電動汽車充電樁淺述

我國充電樁市場分析

2008年北京市奧運會期間建設了國內第一個集中式充電站;2009年南方電網在深圳首批兩座電動車充電站和134個充電樁正式投入使用;2010年華北電網在唐山南湖投建大型電動汽車充電站正式商業運營。近兩年隨著政策陸續頒布和政府投入力度的加大,2014年和2015年全國充電設施建設的投資總額將超過600億元,其中關於充電設施的採購預算為12億元,投資規模大大超過市場預期。

截至2015年底,共建設充電樁4.95萬個,假設目前存量充電樁中,交流樁4萬個,直流樁0.95萬個,目前存量的市場規模為16.86億元。基於廣發證券行業分析報告對我國未來五年充電樁市場規模的預估可知:到2020年,新增直流、交流市場規模約為900億,市場規模將增加53倍。並且國家規劃2016年各類充電設施總投資300億元,同比增速超500%,按照國家「樁站先行,適度超前」的規劃,預計2017年投資額約為480億,同比增速50%。

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中科君芯報告中提及:2016~2020年,對充電樁行業的增值價值做保守預估,預計到2020年,其商業增值價值總計達558億,其中充電服務費和售電費佔超70%。同時為了協調推進全國各區域基礎設施建設的協調發展分別實行了針對性的發展規劃:對於積極促進的西部地區,計劃建成400個充電站和10萬個充電樁;對於示範推廣的中部地區,計劃建成4,300座充電站和220萬個充電樁;對於加快發展的東部地區,計劃建成7,400座充電站,250萬個充電樁。

我國充電設施建設中存在的弊端

雖然政府,國家電網和汽車企業三方加大了對我國基礎設施建設的投入力度,但是目前我國電動汽車充電設施建設中仍然存在諸多困難亟待攻破。

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(一)充電設施嚴重不足與閑置狀況並存

隨著國家對新能源汽車行業扶持力度的不斷加大,我國電動汽車市場發展迅速,生產和銷售都位居全球前列。2015年,我國電動汽車市場規模與累計銷量雙雙躍居世界第一,電動汽車銷量同比增長341%,成為全球增長最快的國家。我國新能源汽車的保有量近50萬輛,但充電基礎設施的數量還不足,車樁比接近10:1,已經無法滿足新能源車的充電需求。因此,按照新能源汽車與充電樁1:1的標準配置來看,充電基礎設施缺口巨大。電汽充電設施的不完善勢必會大大降低消費者的購買積極性。而另一方面由於充電設施規劃和實際需求相脫離,且充電設施信息不被用戶所知,存在大量充電樁閑置的情況。

(二)投資效益不明朗

充電站和充電樁行業投資規模巨大。根據國網的規劃,第一階段充電站主設備總投資規模將達到3億元,第二階段140億元,第三階段180億元,而截至2014年國網建成的600餘座充電站全部虧損。由於現階段充電樁建設成本回收主要依靠充電服務要價,價格水平較低;因此,就目前的汽車市場,充電站對企業難於產生經濟效益。近期,根據《證券市場周刊》的報道,充電樁概念股出現了業績向左股價向右的情況,但是與一路上沖的股價形成鮮明對比的是這些業績並不亮眼,不少公司2016年一季度凈利潤同比下滑甚至虧損。總體來看,充電樁業務尚在起步期,給企業貢獻的利潤非常有限,二級市場上,主營業務為充電樁生產、銷售的上市公司也是鳳毛麟角。

(三)充電服務關鍵技術有待突破

一是以目前快速充電技術發展狀況來看,所需要的時間還是比較長。以特斯拉直流充電樁為例,充滿全部電量需要75min,充滿80%需要40min,而一般的交流慢充充電時間超過8h,顯然不適合運用在公共充電樁的建設上。雖然快充模式一定程度上緩解了充電時間問題,但是快速充電導致了電池老化加快,電池性能衰減,進而影響續航歷程。二是充電標準的不統一,各品牌電動車和充電裝置存在差異不能形成共享,制約了電動汽車的大規模普及。

(四)場地受限不易協調

城市土地資源緊張,無論是建設公共充電站,還是改造現有的停車場,都面臨停車位緊張,電網改造成本高,小區物業不配合甚至阻撓等問題。同時新國標出台後,現存的2014年前已建設的老充電樁因設備陳舊又法升級,不僅佔用空地對電動汽車用戶造成不便還給企業帶來了損失。

電樁深受追捧背後的三大現實

儘管充電樁深受追捧,但是,從整個行業發展來看,現階段還有一些實際問題值得思考。

l有政策樁就能建起來?

