劉尚達(dá)
摘 要:隨著新能源汽車技術(shù)的不斷升級和充換電服務(wù)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善,我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展期,多種新商業(yè)模式隨之產(chǎn)生,通過介紹和分析新能源汽車充換電領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和主要矛盾,針對不同發(fā)展階段的主要特點(diǎn)預(yù)測了可能產(chǎn)生的新商業(yè)模式和該商業(yè)模式的主要特征,并預(yù)測了未來的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:純電動(dòng)汽車 充換電 充電樁
1 引言
隨著國際地緣政治危機(jī)的加劇,傳統(tǒng)化石能源成為了制約工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素,這也加速了世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家去化石能源行動(dòng)的進(jìn)程,具體到汽車工業(yè)領(lǐng)域,電氣化成為了各汽車大國不約而同的選擇,這導(dǎo)致逐年遞增的電力需求對電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定性”和“恢復(fù)力”都提出了更高的要求,發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國走向汽車強(qiáng)國的必由之路,構(gòu)建以新能源汽車為主體的新型電力系統(tǒng),規(guī)?;碾妱?dòng)汽車能源應(yīng)用,既是新的挑戰(zhàn)也是新的機(jī)遇。目前大多數(shù)人只看到了新能源汽車對于傳統(tǒng)車企和汽車服務(wù)企業(yè)的沖擊,而忽視了電力系統(tǒng)容量這一基礎(chǔ)因素對于新能源汽車普及和發(fā)展的限制,以及由此衍生出的全新商業(yè)模式。
2 推動(dòng)純電動(dòng)汽車充換電技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)動(dòng)力
2.1 雙碳目標(biāo)與交通電氣化
2020年9月,習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布,“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值,努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?!卑殡S而來的是中國交通將實(shí)現(xiàn)全面電氣化。目前中國的發(fā)展速度世界矚目,工業(yè)發(fā)展是推動(dòng)綜合國力的重要?jiǎng)恿?,在不影響發(fā)展速度的前提下,大力推進(jìn)電氣化,必將帶來一場能源消費(fèi)的變革。
2.2 電力全面市場化
我國提出“構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系,控制化石能源總量,著力提高利用效能,實(shí)施可再生能源替代行動(dòng),深化電力體制改革,構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”。工商業(yè)用戶全量入市交易,深圳等地開展直供電改革,大量新增主體涌入電力市場。純電動(dòng)汽車因本身所具有的大容量電存儲能力,它的能量富余如果可以并入電網(wǎng),將在電價(jià)平衡中起到關(guān)鍵作用[1]。
2.3 電動(dòng)汽車?yán)瓌?dòng)效應(yīng)
實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)要在滿足經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展需求的前提下,以新能源為供給主體,優(yōu)先考慮風(fēng)、光、太陽能等綠色能量來源(在電力行業(yè)被稱之為綠電),同時(shí)要滿足應(yīng)急保障需求。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要結(jié)合信息網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等多種技術(shù)手段來解決風(fēng)光波動(dòng)等技術(shù)問題,這也會催生出更多的新興產(chǎn)業(yè)和與之配到的服務(wù)業(yè)。
3 充換電行業(yè)所面臨的實(shí)際困難
3.1 用戶方面
