在中国的电力市场取得足够好的经济性，所以中国的储能行业一直就发展得不温不火。
说实话，储能行业非常重要，可以推动多种技术的发展，对于能源转型的意义也很大。但是在这里不是讨论情怀的地方：种种迹象表明储能往电网中使用尚且有不少困难，需要克服种种挑战，如果天生设计用来与电网互动的固定储能都不能很好的满足电网的要求，发展都有些挑战，你却硬要把互动起来更为麻烦、成本更高、产权责任归属更复杂的电动汽车使劲往电网里凑，发展车电互联V2G，是不是就属于没学会走（储能-电网互动）就想跑呢（V2G）?是不是硬要去干一件基于目前技术水平明显高成本低收益的事呢？
所以刘博也就不奇怪为啥人家宝马的那个项目的第一期里，汽车与电网的互动就只是有序充电，没有V2G。
PS：说到收益，刘博到是觉得拿着电动汽车去开滴滴明显比V2G靠谱得多——耗电百公里成本明显比烧油更划算，而且还能认识人，论收益可是妥妥的比V2G要大多了，各位老铁们不妨考虑一下。
后记&乱弹
几年前刘博看见了宝马的这个项目，觉得很有意思眼前一亮，就写下了这篇稿子。这几天再回到 bmwchargeforward.com上看看是否有更新，可惜的是网站上说这个项目从2018年就开始了第二期，但是网站上却找不到什么靠谱的资料来介绍项目目前的最新进展，所以大家要是谁有知道这个项目后续情况的，欢迎告知和分享资料，让刘博再学习一个……
至于V2G，刘博并不是认为它一无是处，而是其相对来说投入产出比不太好，目前阶段还不如好好搞储能，搞点示范项目也许还凑合，但是你要非要给它画一个未来发展的大饼就多少有点概念大于实质的意思。现在能源互联网的商业模式创新的讨论其实有很多，那对于V2G其实我觉得可以把问题进一步简化成：到底什么样的用户会愿意为电动汽车提供的V2G服务付出很高的边际成本呢？你别跟我谈情怀谈理想谈潮流，刘博自己作为电池工程师就在做未来发展的方向，刘博也知道啥是情怀，所以在这咱就谈谈这笔账能不能算明白就行。
另外一个：目前有很多平台/商业模式，里面提倡的互动都很复杂，看起来云山雾罩，但是刘博觉得有一个很大的问题：很多厉害的东西应该都是可以用很精炼的语言和逻辑来快速说明白的，不应把这内核就搞得很复杂。在这些复杂的互动平台/商业模式背后，刘博反而看到的是每一个技术本身的不成熟/不够经济才是最大的瓶颈：要是技术厉害了可以获得良好经济效益谁还会费那劲搞那些复杂的商业模式？直接一把梭暴力满仓干好不好？
最后：所以相比之下，为了中国制造业的真正崛起，多在每一个细分领域里去造一到几个C公司才是正道，其它事情的优先级真的可以往后面排排。
声明：本文为作者在业余时间所作，不代表任何组织、机构的观点。
致谢：
感谢五道口xEV吹水群各位的建议，跨学科交流行业发展当如是~
感谢行业老司机琦哥和电池专家徐大哥在讨论方面给予的支持。
图｜网络及相关截图
作者简介：刘冠伟，博士毕业于清华大学材料系，从事动力电池研究开发工作多年，目前就职于某外资车企电芯开发部门。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

2、中国研发成功电动汽车智能充电站系统

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3、电动汽车充电注意事项

1、正确掌握充电时间。一般情况蓄电池充电时间在十小时左右，要避免过度充电。准备出行时要提前安排好途中充电，避免行驶中电量不足。  

2、保护好充电器。尽量避免充电器颠簸振动。为了降低成本，现在的充电器基本上都没有做高耐振动的设计，很多充电器经过振动后，其内部的电位器会漂移，导致整个参数漂移，致使充电不正常。所以建议如果一定要移动充电器，尽量用塑料泡沫包装好。

