電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)

楊慶新 張 獻(xiàn) 章鵬程

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)

楊慶新1,2張 獻(xiàn)2章鵬程3

（1. 新能源電力變換傳輸與智能控制天津市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（天津理工大學(xué)） 天津 300382 2. 省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)） 天津 300130 3. 清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系 北京 100084）

無線電能傳輸將是未來智能網(wǎng)聯(lián)、無人駕駛、共享化電動車的必然選擇。該文提出電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的概念、意義和構(gòu)建中的關(guān)鍵問題及實(shí)現(xiàn)路徑。將具有無線電能雙向傳輸功能的電動車網(wǎng)和樁網(wǎng)通過云平臺（即“兩網(wǎng)一云”）進(jìn)行智慧融合，實(shí)現(xiàn)各參與要素間的便捷、高效、協(xié)同運(yùn)行以及資源優(yōu)化匹配。電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的建立，將極大推進(jìn)電動車智能網(wǎng)聯(lián)化、無人駕駛和共享化以及電能的車網(wǎng)智慧交互，使交通出行模式和新能源電力儲饋方式發(fā)生變革，真正滿足人們對輕松自由并安全出行的美好追求，助力碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

電動車 智慧 無線電能傳輸 云網(wǎng)

0 引言

“碳達(dá)峰、碳中和”是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革，利用風(fēng)能及太陽能等新能源生產(chǎn)“綠電”，全面推進(jìn)新能源大規(guī)模開發(fā)，提高電網(wǎng)對高比例可再生能源的消納和調(diào)控能力，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是我國未來能源結(jié)構(gòu)發(fā)展戰(zhàn)略[1]。風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電存在著隨機(jī)性和間歇性等不確定性，限制了新能源高比例并網(wǎng)的發(fā)展。儲能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)新能源有序接入和提升調(diào)控消納穩(wěn)定性與安全性的重要手段，探索新型大規(guī)模、分布式儲能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“綠電”+儲能對高比例新能源并網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)具有重大意義。

交通電氣化，特別是基于“綠能”電動車的快速發(fā)展是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、應(yīng)對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，也是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路。2021年10月舉行的第二屆聯(lián)合國全球可持續(xù)交通大會上，習(xí)近平主席闡述了可持續(xù)交通的重要意義，對推動大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術(shù)與交通領(lǐng)域深度融合作了重要表述，明確可持續(xù)交通領(lǐng)域內(nèi)新能源車堅(jiān)持電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的發(fā)展方向。在政策指導(dǎo)與市場驅(qū)動下，電動車市場急速發(fā)展，2022年上半年，我國電動車保有量已達(dá)810.4萬輛，預(yù)計(jì)2030年將突破 8 000萬輛[2]，電動車正從單純交通工具向儲能單元、移動智能終端和數(shù)字空間轉(zhuǎn)變[3-6]。

出行服務(wù)是關(guān)系人們?nèi)粘Ｉ钏降闹匾矫妫藗儗γ篮蒙畹淖非筚x予了對電動車新的要求。急速增長的電動車保有量使得現(xiàn)有的駕駛模式存在交通擁堵和不安全等方面的壓力，交通事故等問題也隨之增多。在“人-車-路-網(wǎng)”數(shù)字閉環(huán)理念的協(xié)調(diào)發(fā)展下，無人駕駛技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為車聯(lián)網(wǎng)、智慧交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心應(yīng)用服務(wù)[7-8]。電動車的智能網(wǎng)聯(lián)、無人駕駛和共享化能夠大大提高人們出行的安全性和舒適性。

2020年國家印發(fā)的《新能源車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》提出“到2025年我國高度自動駕駛汽車實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域和特定場景商業(yè)化應(yīng)用”，無人駕駛是未來電動車發(fā)展趨勢，車路協(xié)同、智能網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用場景及實(shí)現(xiàn)方法成為各界研究重點(diǎn)[9-10]。無人駕駛高度智慧應(yīng)用場景已擺脫了人為干預(yù)，有人值守的有線插拔充電模式與無人駕駛應(yīng)用場景顯得格格不入，也不現(xiàn)實(shí)。與之對應(yīng)的無線充電技術(shù)只需車輛停在具備無線電能傳輸功能的車位上，便可自動實(shí)現(xiàn)車網(wǎng)能量無人值守雙向交互，無線電能傳輸將是未來智能無人駕駛電動車的必然選擇[11-14]。

除此之外，面對電動車保有量的迅速增長，充電負(fù)荷的激增是電網(wǎng)將面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)，如何系統(tǒng)性調(diào)度電動車有序接入電網(wǎng)是需要關(guān)注的重要問題。根據(jù)測算，到2030年，充電設(shè)施裝機(jī)容量將會達(dá)到6.6億kV×A，相當(dāng)于8 250萬戶居民用電容量[15]。未來，在電動車充電負(fù)荷和充電設(shè)施裝機(jī)容量的龐大數(shù)字下，若不建立針對電動車充電負(fù)荷的調(diào)配系統(tǒng)，可能會因電動車聚合性充電引發(fā)局部配電網(wǎng)的負(fù)荷緊張，甚至可能造成電網(wǎng)的崩潰[16]，因此建立緊密的車網(wǎng)能量雙向互動關(guān)系十分必要。與此同時，現(xiàn)有電動車充電樁設(shè)備數(shù)量有限、分布不均與短時激增的充電需求間存在結(jié)構(gòu)性矛盾，單一電動車與充電樁地理信息無法應(yīng)對未來海量無人駕駛電動車的充電配置問題，短時電動車充電負(fù)荷的涌入將造成交通擁堵及電網(wǎng)穩(wěn)定性問題[17]。

如何調(diào)度充電負(fù)荷，提高負(fù)荷利用率，以減少電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，正成為未來車聯(lián)網(wǎng)須解決的重要問題。解決上述“痛點(diǎn)”需建立電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)[18]，以云平臺形式融合車-樁-路網(wǎng)等信息，進(jìn)一步推動電動車等相關(guān)技術(shù)發(fā)展，而高度智能化的云調(diào)度平臺需要相關(guān)技術(shù)的融合支撐，基于數(shù)字化孕育出的云平臺技術(shù)也為電動車無人駕駛的實(shí)現(xiàn)提供了思路。電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)可以真正意義上實(shí)現(xiàn)“兩網(wǎng)一云”的融合，在出行模式間形成高效協(xié)同和資源優(yōu)化匹配。電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)技術(shù)路線圖

智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的服務(wù)范圍涉及電動車、無線充放電站以及用戶三部分，且需要完成的功能繁雜，云網(wǎng)建設(shè)前期投入與其日常運(yùn)營維護(hù)都需以智能云網(wǎng)的可持續(xù)運(yùn)營為目標(biāo)之一，為云網(wǎng)制定合適的盈利模式，使云網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字循環(huán)經(jīng)濟(jì)的自給自足[19]。因此，建立什么樣的電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)，如何建立云網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)高效、可靠數(shù)據(jù)交互和智能決策，形成持續(xù)可循環(huán)的交通能源數(shù)字經(jīng)濟(jì)，成為亟須解決的問題。

