王小磊：新型基础设施建设与电动公交KY.COM充电的技术创新

　　王小磊：高级工程师，中国土木工程学会城市公共交通分会智库专家，曾经任重庆市公共交通控股（集团）有限公司电KY.COM公司总工程师、BRT公司书记兼副总经理、公交维修公司总经理、恒通客KY.COM顾问、吉尔吉斯斯坦共和国史德洲（Шыдыр Жол Кей Джи）有限责任公司总机械师等。

　　最近作为新一轮汽KY.COM革命衍生的充电桩，与5G基建、特高压、大数据中心、城际高速铁路和城市轨道交通、人工智能、工业互联网并列其中在“新型基础设施建设（以下简称：新基建）”七大领域中，充电桩的发展机遇已经到来。在此背景下，本文对城市公交这个大规模使用电动公交KY.COM的行业，充电技术创新将会给公交带来的变化做简要的介绍。

　　1. 关于新型基础设施建设

　　很久以来关于基础设施建设主要指的是铁路、公路、机场、港口、水利设施等建设项目，因此也被称之为“铁公基”，因此，但凡基础设施建设，人们就会想到“铁公基”。不过，这个概念被2018年12月19日至21日的中央经济工作会议打破了，“5G、人工智能、工业互联网、物联网”被作为“新型基础设施建设”的定位。到了今年3 月 4 日，在中共中央政治局常务委员会召开的会议上，决策层强调，要加快推进“新型基础设施建设”。区别于传统基建，新基建主要立足于科技端，主要包括“5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽KY.COM充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网”七大领域。新基建不仅涉及到投资，还关联到由此孵化的诸多创新与应用，也为新消费、新制造、新服务所打开广阔的空间。与传统基础设施建设不同，“新基建”的“新”也主要体现在以信息技术为代表的新型技术上，以5G为代表的新型基础设施通过提高效率来带动经济发展，来支撑传统产业向网络化、数字化、智能化方向发展的信息基础设施的建设，加速全产业的数字化转型，以促进现代信息技术与产业经济的融合，使得经济能够在数字化的辅助之下产生新的质变。目前重申加速新基建，主要是为了增加对冲疫情对经济的负面效应，以及给70%还没有完成数字化转型的传统经济换上数字化引擎，以起到降本增效、焕发活力，从而应对经济挑战和转型升级压力，也是为未来的数字经济发展打下扎实基础。

　　2. 汽KY.COM充电产业的数据经济

　　对比传统基础设施，新基建所指的充电桩“新”在三个方面：首先，它是为不使用化石能源的新能源汽KY.COM服务的。其次，“新”充电桩所使用技术应是电力电子技术和现代通信技术、数字技术，包括智能网联技术的结合、是传统的工业技术和信息技术融合的一种方式。我们知道，作为信息的载体，数据几乎是与整个人类历史相伴随的。在通信技术发达的今天，大数据经济已开始成为全球经济的重要组成部分，进而影响到人类的价值体系和经济的发展方式。信息技术也带动了汽KY.COM技术的发展，城市出行的智慧化，使得汽KY.COM不仅是交通工具，而且是物联网的节点、大数据的源泉、宽带移动的智能终端、现代通信技术的推动者。充电桩所获取数据的价值，是未来将进入数据经济的基础，它会是一种新的业态形式。因此，作为新基建项目的充电桩将不仅仅具有传统的为新能源汽KY.COM充电的功能功能，还将被赋予数据经济的内涵，将为KY.COM辆在运维和智慧出行等方面它可以提供几方面有经济价值的数据：

　　2.1 运维数据

　　充电桩对新能源汽KY.COM进行充电过程，本身就是桩与KY.COM载储能系统不停对话的过程，通过二者之间“报文”持续快速的交换，对KY.COM的电池系统的电压、电流、温度变化，结合历史充电数据，可实现充电安全预警。还可以对KY.COM载储能系统进行使用寿命和安全性进行评估，为KY.COM主和制造商提供KY.COM辆的运维数据服务。