日前,河南省發布《河南省「十三五」電動汽車充電基礎設施專項規劃》和《河南省電動汽車充電基礎設施建設運營管理暫行辦法》。根據新規,到2020年,河南省將建成各類集中式充換電站超過1000座、分散式充電樁超過10萬個,滿足超過35萬輛電動汽車充電需求。

除規劃目標以外,河南省也祭出大招,規定對向電網企業直接報裝接電的經營性集中式充電,執行大工業用電價格政策,2020年前暫免收基本電費。

與河南的優惠政策不同,江西省明確提出充電設施可獲得省級財政補貼。同期,福建省漳州市頒布補助資金實施細則。根據細則,漳州市財政資金對新建的公共充電設施按充電樁設備投資額的20%給予補助;對新建的公交專用充電設施按充電樁設備投資額的40%給予補助。

這些利好的政策無疑給充電樁企業服了一貼放心藥。可是,充電樁企業都紛紛表示願意先把市場先做起來,但是事情並沒有想象得那麼簡單。

地從哪裡來?一直以來,由於人員密集、使用量大等特點,公交場站、旅遊景區、商超學校等公共區域廣受充電樁企業歡迎。考慮到充電站用地問題,河南省在新規中提出優先安排土地供應。

與此同時,要求新建的大於2萬平方米的商場、賓館、醫院、辦公樓等大型公共建築物配建停車場,社會公共停車場建設充電設施或預留建設安裝條件的車位比例不低於15%。

可是想要在這些區域建樁,充電樁企業必須打通物業、政府和電力部門等環節。由於每個區域的情況不同,所涉及的部門也盡不相同,如果企業在一個環節上沒有打通,那麼建樁項目可能被擱置。

這種情況在私人充電樁領域同樣存在。儘管規定新建住宅小區停車位應100%建設充電設施或預留建設安裝條件,但是收取充電費的標準由誰來制定,成為現階段私人充電樁安裝的現實問題

l有APP,樁就好用?

對於已有的充電樁而言,充電互聯互通是電動汽車車主所希冀的理想狀態,也是整個充電行業發展的方向。

現如今,為解決多卡充電的問題,許多商家推出手機客戶端。通過充電APP完成找樁、掃碼充電、支付等一系列充電需求。正是由於移動互聯網技術的興起,讓今年成為充電APP集中爆發的一年。

從摸底11款充電APP的情況來看,不同充電樁APP的操作方式、充電模式、支付方式、界面顯示內容、預約充電等功能各異,用戶體驗不同。尤其是每家充電APP只支持一個運營商,無法兼容,這與使用充電卡的情況類似,電動車主需安裝多款充電APP進行充電。

在安全方面,充電APP普遍未採用安全通訊協議,如APP用戶支付賬戶、個人身份等信息容易通過多種方式獲取,存在安全隱患。

其實,不止充電APP存在質量和安全問題,充電樁本身也同樣存在質量和安全問題。

根據《北京市直流充電樁質量測評報告》顯示,隨機抽取的15家充電樁品牌中,充電付費方式多樣,用戶支付不便捷,且支付價格差異明顯;「按金額」、「按電量」、「按時間」等充電模式半數虛設;部分充電樁未設置「超時錯誤」處理機制,存在安全隱患;充電通訊協議新舊版本不統一;部分通信信號質量參數不在合理範圍內,影響通信信號質量。

當前充電樁質量良莠不齊、技術門檻低、充電安全容易被忽視,這些問題都為用戶的使用帶來不便。專家建議,推動充電標準貫徹,建立多方參與、多模式融合的質量保障機制;強化行業安全監管,形成新能源汽車及基礎設施協同發展體系;加強技術研發和平台建設,提高技術支撐保障和市場服務能力。

l有投資,成本就能收回?