無線充電云網(wǎng)通過智能網(wǎng)聯(lián)，把汽車和無線充電站的實(shí)時信息有機(jī)結(jié)合起來，從而使得電動汽車能夠自動地判斷哪里有無線充電站以及其最近的位置，甚至更精準(zhǔn)地判斷哪里不用排隊(duì)或等待時間最短等。因此，無線充電將會是未來智能無人駕駛、共享電動汽車的必然選擇，因?yàn)樗軌驑O大程度地滿足人們對輕松自由出行的美好追求，把自己從緊張疲憊又可能不安全的傳統(tǒng)自駕方式中解放出來。因此，本文基于電動車車網(wǎng)互動、無線充電、無人駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)及數(shù)字化等技術(shù)的現(xiàn)有研究及其融合發(fā)展趨勢，提出電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的概念和對云網(wǎng)構(gòu)建中關(guān)鍵問題的思考。本文以車樁網(wǎng)無線電能互動為切入點(diǎn)，對現(xiàn)有技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述，思考云網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行、信息安全與空間電磁安全等諸多方面因素，提出構(gòu)建云網(wǎng)的關(guān)鍵問題以及對若干場景的思考，為電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)建設(shè)提供參考。

1 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的概念與意義

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)是指將具有無線電能雙向傳輸功能的電動車網(wǎng)和樁網(wǎng)通過云平臺（即“兩網(wǎng)一云”）進(jìn)行智慧融合，實(shí)現(xiàn)各參與要素間便捷、高效、協(xié)同工作以及資源優(yōu)化匹配。智慧無線電能傳輸云網(wǎng)將車輛信息與充（受）電樁資源信息、電網(wǎng)信息等多層信息通過智能化數(shù)字技術(shù)進(jìn)行交融，將有效解決車網(wǎng)能量智慧互動等問題，響應(yīng)國家“綠電”、“雙碳”的發(fā)展理念。值得一提的是，目前也存在對電動車進(jìn)行換電的補(bǔ)能模式，即將大量電池進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)行集中存儲與充電，通過建立換電站為電動車更換滿電狀態(tài)的電池；或建立配送站，為電動車提供換電服務(wù)，從而快速完成對電動車的補(bǔ)能。然而，現(xiàn)有換電模式的能量流是從電網(wǎng)向電動車的單一方向，不作為儲能單元進(jìn)行雙向電能交互，從而限制了電動車兼具交通工具與儲能單元這一優(yōu)勢的充分發(fā)揮。

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)能夠充分發(fā)揮電動車的儲能優(yōu)勢，智慧無線電能傳輸云網(wǎng)中存在多種以電動車為媒介的能量交互形式，包括車網(wǎng)能量交互、車車能量交互等，電動車的移動和分散儲能屬性有利于云網(wǎng)對能量合理、高效的調(diào)度與分配，促進(jìn)電力能源的安全消納。

1.1 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)中的能量交互

1.1.1 車網(wǎng)能量交互

電動車的天然儲能屬性吸引人們利用車載電池開展車網(wǎng)交互技術(shù)（Vehicle-to-Grid, V2G）研究。未來隨著電動車數(shù)量的不斷增加，其儲能規(guī)模將十分可觀，利用電動車進(jìn)行車網(wǎng)能量交互，可提高儲能單元的分布性與機(jī)動性，對增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有現(xiàn)實(shí)意義，同時V2G技術(shù)也是構(gòu)建智慧無線電能傳輸云網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)之一。

V2G技術(shù)可利用大量電動車組成的海量儲能資源為電網(wǎng)和可再生能源提供緩沖，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過高時，由電動車的已儲能源向電網(wǎng)進(jìn)行饋電；而當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷低時，電網(wǎng)中過剩的電能則可用于為汽車供電，避免造成能量浪費(fèi)。

隨著電動車并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對電動車配入電網(wǎng)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了深入研究，尤其是近年來能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，“數(shù)字+能源”推動了能源信息的融合。未來智能無人駕駛、共享電動車的應(yīng)用場景中，無線電能雙向傳輸可以實(shí)現(xiàn)車與網(wǎng)間雙向電能流動，既提高了充電便捷性，又有效減小了大量電動車負(fù)荷對配電網(wǎng)的沖擊，是其充電模式的必然選擇。

海量電動車不僅提供了豐富的儲能資源，這類儲能還具有傳統(tǒng)儲能方式所不具備的機(jī)動性，能夠?yàn)殡妱榆噾?yīng)急充電救援以及局部組網(wǎng)提供有效解決方案。無線V2G可以將電動車轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢苿拥摹俺潆妼殹保嚶?lián)網(wǎng)與樁聯(lián)網(wǎng)通過云鏈接，獲取車輛實(shí)時電量以及任務(wù)執(zhí)行情況，判斷附近可用于削峰填谷的無人駕駛電動車，并調(diào)度車輛前往附近無線充放電站，從而使車網(wǎng)互動變得更加靈活便捷。無線V2G除靜態(tài)外，還包括動態(tài)無線充放電，可實(shí)現(xiàn)車輛行駛過程中的無線充電。未來無線V2G將以多種形式實(shí)現(xiàn)車網(wǎng)間雙向、隨機(jī)、靈活的電能互動，將改變電能儲存與調(diào)度模式。

1.1.2 峰谷價差引導(dǎo)車網(wǎng)互動

車網(wǎng)互動可依據(jù)實(shí)時電價為車主與充電運(yùn)營商同時帶來效益。車主可以根據(jù)實(shí)時電價的不同，在電價低谷時段進(jìn)行充電，在電價高峰時段向電網(wǎng)放電，從而為車主降低充電成本。

車網(wǎng)互動還存在電力輔助服務(wù)的商業(yè)價值，進(jìn)行調(diào)峰、調(diào)頻、備用電源等服務(wù)。運(yùn)營商在平臺調(diào)度電動車的集群行為以及相應(yīng)發(fā)電單位的響應(yīng)，使電動車參與到電力輔助服務(wù)中。目前，車網(wǎng)互動的電力輔助項(xiàng)目發(fā)展尚未成熟，主要體現(xiàn)出的是其社會效益，但隨著電池性能的提高，將來也會產(chǎn)生可觀的商業(yè)效應(yīng)。

1.1.3 能量交互應(yīng)用場景的拓展

電動車由于其儲能屬性，可以作為移動儲能裝置進(jìn)行無線V2X（Vehicle to Everything）能量交互，而“X”究竟如何定義依然不明確，圍繞“X”的研究路線十分廣泛，因此衍生出V2V（Vehicle to Vehicle）、V2H（Vehicle to Home）、V2B（Vehicle to Building）等相關(guān)技術(shù)。簡言之，V2X可在需要時控制充放電功率在不同載體間進(jìn)行交互，以平衡能源生產(chǎn)和消費(fèi)的變化。

以V2V間無線能量交互為例，該場景在具體應(yīng)用中將是移動的無人駕駛電動車如何實(shí)現(xiàn)無線V2V電能交互問題，例如為電力不足的車進(jìn)行無需停車的充電，省去了尋找充電樁的環(huán)節(jié)，直接實(shí)現(xiàn)車與車間電能交互。無線V2V技術(shù)能夠?yàn)殡妱榆囂峁┏潆娦履Ｊ剑峁╇娔艿难a(bǔ)電車可以是交通工具本身，也可以是專用大容量補(bǔ)電車或發(fā)電車，補(bǔ)電車提供的電能不限于單一電網(wǎng)來源。有充電需求的電動車可向無線充電云網(wǎng)發(fā)出充電請求，云網(wǎng)根據(jù)路網(wǎng)中車輛的位置、附近無人駕駛車輛電量與執(zhí)行任務(wù)情況，進(jìn)行統(tǒng)一決策，調(diào)度附近可用于補(bǔ)電的車輛對就近發(fā)出充電請求的無人駕駛智能網(wǎng)聯(lián)車，進(jìn)行不停車無線V2V充電。該技術(shù)將有助于減少電動車等待充電產(chǎn)生的時間成本，提高無人值守智慧交通網(wǎng)絡(luò)的通行效率以及交通資源的利用率；同時，該技術(shù)將減少車載電池容量，不僅降低車輛儲能成本，也對環(huán)境更加友好。