充換電時(shí)間長、充電場所少、充電樁故障率高、充電安全無保障等問題突出。尤其在二三線及以下城市更加明顯[2]。對于大多數(shù)非一線城市居民來說,純電動(dòng)汽車只能是作為家庭用車的補(bǔ)充,而不能作為唯一的交通工具,即使是在一線城市,部分消費(fèi)者購買純電動(dòng)車的目的也可能只是因?yàn)橄胍硎車覟榱斯膭?lì)新能源汽車推廣而暫時(shí)給與的優(yōu)先上牌、現(xiàn)金補(bǔ)貼和稅費(fèi)減免等政策紅利。自2023年起這部分政策紅利都已經(jīng)確定了終止日期,這部分用戶也就自然而然的流失了。
3.2 電網(wǎng)方面
新能源汽車充換電對電網(wǎng)的負(fù)荷要求隨機(jī)性大、無序、單向不可調(diào)。新能源發(fā)電“密度低”與用電負(fù)荷“高度集中”之間的矛盾導(dǎo)致新能源車用不上新能源電,根據(jù)國家智慧車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司車網(wǎng)互動(dòng)中心預(yù)測,到2030年新能源日內(nèi)最大功率波動(dòng)接近5億千瓦,超過當(dāng)年常規(guī)總裝機(jī)容量的23%。如果仍然依靠常規(guī)的電源進(jìn)行調(diào)節(jié)的話,從技術(shù)角度講已經(jīng)很難達(dá)到平衡。急需大規(guī)模的儲能技術(shù)和多種形式的需求側(cè)資源來輔助達(dá)到電網(wǎng)平衡的目的。而電動(dòng)汽車是目前可預(yù)見的需求側(cè)增長最快的用電單元。目前新能源車的用電負(fù)荷與居民生活用電的負(fù)荷波動(dòng)在時(shí)間上是高度一致的,結(jié)果將導(dǎo)致電網(wǎng)峰谷有最大負(fù)荷35%加劇至55%,“峰上加峰”的現(xiàn)象會更加嚴(yán)重,配電網(wǎng)運(yùn)行壓力不斷加大?!皟δ堋笔悄壳耙阎鉀Q這一問題的最直接且有效辦法,但會帶來高昂的成本,需要有長期穩(wěn)定的盈利來平衡這一成本,無奈新能源汽車領(lǐng)域技術(shù)革新速度太快,存在太多的不確定性,很難保證有一個(gè)長期穩(wěn)定的盈利。
3.3 運(yùn)營商方面
審批困難、利用率低、營業(yè)模式單一、投資回報(bào)期長、技術(shù)更新迭代快。在換電運(yùn)營體系里,電池投資占總投資的三分之二以上,但目前技術(shù)路線多樣化,產(chǎn)業(yè)初期,技術(shù)創(chuàng)新活躍,如何在實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的前提下留下技術(shù)創(chuàng)新的空間;同時(shí)減少社會資源的重復(fù)投入;向后兼容,滿足不同車型的充電需求。盡快完成電池資產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和可流通體系建設(shè),甚至完全的車電分離是未來提高資產(chǎn)流轉(zhuǎn)效率,引進(jìn)金融投資最重要的基礎(chǔ)。
4 困難中所蘊(yùn)含的商機(jī)
4.1 峰谷電差達(dá)60%
電網(wǎng)的總發(fā)電和總用電在同一時(shí)間必須相等,在無法儲存的前提下,多余的電必須放棄掉,導(dǎo)致電網(wǎng)的發(fā)電資產(chǎn)閑置率達(dá)到了40%-50%,但在高峰期電量又不夠用,所以近年間部分地區(qū)經(jīng)常有“限電”的現(xiàn)象。為側(cè)面解決這一問題,國家把電價(jià)分為峰、谷、平三擋,最高價(jià)差可達(dá)4倍 。在電價(jià)的低谷期充電,在電價(jià)的高峰期把富余的電能回饋給電網(wǎng),有豐富的商業(yè)價(jià)值可以發(fā)掘,不僅是電動(dòng)汽車可以完成這一資源流轉(zhuǎn),報(bào)廢的回收動(dòng)力電池也可以作為梯次儲能的能量載體。
4.2 商用車獲利潛力大
在商用車領(lǐng)域,首先是公交及重卡、其次是物流輕卡最后是網(wǎng)約車和公務(wù)車,此類車輛具有工作時(shí)間和使用場景固定的共同特點(diǎn),更加符合電動(dòng)汽車的使用特點(diǎn),因此在電動(dòng)化的普及上會優(yōu)先于家庭用車,但這一市場并沒有得到足夠的重視,即使是在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域,商用車也常常受到忽視,很多比較容易解決的問題仍然無人解決,比如重卡換電產(chǎn)業(yè)缺乏互換性標(biāo)準(zhǔn)體系,導(dǎo)致?lián)Q電安全性無保障、電池接口不通用、通信協(xié)議不兼容等問題,始終無法形成互聯(lián)互通的換電網(wǎng)絡(luò)。而在充電站領(lǐng)域商用車對于空間和時(shí)間成本的要求更高,雖然需求穩(wěn)定但增產(chǎn)空間比不上民用領(lǐng)域,少有資本愿意進(jìn)入,反而使這一領(lǐng)域存在了比較大的市場空白和發(fā)展空間,競爭也相對較小。
4.3 私家車的主要活力方向?yàn)檐嚲W(wǎng)互動(dòng)