另外，充电的时候要保证充电器的通风，否则不但影响充电器的寿命，还可能发生热漂移而影响充电状态。这样都会对电池形成损伤。  

3、建议每天都充电。就算平时行驶路程不多，还是建议每天都充电，这样使电池处于浅循环状态，电池的寿命会延长。  

4、定期对电池进行一次深放电定期对电池进行一次深放电，活化电池”。  

5、严禁存放时亏电。在亏电状态下存放电池，很容易出现硫酸盐化，硫酸铅结晶物附着在极板上，会堵塞电离子通道，造成充电不足，电池容量下降。亏电状态闲置时间越长，电池损坏越重。因此，电池闲置不用时，应每月补充电一次，这样能较好地保持电池健康状态。  

6、避免大电流放电。电动车在起步、载人、上坡时，尽量避免猛踩加速，形成瞬间大电流放电。大电流放电容易导致产生硫酸铅结晶，从而损害电池极板的物理性能。

4、还想随时充电？有序充电才是未来的新方式

对于新能源车来说，续航里程是大多数消费者所关注的部分。行业的政策补贴和扶持，让电池技术、电池密度的发展突飞猛进，站在产品的角度为消费者解决了续航距离的刚性需求。只是，单靠在电池容量方面下功夫，也难以掩盖政策层面的不足之处。

新能源补贴从2017年开始按照规划实施退坡，并且在2019年地方补贴转为支持充电桩等基础设施的建设。伴随着新能源车销量的提升，大幅增长的充电负荷是否会对电网构成冲击便成为行业人士所关注的焦点。而近段时间，有序充电的概念被提出。那么，究竟什么是有序充电？又是通过哪些技术手段来实现充电的有序化？

在我们的理解之中，充电有序应该指的是一辆接着一辆，排好队等着为自己的纯电动车充电。实际上所谓的有序充电，便是通过经济和技术措施的引导，对电网负荷进行调整，减少发电装机容量的建设，保证了电动汽车与电网的协调互动发展。满足消费者用车需求，也适应其充电需求。简单来说，就是电网需要削峰时，电动汽车和充换电站就减少用电量，需要填谷时就增加用电量。

与之比较的，是我们如今可以随时使用的无序充电方式。作为使用者，可以按照自己的时间和地点的安排，找到充电桩进行电量的补充，解决自己的续航焦虑。典型的使用方式，就是笔者此前提出的“碎片化式充电”。而这样的充电方式，着实是方便了使用者同时也解决续航带来的焦虑和困扰，对于没有家用充电桩的新能源车主来说还是颇为方便。

按照行业人士的说法，在北京地区，大部分新能源车用户是在回家后便对车辆进行充电，时间集中在晚上18时和次日早上11时，高峰期在晚上20时。和普通居民用电高负荷期有着85%的时间重合率。倘若维持现有的方式使用，就需要为供电网络进行扩容改造，单就北京地区而言，改造投资额将高达64亿元。

这样听起来，跟我们很多年就知晓的错峰用电似乎没有太大差异。其实最核心的差异就在，错峰用电是需要利用行政性手段进行调控，而有序充电则是利用低价、补贴等形式引导用户自行调节。

其中，用户自行调节则需要利用虚拟电厂的技术。虚拟电厂，顾名思义是虚拟的，便不是真的能产生电量。这项技术其实指的是商业楼宇、充电桩等用户的负荷调节能力。负荷调节会在电网发生负荷紧张时，由供电部门通过指令，让充电桩降低输出功率，进行削峰填谷的调节。

当下的上海，已经打造出一套虚拟电厂的体系，利用政府的市级平台、负荷集成商平台和用户作为整套系统。当需要调节时，市级平台将需求信息发送到负荷集成商，然后负荷集成商平台向手里的闲散用户资源发起邀约。