雖然現(xiàn)有關(guān)于無線V2X能量交互技術(shù)的報道較少，但其前瞻性已引起了研究人員的注意，如何挖掘、拓展有關(guān)“X”的應(yīng)用場景，是未來需要研究的重要問題。

1.2 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的建設(shè)意義

智慧無線電能傳輸云網(wǎng)在保障車網(wǎng)雙向能量互動的基礎(chǔ)上，憑借“兩網(wǎng)一云”的相互融合，可形成無人、精準(zhǔn)的車網(wǎng)能量交互體系，合理調(diào)控電能分布。在沒有人為干預(yù)情況下，利用云平臺將汽車和無線充電站實(shí)時信息有機(jī)結(jié)合，使電動車能夠自動地判斷最近無線充電站的位置，更精準(zhǔn)地判斷等待時間最短的無線充電資源；云網(wǎng)還可調(diào)度無人駕駛電動車在空間上充當(dāng)“電能搬運(yùn)工”，實(shí)現(xiàn)電能的低價買入、高價賣出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對充電資源的綜合最佳分配和最大化能源利用效率。

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的建立將車輛與智能云網(wǎng)緊密地聯(lián)系起來，為高效出行規(guī)劃、提高出行效率提供技術(shù)平臺支撐。云網(wǎng)的建成與成功運(yùn)行將聯(lián)通“兩網(wǎng)一云”，并進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、分析及統(tǒng)籌調(diào)度，有望使未來交通出行模式發(fā)生深刻變革，極大便利人們的出行，為車網(wǎng)互動提供強(qiáng)大信息支撐，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)注入新動能。

車-樁-云網(wǎng)間的靈活互動還可為未來的多元交通與能源形式，例如未來全電航空設(shè)備、無人駕駛列車等軌道交通裝備，甚至氫能發(fā)電車等新型混合能源形式的接入提供可借鑒的解決方案。電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的建設(shè)將對電能分配、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、城市發(fā)展布局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，對無線電能傳輸應(yīng)用場景的擴(kuò)展以及共享出行的實(shí)現(xiàn)都將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 構(gòu)建電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的關(guān)鍵問題

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)建設(shè)涉及多方面因素，既有建設(shè)所需的技術(shù)與資源，也有信息鏈的融合與管理，樁網(wǎng)的布局、云網(wǎng)的建立、運(yùn)營與經(jīng)濟(jì)模式研究，還存在數(shù)據(jù)安全和空間電磁環(huán)境安全等多層面技術(shù)問題，也需要政府的政策支持與推動，下面列舉幾個主要方面的關(guān)鍵問題。

2.1 雙向無線電能傳輸樁網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

雙向無線電能傳輸樁網(wǎng)是電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的重要組成部分。為滿足電動車不同場景下的應(yīng)用需求，需要考慮應(yīng)用多元性對無線充放電樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，結(jié)合場景考慮充電功率的選取與設(shè)計(jì)，對于大功率貨運(yùn)電動車等需要較大牽引力的車型，為保證汽車具有足夠的動力支持，需要建設(shè)大功率無線充放電樁；對于小功率電動車則應(yīng)按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)無線充放電樁，多元場景下具有寬范圍功率適應(yīng)能力的雙向無線電能傳輸樁是需要研發(fā)的重要目標(biāo)。

提高無線充放電樁的擴(kuò)展能力，實(shí)現(xiàn)單一充放電樁對多用戶，甚至多種不同功率需求的電動車同時充電，也是云網(wǎng)無線充放電樁需要考慮的重要問題。其中涉及的信號、通信、控制、功率分配、兼容性等相關(guān)問題都需要深入研究。該技術(shù)可有效提高無線充放電樁的利用率，減少充電等待時間，在高速公路等場合發(fā)揮重要作用。此外，從應(yīng)用角度，高實(shí)時性樁網(wǎng)信息云交互，對電動車信息接收端的智能化設(shè)計(jì)、無人值守可靠性提升等系列問題都是云網(wǎng)中涉及雙向無線電能傳輸樁網(wǎng)需要研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。

2.2 雙向無線電能傳輸電站的規(guī)劃建設(shè)問題

電站的布局建設(shè)關(guān)乎電動車行業(yè)的發(fā)展，不合理的站點(diǎn)布局將導(dǎo)致充電站與電動車充電需求的不匹配，出現(xiàn)“有車無站”或“有站無車”的現(xiàn)象，為提高無線充放電站的使用率以及電能利用率，如何合理規(guī)劃電站布局是目前需要研究的問題。

目前，無線充放電站大部分依托現(xiàn)有的有線充電樁的建設(shè)布局，可以初步建設(shè)在各社區(qū)、企業(yè)單位、高速服務(wù)區(qū)和充電站附近。隨著無線充放電需求的不斷擴(kuò)大，如何在有線充電站點(diǎn)基礎(chǔ)上以最小成本改裝為無線充放電站點(diǎn)是一個亟待解決的問題。無線充放電站的建設(shè)可以低成本、高回報為導(dǎo)向，進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，對于不依靠有線充電樁基礎(chǔ)而單獨(dú)設(shè)點(diǎn)建設(shè)或直接開辟新地域市場的無線充放電站而言，電站的選址是一大問題。

通常，電站的布局受充放電需求、用戶出行規(guī)律、法規(guī)政策、經(jīng)濟(jì)因素、周邊交通情況以及電網(wǎng)建設(shè)等多因素影響，其中充電需求又受制于電動車行駛距離、電池蓄電里程等條件。而無線充放電站還需考慮放電回饋電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，放電能夠?yàn)殡娋W(wǎng)局部短時負(fù)荷增大提供臨時功率支撐，無線充放電站選址需要考慮當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷情況。

為了在城市中形成無線充放電網(wǎng)絡(luò)，電站的選址需要從土地、交通、建設(shè)、安全等多方面考量。另外在不同充放電場合下，電動車對于充放電時間的長短需求也不盡相同，例如在高速服務(wù)區(qū)等場所需要建設(shè)無線快充站點(diǎn)，在居民社區(qū)則需要建設(shè)更多慢充放站點(diǎn)，在工業(yè)園區(qū)周邊交通便利位置設(shè)置充放電站點(diǎn)。除了設(shè)置多種充電模式外，還需考慮未來無線充放電站功能的擴(kuò)展升級。

2.3 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)信息管理

快速、安全、穩(wěn)定的信息交互是電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。信息作為萬物溝通交流的媒介，在與互聯(lián)網(wǎng)承接后具有更快的時效性和更穩(wěn)定的內(nèi)涵性，在運(yùn)行時需要對實(shí)時交互信息進(jìn)行安全、有效的統(tǒng)一管理。