國網(wǎng)智慧車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司副總經(jīng)理王文在2022中國國際社區(qū)充電產(chǎn)業(yè)大會期間提到“通過社區(qū)有序充電參與電網(wǎng)互動(dòng),是目前最經(jīng)濟(jì)最具規(guī)?;茝V條件的技術(shù)方案。電動(dòng)汽車可通過社區(qū)有序充電、雙向互動(dòng)(V2G)方式實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的互動(dòng),幫助電網(wǎng)削峰填谷,消納清潔能源,讓電動(dòng)汽車成為真正的新能源車?!痹谶@一過程中車主可以享受到電價(jià)差帶來的收益,運(yùn)營方可以通過保險(xiǎn)、養(yǎng)護(hù)、網(wǎng)約車等服務(wù)產(chǎn)品線盈利。
5 電動(dòng)汽車在電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要作用
截止到2020年6月中國新能源汽車保有量已經(jīng)突破1000萬輛,根據(jù)中國汽車工程學(xué)會預(yù)測。2030年中國的新能源汽車保有量將達(dá)到8500萬輛,2040年將突破3億輛,2040年新能源汽車用電量增加2.68萬億千瓦時(shí),占社會總用電量的17%,日充電功率可達(dá)5.87千瓦。這就意味著,新能源汽車用電將成為電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展過程中不得不重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵因素。
5.1 電動(dòng)汽車可成為新型電力系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)的可調(diào)資源
隨著電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力不斷增加,將是一類非常好的移動(dòng)儲能資源,可以在電源側(cè)和負(fù)載側(cè)充分發(fā)揮“電力海綿”的作用。在電源側(cè)如果把比例控制在10%-20%的住宅小區(qū)電動(dòng)車參與雙向充放電,則本地配電就不需要增容。在負(fù)荷側(cè)響應(yīng)方面,如果在2030年50%的電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)互動(dòng),可形成調(diào)峰時(shí)段1億千瓦的調(diào)節(jié)能力[3]。從充電特性分析,電動(dòng)汽車用戶在居住區(qū)或者工作地一般停留時(shí)間較長,平均達(dá)到3小時(shí)以上,可控比達(dá)到30%,呈現(xiàn)出“充電時(shí)間有彈性、充電行為可引導(dǎo)”的特征,通過市場和技術(shù)手段,可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)。
5.2 電動(dòng)汽車助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)的創(chuàng)新實(shí)踐
2020年以來國家電網(wǎng)智慧車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司通過智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺運(yùn)營系統(tǒng)聚合電動(dòng)汽車資源,實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)峰能力最大化,電量影響最小化。通過平臺聚合充電樁27.6萬個(gè),可調(diào)容量520萬千瓦,累計(jì)削峰響應(yīng)91次。2022年入夏以來以江蘇省為例,組織電動(dòng)汽車充電樁參與實(shí)時(shí)需求響應(yīng)削峰功率1.5萬千瓦,解決江蘇省用電負(fù)荷缺口0.5%。雖然占比不大,但新能源汽車還處于發(fā)展初期,按目前發(fā)展速度可以預(yù)測2030年,全社會充電樁參與迎峰度夏,預(yù)計(jì)削峰能力可以達(dá)到3000萬千瓦。
6 新型商業(yè)模式分析
隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的增長,根據(jù)電能的需求和電網(wǎng)的承載能力,充換電領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程可劃分為三個(gè)階段,第一個(gè)階段為充的時(shí)代,也是我們目前正處于的階段,在這一階段純電動(dòng)汽車的數(shù)量并不多,對于電網(wǎng)的沖擊并不大,利用目前電網(wǎng)的功率儲備可以滿足用戶的充電需求,此階段的充換電商業(yè)模式主要由充電樁的設(shè)計(jì)和研發(fā)方即車企來主導(dǎo),少數(shù)電動(dòng)車頭部企業(yè)在行業(yè)內(nèi)具有很大的話語權(quán),比如特斯拉的超級充電站,在技術(shù)上設(shè)置了比較明顯的壁壘,用來阻止第三方服務(wù)企業(yè)的進(jìn)入,但隨著產(chǎn)品保有量的增加,和行業(yè)間競爭的加劇,充電樁的建設(shè)成為了企業(yè)的負(fù)擔(dān),必將走向標(biāo)準(zhǔn)化的道路;第二階段是電的時(shí)代,隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的增加,在不遠(yuǎn)的將來,電網(wǎng)將會無法滿足電動(dòng)汽車的充電需求,此時(shí)需要電網(wǎng)針對這一新需求來重新規(guī)劃布局,這一階段的充換電模式將由電能的提供方,即各類型的電力公司尤其是“綠電”公司來主導(dǎo),此時(shí)可能會由于用電量的增加而導(dǎo)致電價(jià)提高,直到電網(wǎng)在充分利用清潔能源的前提下可滿足純電汽車的用電需求;第三階段是網(wǎng)的時(shí)代,此階段電動(dòng)車的數(shù)量趨于飽和,電網(wǎng)電力供應(yīng)可準(zhǔn)確預(yù)期,電動(dòng)汽車儲能方案完整,成為電網(wǎng)的一部分,充分融合互通,這一階段的車、樁、路、網(wǎng)、電、人六個(gè)主體互聯(lián)互通,充換電模式將由各方協(xié)同確定?;谶@三個(gè)階段,都會孕育出獨(dú)有的商業(yè)模式。
6.1 充的時(shí)代
特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以車企自建充電樁來滿足用戶充電需求,支撐不了大規(guī)模電動(dòng)汽車發(fā)展。此時(shí)的充電樁主要由車企根據(jù)自身產(chǎn)品技術(shù)路線研發(fā),由于技術(shù)路線不同,或車企主動(dòng)設(shè)置技術(shù)壁壘,導(dǎo)致充電樁專車專用,在充電樁搭建上也是以家用樁為主,依賴的是現(xiàn)有的民用供電網(wǎng)絡(luò),好在目前基數(shù)不大,在大多數(shù)非一線城市對電網(wǎng)的沖擊尚在可控的范圍內(nèi),但家用充電樁存在安裝成本高(雖然大多數(shù)品牌承諾免費(fèi)安裝,但成本是由企業(yè)自身和國家補(bǔ)貼承擔(dān))、利用率低、供電方不可控等弊端,不適合電動(dòng)車的大規(guī)模發(fā)展,針對這一主要矛盾已經(jīng)有:有序充電、微網(wǎng)光伏、移動(dòng)儲能、梯次儲能、聚合售電、車網(wǎng)互動(dòng)、碳交易等[4]。許多新概念提出來加速產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型。由此產(chǎn)生的商業(yè)模式有:共享充電樁、動(dòng)力電池回收再利用、智能停車場、電動(dòng)共享汽車等。
6.2 電的時(shí)代
特點(diǎn)表現(xiàn)為充電業(yè)務(wù)由電網(wǎng)方或第三方服務(wù)公司承接,充電樁具有通用性,可進(jìn)行品牌間共享,充電過程可進(jìn)行智能控制,享受峰谷電差、綠電、平衡電網(wǎng)等優(yōu)勢,達(dá)到了新能源汽車用新能源電、能源利用率高、節(jié)能環(huán)保的最終目的。
基于充電樁共享的前提條件,可實(shí)現(xiàn)新能源汽車充電的群控群管和綜合調(diào)度,新能源車充電和車主居家生活用電負(fù)荷不再重疊,所以可以利用群控群管實(shí)現(xiàn)居民用電優(yōu)先、剩余負(fù)荷對新能源汽車進(jìn)行有序充電,實(shí)現(xiàn)低谷充電、安全用電。
此階段電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展趨于成熟,有突破性技術(shù)革新的可能越來越小,汽車行業(yè)市場競爭開始從技術(shù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到市場營銷及配套服務(wù)領(lǐng)域(類似于目前燃油車所處于的發(fā)展階段),大規(guī)模的新能源發(fā)電領(lǐng)域、汽車充電場站、配套的新能源汽車運(yùn)維服務(wù)連鎖企業(yè),將擺脫汽車主機(jī)廠的束縛,成為獨(dú)立的、占有更大利潤空間的商業(yè)環(huán)節(jié),同時(shí)對于人才的需求也將會更加的綜合化。
6.3 網(wǎng)的時(shí)代
以站+終端為鏈路,充電網(wǎng)深度鏈接車、電池、能源、人。充電網(wǎng)+微電網(wǎng)+儲能網(wǎng)成為新型電力系統(tǒng)新載體,充電網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最大應(yīng)用場景形成高黏性高強(qiáng)度鏈接[5]。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn),將形成雙向配電、分布式綠電、智慧儲能、電動(dòng)汽車充放電、電熱轉(zhuǎn)換等多會員交互管理的多元系統(tǒng),此時(shí)的新能源汽車充放電系統(tǒng)是電網(wǎng)的有機(jī)組成部分,兼顧著平衡電網(wǎng)、錯(cuò)峰平谷、梯次儲能等作用,而不再像前兩個(gè)階段,是電網(wǎng)的負(fù)荷。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成熟后可在網(wǎng)絡(luò)平臺中擴(kuò)展SAAS服務(wù),從APP運(yùn)營、在線支付、大數(shù)據(jù)分析等多種渠道開發(fā)商業(yè)模式。即使是已經(jīng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)使用壽命極限的淘汰車型,也可利用自身的富余容量和剩余存儲壽命實(shí)現(xiàn)零成本儲能和梯次儲能,這對現(xiàn)在亟待解決的廢舊電池回收利用問題也提出了可行的解決方案。