儘管現實問題等待解決,但是充電樁行業仍以高速前行。一些企業管理者在提到行業發展時不禁感嘆變化太快,對明年的市場格局難以預估。

當前,我國充電設施的商業模式呈多樣化,眾籌、分享等模式正在逐步成形。此外,充電服務低調向智能管理平台、分時租賃等領域延伸。

相較於已經打下基礎的企業,新進入者似乎沒有做好充分的準備。它們每推出一個商業模式時都會算一筆經濟賬,基本上承諾三到五年回收成本,甚至更短。雖然形式新穎,可是卻繞不開成本控制的話題。無論是以量產攤薄成本,還是以充電樁延伸而出的充電服務擴展利潤渠道,這些充電樁企業或充電運營商都面臨大量的前期投入。

一位設備生產商表示,為了保證公司資金正常運轉,公司與運營商往往採取每筆銷售都要單獨結算的方式。

當然,這家企業還有其他傳統產品作為支撐,充電設備只是一個業務版塊。對於那些把充電設備作為主要經營方向的企業而言,壓款是常見的事兒。

從供不應求的角度來看,這看起來似乎是一件好事。然而,源源不斷地成本投入需要新進入者扛住資金風險。如何順應行業發展趨勢,在日益加劇的競爭中探索出成熟的商業模式,這是值得業內企業和專家長期思考的問題。

充電樁的市場面臨著很多的行業痛點問題,隨著眾多新標準的出台,充電樁的產品安全性、兼容性得到極大的提升。那充電樁行業痛點問題是什麼,充電樁企業要怎麼做,才能使充電樁蓬勃發展而不忍「痛」前行?

充電樁的發展乃至新能源汽車的發展是未來的一大趨勢,兩者相互制約,又相互激勵。內在的因素而言,充電樁的發展取決於充電樁的整體運營質量問題,包括充電介面,兼容性等,而外在的因素而言,充電樁的發展依賴於新能源汽車的發展,後者的市場容量將決定這前者的裝機運營數量。這是一個平緩的發展過程,不會是指數型爆發的增長模式。

一、充電樁當前行業痛點

車、樁不兼容:2011標準的車與樁普遍不兼容現象;沒有一種充電樁能充所有車,沒有一種車可以匹配所有充電樁。

充電異常:2011版國標對通訊規約要求不精確;車樁無法全部兼容,出現充電無法連接等問題。

測試效率低下:測試項目、測試節點繁多;需自行搭建測試平台,單台測試效率低下。

二、充電樁測試系統的架構

充電樁測試系統由三部分構成:電網模擬源、負載以及測試櫃。而測試櫃中一般包含功率分析儀、示波器、CAN匯流排分析儀等。

充電樁測試項目一般分為:充電輸出實驗、功能實驗、協議一致性試驗、安全要求實驗、控制引導實驗、電磁兼容抗擾度實驗等。

三、樁企關注充電樁測試的那些內容?

全面支持最新三大標準

目前而言,充電樁的標準主要是國家標準、國網標準、能源局標準。那充電樁的測試要盡量滿足三個標準的測試需求,這不僅是給充電樁測試提出了巨大的難題,更是一個嚴苛的挑戰。

自動化測試並導出詳細測試報表

隨著充電樁產量的增加,如何快速實現充電樁的認證和出廠測試已經成為樁企重點的考慮問題之一,特別是報表生成功能,可作為充電樁深入分析的測試憑證。

完善的兼容性測試,確保通訊可靠

兼容性問題是充電樁市場目前面臨最為嚴峻的問題,這直接關係到車樁之間的連接正常與否。這也要求測試系統能夠通過導出報文和波形進而分析問題所在,完美解決車樁之間通訊兼容性問題。

戰國將走向統一

國內各城市對充電樁的建設如火如荼,有「戰國」之勢,但油車佔位、利用率低、位置偏僻等現象卻屢見不鮮。有業內人士透露,目前已建設的充電樁有效充電率不到兩成。記者近日獲悉,國內各主流充電樁企業已聯合發起電動汽車充電樁通信協議,未來充電樁的管理有望從「戰國」走向「統一」。

據不完全統計,國內目前與充電樁有關的企業上千家,並且每天都有2-3家新企業出現,國內充電樁市場可謂進入了「戰國時期」,有統計數據顯示,從2016年2月到2017年1月,國內月均新增公共類充電設施約8270個,20171月同比增長高達202.5%,充電樁總數已超過5萬個。「雖然該領域企業日益增多,但大型的企業不到百家。」珠海小可樂科技有限公司相關負責人介紹,在已有充電樁中,有效充電率僅12%。去年1月,由小可樂科技與中國普天等企業聯合發起的「電動汽車充電設備與運營平台通信協議標準」,至今已有86家大企業參與並簽訂協議。

據了解,各企業將陸續實施電動汽車充電樁通信協議標準,這一標準的實施可以打破不同樁企充電樁信息的壁壘。這樣,電動車車主可通過一個APP,查詢到不同品牌充電樁的地理位置,並通過相關管理平台,獲悉充電樁是否存在故障,或是否使用中等基本情況。

充電樁的三大標準淺析

「無規矩不成方圓」。在電動汽車迅速普及的趨勢下,充電樁的數量也在迅猛增加。為了保證車樁在充電時安全、一致性等,國家及能源局等各單位部門出台了一系列標準規定並在不斷更新。

目前,充電樁的相關標準主要分為三種:國家標準、國家電網標準以及能源局標準三種。

l1、國家標準

2011年國家標準主要分為三個方面:通用要求、交流與直流、充電機與BMS通信,具體如下:

《GBT 18487.1-2011 電動汽車傳導充電系統 第1部分:通用要求》;

《GBT 20234.1-2011 電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分:通用要求》;

《GBT 27930-2011 電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議》。

其中2011標準是基於2006年的充電樁標準GBT20234-2006,完善介面說明,統一直流充電協議,是目前在運營的充電樁和電動汽車標準。

2015年國家標準同2011標準一樣,也從以下三個方面:通用要求、交流與直流、充電機與BMS通信來規定。但是,2015標準修正和補充了2011標準中不足,其主要是為了解決了車與樁兼容性問題,和解決使用中的安全問題。保證充電流程都是「唯一」的,讓每個充電樁與電動汽車都可以安全可靠的充電。

同時,為了保證互聯互通的一致性,避免測試機構理解不同,即將發布以下2個國標:

GB電動汽車傳導充電互操作性測試規範(已經提交標委會);

GB電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議一致性測試(已經提交標委會)。

l2、能源局標準

能源局標準,也稱為行業標準,主要有以下兩個:

《NBT 33008.1-2013 電動汽車充電設備檢驗試驗規範 第1部分:非車載充電機》;

《NBT 33008.2-2013 電動汽車充電設備檢驗試驗規範 第2部分:交流充電樁》。

主要規定了交/直流充電樁的充電功能、通信方式、安全防護、電磁兼容等檢測方法與檢測要求,是目前市面上投入運營的充電樁必須過檢的權威標準

l3、國家電網標準

國家電網標準,也稱為企業標準,主要有以下兩個:

《QGDW 1591-2014 電動汽車非車載充電機檢驗技術規範》

《QGDW 1592-2014 電動汽車交流充電樁檢驗技術規範》。

標準內容與行業標準較相似,但測試要求更嚴格,尤其在直流樁CAN通信兼容性上增加了物理層與鏈路層測試項目,保證國網充電樁的CAN通訊的魯棒性,是國家電網充電樁招標時的驗收標準

充電樁系統主要組件

充電樁系統包括:交流直流充電,充電電量計量及控制,鍵盤、顯示及列印,NFCE-POS支付,運營管理(收費及折扣、客戶關係挖掘、運營維護及相應管理),錯誤異常處理(供電異常,各種充電錯誤及異常處理),環境視頻處理。

國家標準對交流直流充電,充電電量計量,鍵盤、顯示及列印部分對充電樁提出了一些要求。而NFCE-POS支付,運營管理,錯誤異常處理,環境視頻處理則需要運營企業根據自身情況加以建設。