2.3.1 基于云信息管理的信息安全問題

無論是與充放電樁還是與電動車進(jìn)行能量互動，要保證車輛能夠及時順利地完成充電任務(wù)，就需要待充電車輛與充電設(shè)備進(jìn)行正確的信息交換與處理。如果車輛與充電設(shè)備進(jìn)行信息互動的過程中，數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定或遭受黑客惡意攻擊與篡改，將威脅到信息的準(zhǔn)確性與及時性，導(dǎo)致信息傳輸錯誤、信息丟失、系統(tǒng)延時、系統(tǒng)無響應(yīng)以及隱私泄露等問題。因此需要建立車-云-路網(wǎng)的多維度防護(hù)來保障智慧無線電能傳輸云網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1）云網(wǎng)數(shù)字安全問題

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)離不開特定的數(shù)據(jù)傳輸通道，智能云平臺作為數(shù)字化時代關(guān)鍵技術(shù)，成為提供車與萬物互動的新平臺，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、分析與交換功能，決定著信息傳輸與互動的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性與隱私性。由于數(shù)據(jù)傳輸本身具有的開放性與脆弱性，信息容易被黑客攻擊而發(fā)生泄露以及篡改，威脅車主甚至公眾層面的隱私安全。云網(wǎng)安全不只限于抵御黑客惡意攻擊的單點(diǎn)防御，也需要建立全方位安全保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

信息安全問題中還包括信息的丟失與損壞，當(dāng)黑客突破防火墻進(jìn)入數(shù)據(jù)庫后，可能會對數(shù)據(jù)造成一定的損壞，導(dǎo)致重要的數(shù)據(jù)丟失或被篡改。此外，當(dāng)數(shù)據(jù)中心遭到破壞時，會迫使在線業(yè)務(wù)終止，使整個信息系統(tǒng)癱瘓，為解決這些問題，數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)技術(shù)是十分必要的。區(qū)塊鏈由于其不可篡改性、可溯源性、去中心化的特點(diǎn)，使數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)陌踩耘c傳輸效率都有了很大的提升，是可信度較高的數(shù)據(jù)存儲庫，實(shí)際研究中可考慮利用區(qū)塊鏈計(jì)算保護(hù)車網(wǎng)互動中的隱私信息。

2）第三方平臺建設(shè)與監(jiān)管

信息依托于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行流轉(zhuǎn)的過程中形成信息生態(tài)鏈，各種信息被賦予不同的地位及作用，制定良好秩序的信息鏈可以有效規(guī)避信息泄露的發(fā)生。第三方平臺作為信息鏈的關(guān)鍵一環(huán)可以完成信息安全監(jiān)管，作用主體包括信息的發(fā)送、傳播、接收以及第三方平臺。技術(shù)不完善或信用度不高的第三方平臺可能存在對用戶上傳的云端數(shù)據(jù)刪除或篡改以及惡意收集用戶信息并出售獲取利益等現(xiàn)象，如何對第三方平臺進(jìn)行規(guī)范與有效監(jiān)管是保證信息安全的重要措施。

2.3.2 高效云信息管理實(shí)現(xiàn)電能搬運(yùn)

合理規(guī)劃充電資源的調(diào)度問題可以使能量利用率最大化、充電效率最大化。通過云端儲存的信息可以了解附近充放電樁的位置、充放電樁的電量分布、附近車輛信息、應(yīng)急充電電動車電量及位置信息、路況信息、實(shí)時電價等。通過合理的調(diào)度規(guī)劃可以設(shè)計(jì)出適合車輛充電的最優(yōu)路徑、減少車主充電排隊(duì)等候的時間、降低經(jīng)濟(jì)成本的方案。調(diào)度規(guī)劃可以緩解城市交通的壓力，推動能源消費(fèi)革命、避免不合理的投資與建設(shè)，充分發(fā)揮互動消費(fèi)的潛力。此外，調(diào)度問題還可以表現(xiàn)為通過車輛對電能的搬運(yùn)，完成對外放電的行為。

在有序充電的基礎(chǔ)上，車網(wǎng)互動技術(shù)賦予車輛裝載運(yùn)輸電能的能力，具有高度靈活性的車輛作為儲能設(shè)施，不僅可以對電網(wǎng)供電，還可對電量過低的車輛供電。合理制定實(shí)時電價是車輛調(diào)度的核心，它需要考慮不同電動車的充放電能力、電網(wǎng)不同時間段的運(yùn)行狀態(tài)等因素，實(shí)時總結(jié)電網(wǎng)充放電需求，在線生成實(shí)時電價，引導(dǎo)車輛完成電能搬運(yùn)。

調(diào)度問題可以解決很多的實(shí)際問題，當(dāng)處于電動車充電高峰期時，合理地規(guī)劃路徑、高效地分配車輛前往合適的充放電樁進(jìn)行充電，避免大規(guī)模的集群行為造成交通的擁擠，與此同時，考慮到區(qū)域充放電樁的功率情況，避免出現(xiàn)能源過剩或者不足導(dǎo)致的能源利用率過低。在出現(xiàn)如車輛在行駛途中電量耗盡而被困的極端情況，需要調(diào)度合適的充電車抵達(dá)待充汽車位置，完成充電。電網(wǎng)進(jìn)行合理制定實(shí)時電價，使電動車有序地進(jìn)行車網(wǎng)互動，避免因調(diào)度系統(tǒng)不完備、可能造成的充電擁擠導(dǎo)致交通堵塞、電網(wǎng)負(fù)荷增大、充電樁利用率低等問題。

2.3.3 云網(wǎng)建設(shè)中的新技術(shù)應(yīng)用

1）云網(wǎng)交通大數(shù)據(jù)挖掘

近年來隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高與電動車技術(shù)的不斷發(fā)展，電動車保有量顯著提高，過多的車輛導(dǎo)致交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)變得擁擠不堪，單純擴(kuò)展車道和道路建設(shè)的發(fā)展方式不能滿足交通工具數(shù)量的迅速增長。智慧交通領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息保有量巨大，基于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可對現(xiàn)代城市交通流量進(jìn)行分析并預(yù)測，及時提高城市交通的調(diào)度能力，進(jìn)一步緩解城市交通的壓力，提升出行體驗(yàn)。

大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能在基于車網(wǎng)能量互動的巨大數(shù)據(jù)庫中，精準(zhǔn)挖掘有效信息。應(yīng)用于車輛配送領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以篩選信息并通過有效算法進(jìn)行研判，更準(zhǔn)確地對未來交通以及車網(wǎng)能量互動關(guān)系進(jìn)行預(yù)測，合理地調(diào)動車輛。

2）區(qū)塊鏈共享運(yùn)營模式

共享出行解決了出行擁擠、出行資源配置不合理的問題，但共享出行存在一些弊端，例如用戶的信息公開化、運(yùn)營成本不合理等問題。實(shí)際運(yùn)營中需要保護(hù)信息安全、提高平臺管理效率、降低建設(shè)成本并支持上游供應(yīng)商開展合作。區(qū)塊鏈技術(shù)因其不可篡改性、可溯源性、去中心化的特點(diǎn)，為解決共享出行的難題提供了許多新的思路，在共享出行領(lǐng)域的企業(yè)資產(chǎn)上鏈、構(gòu)建生態(tài)出行、激勵客戶方面都得到了實(shí)際的應(yīng)用。

區(qū)塊鏈在共享出行領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)、存儲、激勵等方面的成熟度不算高，目前還在技術(shù)探索階段，各區(qū)域的區(qū)塊鏈的應(yīng)用屬性側(cè)重點(diǎn)都不同，須研發(fā)面向電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)、面向特定場景的更具針對性的區(qū)塊鏈技術(shù)。