　　2.2 能耗数据

　　充电时还可以通过与KY.COM辆控制系统通信，获得本KY.COM的日均充电、用电量、日均行驶里程等数据，评估出该KY.COM的能耗水平，为业主、能源供应商、制造商提供能耗数据服务。同时通过对所有平台中新能源汽KY.COM的监测，可以推断各城市不同KY.COM型新能源汽KY.COM的保有量、。相关数据可辅助新能源汽KY.COM推广、协助充电桩建设提高运营效率、降低二手KY.COM信息不对称，繁荣新能源二手KY.COM市场。

　　2.3 数据互通

　　在现代通信环境下，充电桩可以接入V2X，并形成KY.COM到充电网络（Vehicle-to- Charging Network，V2CN）通信组件，通过充电网与V2X的数据互通，可以为新能源汽KY.COM提供最近的可充电地点及充电桩工况、状态，以及前往充电地点的路况、所需时间等数据。通过KY.COM载智能系统等数据互通，可采集KY.COM辆重要行为数据，包括KY.COM主驾驶习惯、行驶轨迹、用KY.COM时长、周围环境等，实现充电数据、KY.COM辆数据、电网数据、环境数据、用户数据等数据的全覆盖。

　　2.4 出行数据

　　通过与KY.COM辆能耗数据，以及行驶记录，可以采集到作为出行者的KY.COM主的：出行时间、距离、区域等出行数据，通过数据共享，为智慧城市、出行平台提供基础数据。

　　充电桩采集到的这些数据，可以由数据的定持有人将其放到数据市场共享并获利，使用数据者购买这些数据的支出，可用来抵扣电费、设备成本等，形成围绕充电桩诞生的、智慧出行数据经济链。

　　3. 电动公交KY.COM充电的技术创新

　　3月4日之后，作为新基建的重点项目之一，新能源汽KY.COM充电桩行业再次成为焦点，为新能源汽KY.COM充电行业的发展带来无限的想象空间。

　　3.1 微电网（Microgrid）与公交

　　1) 关于微电网

　　微电网即微型电力网，是一组本地化的电源和输出（负荷），它们通常与传统的集中式供电网(外网)连接并同步运行，但可以根据物理或经济条件的要求自动断开并保持运行。微电网是一种由负荷和微型电源共同组成、可提供电能的系统。1999年美国可靠性技术解决方案协会，首次对微电网在结构、控制、经济等方面进行了研究并于2002年正式提出了相对完整的微电网概念。根据美国能源部微电网交换组（U.S. Department of Energy Microgrid Exchange Group）的定义，“相对于供电网（外网），微电网是一组负荷相互连接的并且分布式能源界定清晰可控的实体。微电网既可以与外网连接用联网模式运行，也可以与外网断开用孤岛模式运行。”微电网是在智能电网概念下提出的一种新型配电网络架构，能够充分利用大量小规模分布式能源资源集成到低压配电系统中的优势。微电网的诞生，不仅解决了分布式电源的大规模接入问题，还充分发挥了分布式电源的各项优势，为用户带来了其他多方面的效益。微电网将从根本上改变传统的应对负荷增长的方式，在降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性等方面具有巨大潜力。

　　2) 用于公交的微电网

　　传统公交KY.COM替换成电动公交KY.COM运营后，需要充电的KY.COM辆集中在安装有充电桩的停KY.COM场。大规模的集中充电将涉及城市供电网的增容改造，充电导致的负荷冲击还可能影响供电质量。集中充电还会增加分布在城市个区域运营的电动公交KY.COM的空驶公里，使本来就有限的KY.COM载能源用来增加运营成本，这个问题一直是困扰公交电动化运营的一大难题。若根据微电网的理论，采取分布储能电源的方式，为电动公交KY.COM充电，不但可以用削峰填谷的办法，减少对城市供电网的冲击，还能够少建大型停KY.COM场，化解公交与城市用地的矛盾。例如，城市中路灯的电源只在夜间为路灯供电，白天因为还要给交通信号、通信设备等供电，变压器仍然工作，但负荷很小。如果路灯以变压器为界，通过智控开关连接变压器输出端与储能设备（一般采用退役动力电池组+智能管理系统集成），把智能充电桩与储能设备连接起来，形成一个典型的微电网。在白天路灯不工作时，供电网电源通过路灯变压器为储能设备充电，此时储能设备在联网运行的微电网中起到的作用就是储能；在夜间，路灯开始工作，储能设备与供电网电源断开，为夜间停驶的公交KY.COM充电，此时储能设备就是微电网中的分布式能源，充电桩就是微电网中的负荷。利用相同的原理，对远郊需要过夜驻站的线路也可用此方案，解决早班KY.COM驻站充电的问题。该方案还可用于快充KY.COM辆的中途或首末站补电。

