BMW有序充电Chargeforward项目二阶段解读：联手PG&E让充电更聪明｜2030出行研究室

本文是《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》一文的续篇。在该项目iChargeForward之前的一阶段中（2015.07-2016.12），BMW联合了与PG&E等能源公司合作开展了让电动汽车、退役电池、电网协调运行的探索项目。能源公司会把每天的可再生能源产生情况进行预测分析，与BMW共同制定出更为推荐充电的时段（并给予相应的补贴激励），并通过用户车主手机中APP的推送等信息来与车主进行互动鼓励其参与，通过这种方法来使电动汽车的充电行为更好的与电网的（尤其是可再生能源的）发电、各种负荷进行协同，以降低可再生能源发电丢弃率，提高环境效益，降低电网负担。

项目该阶段共计邀请了200辆BMW汽车以及退役电池户用储能，产生了209次需求响应事件，响应了19500kWh的电量。

在接下来的第二阶段（原始报告下载地址为：https://bmwmovement.org/wp-content/uploads/2020/07/BMW-ChargeForward-Report-R4-070620-ONLINE.pdf），BMW与PG&E等公司以及UC Berkeley 学校（提供研究经费）继续进行了该项目的研究，主要重点在于扩大参与的汽车数量到400+,开始引入白天充电机制（以帮助消纳白天产生的光伏能源)，研究了不同激励机制的影响，从而更好的应对加州因为光伏发电量的不断增加带来的电力负荷“鸭子曲线的挑战”,让电动汽车尽量在对电网造成负担较小以及可再生能源发电（绿电）更为充沛的时段进行充电。在本文中，将对该Chargeforward项目的第二阶段进行介绍。

一张鸭子曲线的图（图中虚线）：白天虽然也是用电高峰，但是因为光伏出力曲线与用电高峰的重合，电网需要额外的发电/负荷其实不那么大，但是一到傍晚太阳下山光伏出力骤然减少但是电力负荷需求甚至还有增长，此时电网的压力会（对应虚线在6PM左右时的)陡增，体现在负荷曲线上就是白天的下凹鸭身后面出现了剧烈的抬头--鸭脖子鸭头出现

二阶段的参加者情况

该图给出了参加该项目车主的情况，可见其中：

· i3（纯电动）占39%，i3（增程式）占44%，PHEV占17%；

· 几乎所有人都有家用充电条件，有LEVEL 2的占了59% （小评论下：参与项目的加州人民似乎生活条件都不错呢，个个能家中随便充）

· 然后有屋顶光伏的居然占了52%！（真的住大别野的可以铺光伏的有钱人多呐）

另外，从本报告的内容中可以得知，这些用户中：

· 50%的人有工作地充电的条件

· 87%的人一周在家中至少要充一次电

· 61%的人每一天要花45分钟以上来充电

· 80%的人用车主要是上下班通勤

所以不难看出：这些车主大多具有良好的充电条件和电动汽车使用需求，本身也都与新能源有着较多的互动（例如很高的屋顶光伏安装率），可以说是进行智能充电这样未来场景研究的最好的参与者。

在本项目中的有序充电是如何协调的？

上面的示意图，体现了公用事业（utility）、California ISO(美国加利福尼亚州的电力系统运营商), BMW，以及车主（手机APP+电动汽车）是如何互动的。

天气预报可以知道第二天的光伏出力情况，再结合用电、其它的发电信息等就可以初步推算出明天的电网的供需平衡情况，然后PG&E 和BMW会在前一天晚上5点前将信息推送到手机——明天什么时候可能太阳能发电供大于求，此时充电可以得到补贴激励。与车主的互动是通过网站+手机APP+推送+互动来实现的。关于合同的签定等方面的准备工作,可以参考项目第一期的报告。

在这里要强调一点：传统的能源公司与用户的互动常常是通过一个账号（电表之类），而随着物联网等新技术、业态的发展，与用户本人直接互动就显的非常重要，因此通过手机APP来直达用户，以形成更好的协调也是能源领域中创新的主要方向之一，比如本项目的工作。