3）智能算法提高預(yù)測準(zhǔn)確性

天氣是影響出行的重要因素，因此智能算法能否對此進(jìn)行預(yù)判并合理調(diào)度顯得尤為重要。智能算法需要考慮乘客等待時長、司機(jī)空載時長等參數(shù)，對某一地區(qū)的供需做出預(yù)判，進(jìn)行合理調(diào)度，充分利用車輛資源。實(shí)際運(yùn)行中，不同城市的出行特性，例如道路情況、出行高峰、電動車數(shù)量存在差異性，利用智能算法建立高效、有針對性的數(shù)據(jù)模型對城市智慧無線電能傳輸云網(wǎng)建設(shè)具有重要意義，應(yīng)用新出現(xiàn)的智能算法是擴(kuò)展模型性能的積極嘗試。

2.4 云網(wǎng)運(yùn)行與盈利模式

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的服務(wù)范圍因涉及電動車、無線充電站、用戶等眾多部分，系統(tǒng)復(fù)雜且建設(shè)成本較高，并且云網(wǎng)的后期運(yùn)行維護(hù)也需要持續(xù)的資金投入。為了云網(wǎng)的可持續(xù)運(yùn)行，需要為云網(wǎng)制定合適的盈利模式，從而使云網(wǎng)可以自給自足，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榭僧a(chǎn)生經(jīng)濟(jì)收益的智能云平臺。因此，如何建立其循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式以實(shí)現(xiàn)盈利是實(shí)際需要考慮的重要因素。

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)作為無線充電站的監(jiān)控調(diào)度平臺，配電營業(yè)商需要定期向云網(wǎng)繳納一定的服務(wù)保障費(fèi)用，對接入云網(wǎng)不同類型的車輛收取相應(yīng)的服務(wù)費(fèi)。由于對云網(wǎng)需求程度不同，對有人駕駛和無人駕駛電動車定價模式也可有所區(qū)分。此外，對于長期租賃電動車使用的用戶，從用戶支付共享電動車的費(fèi)用中取得一定服務(wù)費(fèi)用也是支持其共享模式的重要嘗試。

基于自身優(yōu)勢打造用車O2O（Online to Offline）的商業(yè)模式，也可將無人駕駛汽車與乘客聯(lián)系起來，司機(jī)與乘客通過云網(wǎng)可以進(jìn)行雙向選擇，提高打車的成功率，因此云網(wǎng)可以依托平臺、信息增值服務(wù)來向平臺使用用戶收取相關(guān)費(fèi)用。另外，軟件推廣、平臺營銷也可作為云網(wǎng)的盈利手段。最后，各項(xiàng)專項(xiàng)服務(wù)、衍生服務(wù)等項(xiàng)目也能夠?yàn)樵凭W(wǎng)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 空間電磁安全問題

電磁場無處不在，空間電磁安全問題涉及電磁能量對設(shè)備電磁安全的影響，如果不能對各種電磁能量進(jìn)行有效控制，設(shè)備安全就無法保證，當(dāng)設(shè)備及空間電磁環(huán)境安全受到威脅時，通信信號和設(shè)備的安全將會受到影響，數(shù)據(jù)信息也會泄露，進(jìn)而影響到信息安全。

此外，如何保障生物所處空間的電磁環(huán)境安全，是應(yīng)用中需特別關(guān)注的問題，也是應(yīng)用落地的前提條件。如何設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屏蔽電磁輻射，以及如何進(jìn)行生物電磁安全評估等方面，都是未來智慧無線電能傳輸云網(wǎng)構(gòu)建需要考量的重要問題。

2.5.1 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)電磁兼容問題

電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能夠符合要求地運(yùn)行，且不會對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)大電磁干擾的能力。電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)在建設(shè)中需考慮兩方面要求：首先，設(shè)備面對外界電磁干擾具有一定耐受能力，以保障設(shè)備的正常運(yùn)行；其次，設(shè)備在空間中產(chǎn)生的電磁場不能超過環(huán)境允許的限值。云信息傳輸網(wǎng)的運(yùn)行需要保證系統(tǒng)運(yùn)行空間中各部分能量和穩(wěn)定，避免智能裝備間能量互動和信息通信引起的干擾。

未來基于無線電能傳輸?shù)臒o人駕駛智慧場景下，車輛駕駛權(quán)無需人為控制，依托車載集成系統(tǒng)實(shí)時感知，與云平臺交互接收路況信息，通過智能決策完成駕駛?cè)蝿?wù)。在此期間，傳感器與車載集成系統(tǒng)以及系統(tǒng)和云平臺間需要不斷進(jìn)行信息傳輸，大量無人駕駛汽車上路的情況下，安全、可靠的信息傳輸通道顯得尤為重要。若無人駕駛電動車的空間電磁環(huán)境受到干擾，將會影響到信息的穩(wěn)定傳輸，可能導(dǎo)致信號延時甚至丟失，嚴(yán)重影響車輛行駛，造成交通堵塞，甚至引發(fā)車輛安全問題。設(shè)置專屬的信息傳輸通道和傳輸協(xié)議，規(guī)避外界電磁能量對數(shù)據(jù)傳輸信號的干擾，保障用戶的信息安全和行駛安全，或許是解決上述問題的有效手段之一。

2.5.2 生物電磁安全與防護(hù)問題

空間電磁環(huán)境中，電磁輻射是影響生物安全的重要因素。由于無線電能傳輸系統(tǒng)利用電磁場在空間傳遞能量，系統(tǒng)的電磁環(huán)境安全問題也是該技術(shù)在應(yīng)用中不可避免又必須考慮的關(guān)鍵問題。在無線充電的每一時刻，高頻載流導(dǎo)體激發(fā)的電磁場不但會在發(fā)射端與接收端出現(xiàn)耦合的現(xiàn)象，同時還存在與外部環(huán)境、生物體，甚至是植入器件的耦合。在如乘客處于無線充電模式的無人駕駛汽車內(nèi)以及生物體靠近無線充電站等這些云網(wǎng)典型場景下均需要考慮電磁安全問題。云網(wǎng)的建設(shè)需對高頻電磁場分布特性，及其對生物體、植入器件等的影響進(jìn)行深入研究，并推動建立相關(guān)電磁安全標(biāo)準(zhǔn)，消除公眾對生物空間電磁暴露的疑慮。

電磁能量傳播的安全性也是需要考慮研究的問題，新應(yīng)用中的電磁輻射規(guī)律及其附加效應(yīng)，探索先進(jìn)磁材料與新型電磁屏蔽，實(shí)現(xiàn)傳輸距離、功率、效率及電磁兼容性的平衡優(yōu)化，是需要研究的重要內(nèi)容。因此針對以上兩種場景開展生物電磁屏蔽的設(shè)計(jì)，保障空間電磁環(huán)境安全是建設(shè)智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的難點(diǎn)，也是需要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.6 云網(wǎng)建設(shè)政策支持與發(fā)展導(dǎo)向

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)瞄準(zhǔn)“雙碳”目標(biāo)，助力人民群眾對幸福美好生活的追求，其建成與運(yùn)行離不開相應(yīng)政策的大力支持。國家層面可針對云網(wǎng)建設(shè)開展頂層設(shè)計(jì)，點(diǎn)明未來新能源車領(lǐng)域加快發(fā)展智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的必要性，為后續(xù)工作的順利展開提供政策支撐。相關(guān)部門也需統(tǒng)籌布局，積極響應(yīng)云網(wǎng)建設(shè)需求，發(fā)揮引導(dǎo)作用。制定云網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略和中長期規(guī)劃，關(guān)系到云網(wǎng)建設(shè)的平穩(wěn)推進(jìn)，云網(wǎng)建設(shè)涉及大量智能裝備，也需要資金投入的保障。