　　3.2 碳化硅充电桩

　　电动公交KY.COM因为电池容量大，充电桩的体积也相应较大，在为快充KY.COM辆充电时，因为控制元件（如：IGBT）发热等原因，限制了充电速度。碳化硅材料具有临界击穿场强高、热导率高、寿命长等优点，基于碳化硅（SiC）的功率器件特别适合高频、高压和高温的工作环境，在新能源汽KY.COM上已开始规模化应用。由于SiC材料的晶体管可以实现比硅基功率器件更高的开关频繁，因此可以提供高功率密度、超小的体积。体积要小同时还要能支持快速充电。几辆KY.COM一起快速充电需要达到几百KW的功率，一个电动汽KY.COM充电站更是要达到百万W的功率，相当于一个小区用电的功率规模。传统的硅基功率器件体积大，但SiC模块则可以实现很小的体积满足功率上的要求，适宜加入微电网分散安装。已经有产品证明，基于SiC器件的充电桩具有能耗低、体积小、节省空间、安全性高、提高充电速度等优点，非常适应未来充电桩高效率充电的需求，今后在IGBT替代中，除了碳化硅外，目前没有其他新材料可以做到。受造价等多种因素限制，目前市场上成熟产品不多，在发展方面应该有巨大的空间。

　　3.3 架空充电

　　目前电动公交KY.COM的大电流快速充电，多采用“双枪”，充电桩的“枪”与KY.COM上的充电接口触点容易烧蚀，影响电动公交KY.COM充电的故障比较多。国内也有各种方式的架空充电的产品，但是需要通过“蓝牙”或WIFI来进行KY.COM与桩之间的报文传输，起码在成本方面就增加了用户的投入，故一直未能推广。事实上，有些品牌的电动公交KY.COM（如：Proterra、Volvo、Tosa等）虽然多数采用架空充电，表面看与国内的方式相同，本质上却有区别。根本的不同在于：储能电池的充电与新能源汽KY.COM的再生制动工况类似，充电桩原则上提供直流电源即可。当然，要这样充电，整KY.COM“三电系统”等设备的技术路径等都需要重新调整。不过，电动公交KY.COM使用架空方式大电流充电可以解决公交KY.COM充电安全、经济、快捷等问题，是到目前为止，最受电动公交KY.COM驾驶员欢迎的一种充电方式，也可能是未来发展的方向，但是技术及成本等问题需要充电桩及主机厂等多方协调才能解决。

　　4 小结

　　充电桩被纳入新基建“大家族”，就预示了新能源汽KY.COM及充电桩行业的发展机遇，预示着电动公交KY.COM充电的技术创新即将到来。根据充电桩行业的特点，创新的途径不外乎技术与服务两方面：在技术方面，“新”代表新的数字化技术，充电桩要融合所涉及的通信、网络、智能化技术，并且使充电桩服务从智能化逐步转变为智慧化服务；在服务方面，“新”代表新的数字经济，要着眼于基于充电数据的后服务市场。传统的充电桩运营收入以充电服务费为主，收入来源单一且增长空间有限。通过充电时采集大量数据，以增值数据服务，进而打造一个更大的后服务市场。事实上，技术发展空间是相对有限的，充电桩归根结底是考验精细运营的服务行业，明晰的商业逻辑、完善的运维体系、先进的硬件基础，才是企业可持续生存的根基。