7 可能導(dǎo)致市場變革的關(guān)鍵技術(shù)
7.1 大功率充電技術(shù)
目前主流車企所提供的換電服務(wù)可在十分鐘內(nèi)完成對車輛動(dòng)力電池的更換,但充電站的建設(shè)成本較高,對建設(shè)場地和電力基礎(chǔ)設(shè)施都有嚴(yán)格的要求,并且?guī)缀跛熊嚻蠖夹枰越ㄖ会槍ψ约寒a(chǎn)品的換電站,在電動(dòng)車市場保有量不高和充電時(shí)間不集中的情況下,換電站工作效率優(yōu)于充電站,但參考最近東北地區(qū)發(fā)生的低溫天氣集中換電難問題,可以看出這一模式有很大的缺陷,如果沒有政府支持或者大資本投入,短時(shí)間內(nèi)換電模式不能滿足大規(guī)模使用需求。此時(shí)人們自然會把注意力轉(zhuǎn)移到充電模式,中國在大功率直流輸電領(lǐng)域具有世界領(lǐng)先的技術(shù)儲備和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),如果電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展到可以大幅度提高動(dòng)力電池所能承受的最大功率,把充電時(shí)間縮短到15分鐘之內(nèi),充電站將具有巨大的競爭優(yōu)勢。一直以來為了確保電動(dòng)汽車的絕緣安全和降低電路制造成本,動(dòng)力電池最大電壓一直受到嚴(yán)格的控制,但隨著技術(shù)的進(jìn)步電動(dòng)車所能承受的最高電壓已經(jīng)從初期的300V提高到近1000V。這為未來大功率充電技術(shù)的發(fā)展提供了可能。
7.2 有序充電技術(shù)
新能源汽車有序充電是指在滿足汽車充電需求的前提下,運(yùn)用經(jīng)濟(jì)或技術(shù)措施引導(dǎo)、控制新能源汽車進(jìn)行充電,一定條件下,新能源汽車還可以通過帶有雙向充放電功能的充電樁向電網(wǎng)放電,從而對電網(wǎng)負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷,使負(fù)荷曲線峰谷差減小,減少了配電設(shè)施容量建設(shè),保證了新能源汽車與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動(dòng)發(fā)展[6]。這一技術(shù)是實(shí)現(xiàn)新能源汽車并入電網(wǎng)的關(guān)鍵。也是開展第三方商業(yè)服務(wù)的先決條件。但這一技術(shù)不可能由第三方服務(wù)公司開發(fā),只能由電網(wǎng)方完成,且要在車企充電標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的前提下才能實(shí)現(xiàn)。
8 結(jié)語
在新能源汽車普及這一確定的未來引導(dǎo)下,中國已經(jīng)逐步形成了十縱十橫兩環(huán)的高速城際快充網(wǎng)絡(luò),未來也將覆蓋郊區(qū)、縣、鄉(xiāng)。在以創(chuàng)新和環(huán)保為本,從化石能源向清潔能源,從傳統(tǒng)制造到智能制造轉(zhuǎn)變的偉大進(jìn)程中,商業(yè)模式的創(chuàng)新也將成為推動(dòng)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的強(qiáng)大動(dòng)力。發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)和推動(dòng)國家能源轉(zhuǎn)型責(zé)任重大,前景廣闊。需要我們?nèi)鐣M(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)間技術(shù)合作和政策協(xié)調(diào),持續(xù)推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式探索,為助力我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。
基金項(xiàng)目:吉林省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度課題《高職新能源汽車技術(shù)專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合實(shí)踐研究》(GH22234)。
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