相關(guān)單位在政策制定層面可優(yōu)先支持車輛裝備發(fā)展，大力推動無線傳能技術(shù)車輛化普及和雙向無線充電站建設(shè)。智能云網(wǎng)場景下的無人駕駛對交通管理及規(guī)則產(chǎn)生了新的要求，如何設(shè)計(jì)安全、有效的交通法規(guī)需要交通運(yùn)輸部門的支持，例如完善云網(wǎng)無人駕駛場景下的交通規(guī)則、責(zé)任認(rèn)定與理賠方案，為云網(wǎng)規(guī)劃與安全運(yùn)行提供法律依據(jù)。此外，有關(guān)部門也應(yīng)給予云網(wǎng)相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范支持，開展特定區(qū)域的“電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)”項(xiàng)目作為先期試點(diǎn)，例如，可以在高速公路等長時間駕駛的貨運(yùn)開展嘗試，并逐步推廣至城市等復(fù)雜交通環(huán)境中，為云網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)提供樣板。

科研機(jī)構(gòu)應(yīng)對電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)建設(shè)過程中面臨的新技術(shù)及關(guān)鍵科學(xué)問題展開研究，加快相應(yīng)部分的科研立項(xiàng)。依托現(xiàn)有電動車及無線電能傳輸技術(shù)發(fā)展研究現(xiàn)狀，推動電動車無線電能傳輸云網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，形成完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，為云網(wǎng)的構(gòu)建和平穩(wěn)運(yùn)行提供科學(xué)的技術(shù)支撐。企業(yè)也應(yīng)在政府資金補(bǔ)貼下，瞄準(zhǔn)未來電動車領(lǐng)域發(fā)展紅利，積極參與云平臺建設(shè)，圍繞國家重大需求、積極拓展應(yīng)用場景及交叉學(xué)科技術(shù)融合研究，充分發(fā)揮科研院所、企業(yè)和政府各方優(yōu)勢，推動云網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用模式創(chuàng)新。

3 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)路徑及應(yīng)用前景

隨著“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的確立以及電動車技術(shù)、智慧交通技術(shù)的發(fā)展，無人駕駛電動車成為當(dāng)下電動車的研究熱點(diǎn)與前沿，百度、谷歌等全球科技巨頭也將其作為重點(diǎn)研究對象，開展了一系列研究，相關(guān)成果獲得了廣泛報道。無人駕駛場景下，電動車出現(xiàn)了該如何充電、由誰來充電的問題，無線充電是無人駕駛電動車的必然選擇。無論是從電動車保有量，還是從出行模式的現(xiàn)實(shí)考慮，電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)建設(shè)均凸顯出其必要性。數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步使得全球數(shù)字化發(fā)展進(jìn)入了加速階段，在國家與企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的雙重驅(qū)動下，云網(wǎng)的建設(shè)及應(yīng)用也是助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生產(chǎn)力發(fā)展的必然選擇，電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的建設(shè)將助力經(jīng)濟(jì)與社會高質(zhì)量發(fā)展。

3.1 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)路徑

智慧無線電能傳輸云網(wǎng)具有“數(shù)字化、智能化、服務(wù)化”的特征，統(tǒng)籌布局其中的信息流與能量流。無人駕駛場景是最適合車網(wǎng)無線互動的智慧應(yīng)用場景，車聯(lián)網(wǎng)、無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)和云平臺構(gòu)成“兩網(wǎng)一云”是智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)路徑。

3.1.1 構(gòu)建電動車車聯(lián)網(wǎng)

電動車車聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建不僅可以實(shí)現(xiàn)不同品牌電動車之間的信息獲取與傳輸，而且可以達(dá)到車路協(xié)同的目的，為電動車出行提供高效、便捷、安全的服務(wù)保障。根據(jù)電動車自動化程度電動車分為L0～L5六個不同等級，不同級別電動車在車聯(lián)網(wǎng)中所需功能也有所不同。

1）L0～L3級別有人駕駛電動車

L0～L3級別的電動車屬于仍需要司機(jī)駕駛的電動車，這四個級別的電動車接入車聯(lián)網(wǎng)后，需求集中在道路信息傳遞以及路徑規(guī)劃。司機(jī)可通過車聯(lián)網(wǎng)獲得的路側(cè)信息，實(shí)時得知目的地沿途的路況，并根據(jù)導(dǎo)引指示以最便捷、最安全的路徑到達(dá)目的地，降低發(fā)生交通事故以及堵車的概率。

2）L4、L5級別無人駕駛電動車

L4、L5級別電動車是可以完全實(shí)現(xiàn)無人駕駛的電動車。在無人駕駛電動車的情況下，車聯(lián)網(wǎng)需要將“聰明的車”和“智慧的路”連接起來。這就要求車聯(lián)網(wǎng)將無人駕駛電動車、路側(cè)設(shè)備以及衛(wèi)星遙感信息聯(lián)系起來。為實(shí)時調(diào)動三大部分協(xié)同工作，電動車車聯(lián)網(wǎng)必須具有龐大的數(shù)據(jù)庫、強(qiáng)大的數(shù)字計(jì)算能力以及高速的通信網(wǎng)絡(luò)。無人駕駛汽車裝載的傳感器以及路側(cè)設(shè)備要實(shí)時將數(shù)據(jù)傳遞給車聯(lián)網(wǎng)，以監(jiān)控車輛動態(tài)位置并實(shí)時判斷車與車、車與路、車與人之間的狀態(tài)，再向無人駕駛汽車發(fā)布指令，實(shí)現(xiàn)對無人駕駛汽車的控制。電動車車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)完善后，乘客只需設(shè)置好要前往的地點(diǎn)，車聯(lián)網(wǎng)平臺將自動規(guī)劃無人駕駛汽車的行車路徑，無人駕駛汽車根據(jù)平臺指示將乘客高效、安全地送達(dá)目的地。

3）混合型電動車

混合型電動車指的是具有無人駕駛和有人駕駛兩種行駛模式的電動車，司機(jī)通過切換電動車的行駛模式，可以獲得車聯(lián)網(wǎng)不同程度的服務(wù)。車輛在無人駕駛模式下時，司機(jī)可解放雙手，電動車車聯(lián)網(wǎng)可參與汽車的自動行駛與泊車，電動車對車聯(lián)網(wǎng)的需求與無人駕駛電動車一致。車輛在有人駕駛模式時，車聯(lián)網(wǎng)需要將該車標(biāo)記為有人駕駛，此時車聯(lián)網(wǎng)帶來的服務(wù)與有人駕駛電動車一致。針對上述不同運(yùn)行模式，電動車車聯(lián)網(wǎng)需考慮不同駕駛模式下的區(qū)別，實(shí)時準(zhǔn)確地獲取車輛相關(guān)信息，設(shè)置對應(yīng)的優(yōu)先級與調(diào)度策略。

3.1.2 構(gòu)建無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)