竞价投标所竞的其实是补贴价格，哪家用户的补贴价低，集成商平台便会选择哪家用户。而通过提前量技术，提高用户的反应效率。简单来说，假设虚拟发电的补贴为2元/kwh，30分钟内开始虚拟发电能获得4倍补贴，30分钟-2小时内为2.5倍补贴等等。那么，能在30分钟内根据指令调控用电量的用户，便能获得8元/kwh的补贴，如此类推。

在补贴退坡之后，消费者最直观的感受可能是车价的上浮，但其实补贴往基础建设的方向聚拢，以及进行对有序充电的补充，改善新能源车主们的用车环境，提升用车的便捷性。鉴于新能源车的特殊性，每次充电的时间并都不如燃油车般快速，因此缩减新能源车数量与充电桩数量之间的差距，有其必要性的考虑。但充电桩数量不能过度发展，利用补贴、低充电成本吸引消费者，自行调整充电的时间，由“市场的手”来进行调节，对新能源车主、对供电网络都是利大于弊。

（文章配图来源网络，侵删）

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

5、电动汽车充电对电网的影响有什么应对策略吗？

1.有序充电方法

从电网符合角度来讲，必须要避开电网常规用电高峰，对电动汽车充电负荷给予合理分散，减少电动汽车充电对电网其他负荷造成的额冲击，节约发输配电方面建设成本，维持电动汽车与电网之间的协调稳定发展。因此，需要从电动汽车日耗电量需求角度展开分析，利用技术或者经济方面手段引导电动汽车展开有序充电，利用充电站完成充电，提高电动汽车充电管理水平。

在实际应用中，可采取分时电价方式调控电动汽车的充电行为，试下对电动汽车充电的有序控制，这一控制方法从充电运行经济效益最大化角度出发分析考虑，以满足电动汽车用户充电需求等作为约束条件，建立相应的优化模型。利用模型模拟，分析有序充电和无序充电情况下典型日负荷曲线，无序充电模式下，夜间晚高峰，会有非常多电动汽车接入配电网，峰谷差明显增大。选择有序充电模式，虽然未增大晚高峰情况，但是夜间谷电期，购电价格相对较为便宜，充电站为了获取更多的经济效益，会在这一时间段给电动车集中充电，出现有新的夜间电网局部用电高峰，表明随着电动汽车的大量接入电网，仅采取分时电价方式针对电动汽车的充电行为进行调控非常容易造成大量电动汽车在低电价时间段充电，电网出现新的用电高峰。因此，为了实现对电动汽车充电对电网影响的有效控制，仅采取分时电价方式有序充电还远远不够，未来还需要在这一方面展开更为深入全面分析研究。

2.谐波抑制技术

电动汽车充电站接入电网前需要做好对谐波的抑制，以改善电能质量。当前所使用的谐波抑制技术主要集中在以下几个方面：

第一，增加换流装置脉动数，当前充电站存在有较大的低次特征谐波电流，为了实现对这一谐波电

流的有效抑制，充电站厂家需要进行技术审计，利用多重移相叠加等技术，提高脉动数。为了避免更换充电站设备所造成的成本增大情况，可利用现有充电站，对充电站进线改装二次绕组整流变压器，实现对低次特征谐波电流的有效抑制；

第二，使用无源型交流滤波器，该滤波装置由电抗器、电阻器和电容器等组合而来，与充电站负荷并联

连接，不仅有滤波作用，同时还具备无功补偿特性，能够满足调压方面需要。该设备结构简单、方便维护、运行可靠性高，当前在充电站方面有着非常广泛应用，在容量设计方面，不仅能够满足谐波电流吸收需要，同时还不会有无功补偿出现；

第三，有源滤波器，充电机的负荷特性变化相对较快，很难保持滤波、调压以及无功补偿方面要求始终协调，导致无源滤波无法满足各个方面需要，可考虑使用有源滤波技术，利用有源滤波器达到理想的效果。