最大化可再生能源消纳——要不咱多在白天充点电？还是补贴比较香

众所周知，全球绝大部分有时段电价变化的地区都是白天电贵，晚上电便宜，加之工作场所充电有时设施不够普及、停车费用高昂等原因，实际上很多新能源汽车车主白天并没有充电条件，大多只是晚上在家中充电，就连加州的这些车主同样也是这样的习惯，如上图所示：深色的不在家中充电的比例明显更多的集中在never/rarely的“基本从来不”区域。

然而如同“鸭子曲线”一图表明：如果一个地区光伏渗透率高，其白天还真不见得电网其它发电需要出力比较多。恰恰相反：此时光伏出力太多，如果没有更多的平滑/消纳资源来帮助吸收反而会导致光伏发电的浪费，因此通过一定的激励机制来引导用户白天参与充电，就是项目第二阶段的一大研究内容，如下图所示，即尽量让电动汽车的充电曲线与光伏的（白天的）出力曲线协调一致。

上图就是地球周七天里，使用不同的激励政策带来的不同的影响效果对比：周五的双倍补贴效果是最猛的，在这一天55%的充电量来自于可再生能源，使得白天充电增加了225%！相比之下周四推送的“高可再生能源提醒”消息就只有可怜巴巴的20%左右的增长。

其实刘博觉得不管人家咋说，只要参与了项目，为环境做了贡献，那就是好样的。而且通过这个项目，有了以下的发现：79%的人更好的理解了充电行为是怎样影响碳排放的；67%的人明白了电动车充电是怎样影响电网的；56%的人明白了：白天充电也会给自己带来一些潜在的好处（补贴？环保？）

总之看来，环保意识固然重要，但是补贴用的真金白银，它它它，它总是香啊。

其实PHEV减排效果并不差

从上图可以看出：一半以上 (58%)的本项目中的PHEV用户实现了100%的纯电里程通勤。此外，31%的PHEV用户表示他们至少一半的一周里程可以用纯电来搞定。

从本图可以看出有序充电实现的可再生能源消纳效果：每年每辆车BEV可以多消纳1381度电（每辆车平均27.2度电，合50个循环），PHEV则是553度电（平均8.5度电，合65个循环）。可以看出，PHEV的电池每年工作的循环数高于BEV，因此平均到每度电电池的工作量/可再生能源消纳量（右图）也高于BEV(124kWh>89kWh)

所以PHEV的节能减排效果也是很明显的，但是前提是这个车主买了车后不要老拿它当油车使，但是这个就取决于车主自己的环保意识以及配套的充电条件了。

乱弹：未来的方向以及对中国的启示有啥？

看完这个研究，想必大家都会有所收获，对于电动汽车与电网的互动有了更深的认识。而对于该项目未来怎么走，以及对于国情不同的中国有什么参考价值呢？刘博在这里抛砖引玉，结合报告文章最终的总结与大家探讨一下。

· 让电动汽车-可再生能源系统更为有效的绿色化，离不开更好的新基建的支持

从本研究可以看出，美国加州人民参加项目的这些总体比较壕，又是大HOUSE可以充电又是独立户，光伏可以使用。虽然在中国尤其是大城市我们不见得要完全复制一样的模式，但是这种完备的基建设备对于电动汽车行业的发展肯定是有好处的：更多的工作单位充电桩、家用桩条件的完善、更高的新能源渗透率、完备的通信辅助设施都有助于新能源汽车行业的更好发展，所以在今年这样的背景下提出“新基建”概念真的是恰逢其时。

· 信息与能源的融合：车主与能源公司之间的信息交流互动非常有用

能源公司与车主的互动要直达电动汽车用户：传统的电力能源公司都是与电网/煤气账号来互动的，而在本项目中不难看出：能源机构需要直接与电动汽车车主互动，才能使很多更创新的业态更高效的运行。