無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)以各充放電樁形成的充放電網(wǎng)絡(luò)為主，這要求樁聯(lián)網(wǎng)首先能夠識別各個充電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并實(shí)時進(jìn)行信息更新，消費(fèi)者通過此網(wǎng)，可以查詢到附近處于空閑狀態(tài)的充放電設(shè)備，以及正在使用中的設(shè)備剩余工作時長。配電運(yùn)營商需要專業(yè)級運(yùn)營網(wǎng)，對分布在各地的站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度，運(yùn)營商可通過監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)來判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障，何時需要進(jìn)行檢修。

無線充放電樁的建設(shè)也需要考慮一些具體問題，例如從充電角度考慮無線充放電樁的容量選擇問題，在考慮居民區(qū)可建立無線慢充放樁，實(shí)現(xiàn)電動車過夜充電，減少居民區(qū)電網(wǎng)壓力；在高速服務(wù)區(qū)等貨車較多位置布局更多適用于大功率快充放樁，以滿足重卡等車輛需求。對于充放電樁規(guī)模與選址，需要電網(wǎng)部門與交通管理部門共同決策，既考慮負(fù)荷，也考慮交通情況。而對于不同品牌、不同技術(shù)路線電動車無線充電過程中的信息獲取與傳輸?shù)然ゲ僮餍詣t需要相關(guān)科研單位與企業(yè)合作，提高車網(wǎng)互動的兼容性。

其次，無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)需要自動得出綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值和多維統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲得多維度車網(wǎng)交互數(shù)據(jù)信息，例如各個無線充電設(shè)備當(dāng)日充電次數(shù)、當(dāng)日充電量、歷史累計(jì)充電量、累計(jì)消費(fèi)、累計(jì)充電時長的統(tǒng)計(jì)概要值和一周內(nèi)的充電趨勢、設(shè)備占用率等，配電商可通過無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)合理地分配充電資源，提高設(shè)備使用率。

合理的支付體系也是構(gòu)建無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)需考慮的重要問題，無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)需要支持多元化的支付方式，針對消費(fèi)者的年齡分群、用戶性質(zhì)采用不同的收費(fèi)模式，更能促進(jìn)消費(fèi)者對智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的認(rèn)可并進(jìn)一步提高云網(wǎng)覆蓋面。

最后，隨著電能傳輸新模式的發(fā)展，具有雙向V2G功能的電動車作為“電能搬運(yùn)工”實(shí)現(xiàn)車與無線充電站的能量傳遞與信息交互，更好地提高分散能源調(diào)控的機(jī)動性，是今后發(fā)展趨勢。

3.1.3 構(gòu)建云平臺

云平臺作為連接電動車車聯(lián)網(wǎng)及無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理與控制平臺，是智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的中心樞紐。構(gòu)建處理海量數(shù)據(jù)信息的云平臺需要以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐建立數(shù)據(jù)處理中心，以5G等通信技術(shù)為基礎(chǔ)保障信息傳遞的實(shí)時性，以實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)與個人、企業(yè)間全面、高效、安全的信息交互。同時，云平臺不僅需要成為兩網(wǎng)間的橋梁，還應(yīng)成為連接其他附加信息的港口，例如云平臺可為用戶提供行車途中的天氣狀況，目的地附近的充電站、餐飲、住宿等信息。此外，當(dāng)車輛遭遇事故，云平臺還需具備聯(lián)系車輛服務(wù)商及警務(wù)、消防、醫(yī)療人員的功能。

3.1.4 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)

智慧無線電能傳輸云網(wǎng)既要包括車聯(lián)網(wǎng)、無線充放電樁聯(lián)網(wǎng)和云平臺，同時還要具備融合多維度數(shù)據(jù)后的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)1+1＞2的效果。在無人駕駛場景下，智慧無線電能傳輸云網(wǎng)可將電動車和無線充放電站實(shí)時信息有機(jī)結(jié)合，電動車需要補(bǔ)充電能時，能自動行駛到附近無線充電站，尋找空閑的無線充電設(shè)備充電。當(dāng)附近充電站中的設(shè)備都在使用中時，電動車甚至可以更精準(zhǔn)地結(jié)合自身剩余電量判斷何處的充電設(shè)備等待時間最短，前往對應(yīng)的充電站點(diǎn)。云網(wǎng)還可以在局部產(chǎn)生負(fù)荷支撐需求時，調(diào)動附近空閑無人駕駛車輛，在本地進(jìn)行無線放電。

在停車充電時，電動車可通過云網(wǎng)進(jìn)行信息互聯(lián)互通，通過云網(wǎng)告知消費(fèi)者車輛電量及賬戶消費(fèi)情況、需要支付的費(fèi)用等，從而通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)操作和支付，不僅減少了用戶充電等待時間，也減少了配電商投入的人工成本。云網(wǎng)在調(diào)配汽車前往充電時，也存在充電優(yōu)先級問題。例如有人駕駛電動車可高于無人駕駛電動車，載客無人駕駛電動車要高于未載客的無人駕駛電動車等情況，如何設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的云網(wǎng)運(yùn)行模型是需要解決的問題之一。

3.2 智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的應(yīng)用前景

在數(shù)字技術(shù)發(fā)展以及無人駕駛技術(shù)升級革新的背景下，云網(wǎng)的建設(shè)具有長遠(yuǎn)的應(yīng)用前景，未來云網(wǎng)帶來的技術(shù)優(yōu)勢將促進(jìn)城市電網(wǎng)數(shù)字化發(fā)展、交通網(wǎng)智能化發(fā)展以及出行模式的多樣性發(fā)展。

3.2.1 云網(wǎng)+電網(wǎng)使電能高效交互

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的完善會促進(jìn)電網(wǎng)合理地調(diào)整電能分布，提高電能的利用率，促進(jìn)電網(wǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。云網(wǎng)建成后，通過分析各充電站點(diǎn)反饋的汽車充電數(shù)據(jù)以及各電車實(shí)時反饋的電能數(shù)據(jù)，配電商可以制定合理的負(fù)載調(diào)度策略，解決社區(qū)內(nèi)多任務(wù)多負(fù)載的調(diào)度問題。這不僅使得無線充電站點(diǎn)的電能按需分配，避免浪費(fèi)，同時也提高了供電質(zhì)量，解決了電動車實(shí)時調(diào)度的問題。另外在車網(wǎng)無線電能互動V2V、V2G等技術(shù)支持下，電動車可以反哺電網(wǎng)，減緩電網(wǎng)的供電壓力，有利于城市電網(wǎng)的健康發(fā)展。除此之外，電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)因具有“數(shù)字化、智能化、服務(wù)化”的特征，統(tǒng)籌布局其中的信息流與能源流，將有效促進(jìn)電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，幫助電力企業(yè)加速邁向能源互聯(lián)網(wǎng)時代，加速全行業(yè)的數(shù)字化發(fā)展。

3.2.2 云網(wǎng)+交通網(wǎng)提升出行效率

電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的建成將有效提高交通效率，無人駕駛汽車可以實(shí)現(xiàn)精確駕駛，路上車輛之間的行駛間距縮短，結(jié)合先進(jìn)傳感技術(shù)可根據(jù)實(shí)時路況信息實(shí)時規(guī)劃最優(yōu)出行路徑，車流與交通信號燈狀態(tài)產(chǎn)生聯(lián)動，車輛出行效率將得到提高。另外，電動車在云網(wǎng)調(diào)度下，可以選擇最合適的充電站點(diǎn)進(jìn)行充電，減少充電排隊(duì)時間，從而大大提高了居民的出行效率。云網(wǎng)建成后，基于無人駕駛汽車運(yùn)行能力的增強(qiáng)，城市中非機(jī)動車系統(tǒng)以及公共交通系統(tǒng)將得到進(jìn)一步發(fā)展，綠色出行將更受青睞，這將有利于建設(shè)綠色化低碳城市，對環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生積極影響。