充電樁類型

充電樁分為交流充電樁直流充電樁兩種。交流充電樁適用於具有車載充電機的電動汽車,工作電源為單相AC220V50HZ或三相AC380V50HZ,對應功率為7KW或21KW。主要有壁掛式和落地式兩種形式,佔地面積小,安裝方便。直流充電樁,適用於不具有車載充電機的電動汽車,工作電源為380±10%,50-60HZ,對應功率為36KW(乘用車)或170KW(商用車)。具有恆壓充電、恆流充電、智能充電等多種方式。主要形式為充換電站,其中移動式充電站佔地小、可移動,靈活方便。

交流充電樁220V和380V電壓都能使用,且可以利用電動汽車閑置時間(停車)來進行充電,使用方便;直流充電樁具有充電速度快、功率大等特點,更傾向於大型電動汽車,比如快速充電站、換電站等。實際建設過程中,往往採取交流、直流相結合的方式,既可以正常交流充電,也可以緊急情況下快速直流充電,使用戶可以根據自身情況,方便地選擇快充、慢充、定時、定金額、定電量等多種個性化充電方式。另外,通過對傳統立體停車庫進行改造,可以實現立體停車系統與充電系統的集成,建成智能充電立體車庫。除具備基本的停車功能外,還能為電動汽車充電,滿足了社會的多樣化需求。

隨著中德電動汽車充電項目的正式啟動,未來中國和德國電動車將實現充電介面標準完全統一,而上文所述幾種充電樁形式的充電介面,也將順應國際化潮流,真正做到標準化、通用化。

建設模式

目前有兩種常見模式:共建模式和自建模式。

共建模式中,充電樁的所有權歸充電樁公司所有,項目運行過程中涉及的固定費用為:充電設施的製造、安裝費;充電設施的專業維護費用等;業主只需要提供安裝場地和充電樁使用所需的配套的電力設施等。該種模式下,停車位停車費用仍歸業主所得,電動車充電所支付的費用,由統一的運營支付平台負責收取並按照協議的約定與業主分配。

自建模式中,充電樁的所有權歸業主所有,充電樁公司負責充電樁的建設施工、維保,業主承擔充充電樁的設備費用、設備安裝所產生的施工費、所需電纜地鋪設以及其他相關配套設施費用。

運營模式

目前國際主流的充電樁運營模式有三種:政府主導的運營模式、電網企業主導的運營模式和汽車廠商主導的運營模式。

政府主導:政府作為充電樁的投資主體,組織電網企業和汽車廠商參與建設運營。該模式適用於充電樁發展初期,需政府鼓勵和扶持的階段,產生的虧損可由財政負擔。但該模式缺乏市場競爭,會導致效率低下。

電網主導:電網企業作為充電樁的投資主體,負責充電樁的建設運營,具有完全商業化性質。該模式適用於充電樁規模較大、需求穩定的階段,但是缺少終端銷售網路。

汽車廠商主導:汽車廠商為推廣電動汽車需要,自己建設充電樁。該模式將充電樁視為後市場服務的部分內容,但是當規模較大時,提供的電力和技術可能無法滿足實際要求,且利潤受電價波動影響。

我國充電樁處於起步階段,結合我國國情,不宜採用單一主導的模式,可以考慮前期政府地大力扶持和鼓勵充電樁的推廣,比如政策上的傾斜等,合理有序地引導國家電網和汽車廠商扮演相應的角色,大規模發展電動汽車。

充電電量計量

無論交流充電還是直流充電,充電效率和實際電池儲蓄電能都是電動車用戶關心的問題。電池不同於一般家用電器,無論是交流充電的三段式、五段式,還是直流充電方式,實際充電電量,即有用功率,既取決於電池類型,也與電池管理系統的處理有關。電量計量的準確計量與否,取決於電池類型,電池管理系統,充電方式,充電控制系統。準確高效可靠的計量應當考慮以上因素。

雲計算

大規模大範圍的充電樁運營時,運營管理、錯誤異常處理、環境視頻處理則需要結合雲計算平台,才能實現方便快捷。

整理於2017年6月15日

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