车主侧的Telematics/RTM信息数据非常重要：汽车信息通讯telematics/RTM的信息源对于汽车与能源网络的互动非常重要。不只包括汽车电池目前的使用情况（SOH电量这种），甚至是用户的用车习惯（从哪到哪，一般什么时候开，喜欢在哪充电，家里/单位有没有充电桩）都会对项目开展有所帮助，因为它可以全景式地(holistic)反映车主的出行需求，基于此分析并与电网协调充电以尽量在最能减少碳排放的时段来进行充电。

能源公司侧的数据分享同样关键：PG&E作为能源公司要愿意分享数据给大家：这样BMW才能直接制定出优化的推荐的充电行为告诉车主们可以这样做（来让他们获得激励），车主们才能明白为什么这样做可以更环保并给自己获得相应的鼓励，BMW的CHARGEFORWARD小组才能更好的分析信息，不断优化整个项目的设置，使之更为有效。

· 咋促进白天&工作充电呢？

在目前的大多数地区，新能源汽车的充电常常是按充电/接入的总时间，而不是按充电量来收费的（停车费的收费思路）。在本研究中，近半数的受访者表示：不想工作时候充电，因为太TM贵了……所以智能充电的未来的一个重要方向&挑战就在于如何让更多的电动汽车转向白天充电，并与（在未来发电份额几乎一定会不断增加）光伏做好互动。基础费率降低，补贴激励提高，改善工作地的充电条件都是可以努力的方向。

当然这个也要结合每一个地区的实际情况来进行，可能对于像光伏这样可再生能源渗透率比较高的地区意义大点，而以传统能源电力为主的地区，恐怕可能还是以夜间充电为主对环保的效果更优。

· 电网需要的革新和调整：更为灵活的电力体制的参与，让电动汽车来为电网减负

本系列研究表明：让电动汽车的智能充电，实际上是可以为电网/在电网中为客户带来很多综合效益的，比如CO2排放减少的鼓励、延迟电网升级建设、价差套利、电网输电拥堵缓解等。

但是要想实现这一点，实际执行起来可能并没有那么容易：各国的电力系统的运行模式不同，电力市场的改革方向也不一样，对于可靠性的要求、可再生能源的消纳路径也不同。当然了，总体来说大方向应该是往这个方向走，但是具体怎么执行，中国怎样学习这个研究中的精髓，并结合好中国的国情做好调整适应创新，就是一个见仁见智的问题了。

· 想做汽车-电网能量的双向交换V2G可以，但是得先把有序充电做好

其实本文就指出了这一点：想做双向交换V2G,首先得把有序充电做好，就是先会走才能跑的意思。大家可以看看本文的研究：是不是只充电整个机制就并不容易需要协调了？要是还要双向能量交换是不是会更麻烦？关于这一点刘博已经在前作《为什么我看好电动汽车有序充电，不看好车电互联（V2G）| 特约评论》中已经评述过了。

· 增加电动汽车与能源网络的互动，要让参与更容易

毕竟车网互动涉及到了很多电网运行、法律法规、权责义务的细节，拟出合同内容，让车主明白然后再加入其实要费一些功夫。现在社会的大多数人装个APP，又有几个人能仔细看他要获取权限时的说明，注册账号时对权利义务的界定呢？人性使然。怎么能把这个参与条件项目说明弄的简洁明快一看就懂也是一个跨学科行业的任务，值得更多的探索。

PS：如果要更进一步做V2G双向能量交换，肯定更麻烦。

· 制定更为合理的激励政策

本研究的结论就是：激励嘛，现金为王，二倍补贴真香。另外一个是：别老冲着电池容量大小补，看干了多少活补不行吗？你看PHEV的减排效果也是很好的，每年工作的循环数非常多，纯电里程/使用可再生能源的效率甚至高于BEV。

后记与致谢

感谢公众号的一位粉丝留言告知我这一期项目并给我分享了报告的链接，在此表示非常感谢，但是不好意思我这忘了收藏你的信息，所以一下子对不上号了，如果方便麻烦您冒个泡再说一声哈。

以及在这里也告诉大家，欢迎大家留言发表观点，或者是发现了什么好的文献、报告、项目觉得推荐给我分析讨论的，刘博这里大力欢迎分享推荐~

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。

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