3.2.3 云網(wǎng)+無人駕駛和共享使出行便捷舒適

在我國近幾年共享經(jīng)濟(jì)的發(fā)展下，共享電動車作為共享出行的“新寵”受到大量關(guān)注與研究。無人駕駛的共享電動車在云計(jì)算等新技術(shù)快速發(fā)展的支持下，其市場競爭力不容小覷，但其車輛控制監(jiān)管能力和路徑規(guī)劃能力還稍有欠缺，智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的出現(xiàn)將彌補(bǔ)共享電動車這方面不足。通過云網(wǎng)，無論是有人共享還是無人共享汽車都將得到優(yōu)化調(diào)配，在信息交互以及能量傳遞方面都將實(shí)現(xiàn)智能化與自動化。云網(wǎng)與共享電動車的結(jié)合，將優(yōu)化市場資源配置，在一定程度上緩解了打車難的問題，同時也將助力共享電動車用戶隱私保障、運(yùn)營成本規(guī)劃以及信用體系建設(shè)。未來，用戶只需使用手機(jī)就可調(diào)度附近可用的無人駕駛電動車，以最快、最安全的路線到達(dá)目的地。當(dāng)無人駕駛共享電動車需要補(bǔ)充電能時自動前往排隊(duì)時間最少的無線充電站點(diǎn)，在沒有人為干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)自動充電，城市交通將變得輕松、智能且綠色環(huán)保。

4 總結(jié)

“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動和電動車技術(shù)的不斷進(jìn)步，使電動車保有量迅速增加，智能網(wǎng)聯(lián)、無人駕駛、無線電能傳輸?shù)刃屡d技術(shù)迎來發(fā)展高潮，電動車共享模式的普及也將很快到來。數(shù)字化轉(zhuǎn)型和低碳出行及新能源電力削峰填谷需求等驅(qū)動下，萬物互聯(lián)和人工智能時代促進(jìn)電動車將迎來新的重大變革。無線電能傳輸也將是未來智能網(wǎng)聯(lián)、無人駕駛、共享化電動車的必然選擇。在此背景下，本文提出了電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的概念，并對云網(wǎng)構(gòu)建中的關(guān)鍵問題及實(shí)現(xiàn)路徑進(jìn)行了初步闡述。當(dāng)然目標(biāo)的最終實(shí)現(xiàn)還需要科研人員、相關(guān)企業(yè)和政府部門的通力配合。電動車智慧無線電能傳輸云網(wǎng)的建成，將對滿足人們對輕松自由并安全出行的美好生活追求和助力碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重大意義。

致謝：感謝團(tuán)隊(duì)成員苑朝陽、厲光耀、魏義澤、周依桐、徐志成等的協(xié)助和審稿專家對本文提出的寶貴建議。

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Intelligent Wireless Power Transmission Cloud Network for Electric Vehicles

Yang Qingxin1,2Zhang Xian2Zhang Pengcheng3

（1. Tianjin Key Laboratory of New Energy Power Conversion, Transmission and Intelligent Control Tianjin University of Technology Tianjin 300382 China 2. State Key Laboratory of Reliability and Intelligence of Electrical Equipment Hebei University of Technology Tianjin 300130 China 3. Department of Electrical Engineering Tsinghua University Beijing 100084 China）

The development of electric vehicles (EVs) is a sure way for China to achieve the "double carbon" goal and move from a large-scale to a powerful automobile country. Electric vehicles have transformed from simple vehicles to energy storage units, intelligent mobile terminals, and digital spaces. Furthermore, autonomous driving is becoming an important technology to promote the reform of transportation modes, making wireless charging an inevitable choice for intelligent driverless and shared EVs in the future. However, the existing vehicle and network information interaction mode is challenging to conduct multi-level information fusion and decision-making for future scenarios. It is inseparable from the construction of intelligent wireless charging cloud networks to achieve and ensure the interconnection of energy and information. How to use advanced technologies such as cloud computing, big data, internet of things, artificial intelligence, and blockchain to build an intelligent wireless EV charging cloud network, to realize the closed-loop of vehicle, network, road, and cloud data, and form an efficient collaboration and resource optimization and matching among various elements, are critical problems. Therefore, there are vital issues to be considered and explored. This paper addresses the motivations for constructing an intelligent wireless power transmission cloud network for EVs. Critical challenges and suggestions for cloud network construction are outlined in the rest of the paper.

Firstly, the natural energy storage attribute of massive numbers of electric vehicles is highlighted. The power exchange between the vehicle and grid (V2G) is reviewed from state-of-the-art and developing trends. Wireless V2G is discussed under the background of EV development. Establishing real-time electricity prices brings economic benefits to both car owners and charging operators. The combination of the electricity economy and V2G gives prominence to excellent business potential. Wireless vehicle-to-vehicle (V2V) emerges under this trend. With the increasing number of electric vehicles, it will generate considerable storage and better use of electric vehicles' energy. Participating in the vehicle network interaction can improve the distribution and mobility of the energy storage unit and enhance the electrical. The stability of the force system has practical significance.

Secondly, the planning of the intelligent wireless power transmission cloud network for EVs is proposed. The cloud network platform aims to build a service platform for the Internet of Vehicles and provide a more efficient, convenient, and safe service guarantee for the travel of electric vehicles. According to the degree of automation of electric vehicles, electric vehicles can be categorized into crewed electric vehicles, hybrid (semi-automatic) electric vehicles, and autonomous electric vehicles. Different types of electric vehicles have different functional requirements for the cloud platform. The platform has great potential to support highly efficient energy exchange between the grid and vehicles. Traffic efficiency and traveling sharing can be improved based on the platform. Relevant departments should make overall arrangements, actively respond to the needs of cloud network construction, and play a leading role in policy guidance.

Finally, critical problems need to be concerned during the construction. Floor planning needs to be considered from the view of land, transportation, construction, and other aspects. Diversified charging scenarios are to be discovered to meet the growing development. Digital security issues are to be ensured, and third-party platform construction and supervision are suggested. How to achieve efficient cloud information management is also critical for power exchange. New technologies such as big data, data mining, blockchain, and intelligent algorithms are to be adopted to unite the cloud network. Operation and profit models are essential factors to support the cloud network. Space electromagnetic safety problems are another vital issue to be considered both from the electromagnetic compatibility and bio-safety aspects.

Establishing an intelligent wireless EV charging cloud network will be of great practical significance to transforming EV form, transportation mode, and energy consumption structure. It greatly meets people's pursuit of easy traffic.

Electric vehicle, intelligent, wireless power transfer, cloud network

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.222085

TM15; TM73

楊慶新 男，1961年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣こ屉姶艌雠c磁技術(shù)。E-mail：qxyang@tjut.edu.cn（通信作者）

張 獻(xiàn) 男，1983 年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闊o線電能傳輸技術(shù)。E-mail：zhangxian@hebut.edu.cn（通信作者）

章鵬程 男，1991 年生，助理研究員，研究方向?yàn)樾履茉磁c無線充電技術(shù)的融合應(yīng)用。E-mail：pczhang@tsinghua.edu.cn（通信作者）

國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目（52122701）和青年科學(xué)基金項(xiàng)目（52207010）資助。

2022-11-04

2022-11-11

（編輯 郭麗軍）