雙向充電樁不止是充電和放電裝置，更是一種能量路由器，在家庭和社區環境中，可實現車輛電池、儲能電池、光伏、電網、用電設備等多種能量節點之間的能量傳送。
基于“光伏”或“儲能電池”，在產業上都已構建了成熟的商業化的應用場景和解決方案。這些年來，圍繞“光伏+儲能電池”，應用場景和解決方案更加豐富。圍繞“光伏+儲能電池+電動汽車”，將會形成萬億級的新興市場，應用場景和解決方案將具有無窮的想象力。
1.雙向充電樁的基本功能
雙向充電樁，顧名思義，就是可以兩個方向工作，既可以充電，也可以放電。充電時，電網的交流電轉換為電動汽車動力電池或者儲能電池可以接受的直流電; 放電時，電動汽車動力電池或儲能電池的直流電轉換為電網的交流電。不止于此，雙向充電樁還可以接受兩個方向的直流對直流變換，這就衍生出更多的應用，諸如V2V，V2L，V2H，V2G，B2V，等等。在車網雙向互動的系統中，雙向充電樁是功率調節、能量流向的核心，被稱為能量路由器。
1.1 正向AC/DC
正向AC/DC就是將交流電轉換為直流電。對于單相輸入的雙向充電樁，輸入電壓220V，對于三相輸入的雙向充電樁，輸入電壓是380V。為了滿足不同類型車輛的電壓范圍，輸出電壓范圍很寬，200V-1000V。
有些三相輸入的雙向充電樁，還可以兼容單相輸入。
典型應用就是將正向輸入端接入電網或逆變器的輸出端，給電動汽車或儲能電池充電。
1.2 正向DC/DC
正向DC/DC就是交流輸入可以兼容直流輸入。因電路拓撲和成本限制，直流輸入電壓范圍可能無法達到200-1000V，輸出功率可能也會受到限制。輸出電壓范圍和正向AC/DC時一樣，200-1000V。
典型應用是在輸入端接光伏的MPPT輸出，光伏發電給電池或儲能電池充電。
1.3 反向DC/AC
反向DC/AC就是將直流電轉換為交流電。直流輸入電壓范圍200-1000V，單相的輸出電壓是220V，三相的輸出電壓是380V。
典型應用是在反向輸入端接入電動汽車、儲能電池、光伏的MPPT輸出，給家用設備供電或給電網放電。
1.4 反向DC/DC
反向DC/DC就是在反向的交流輸出端兼容直流輸出。直流輸入電壓200-1000V，直流輸出電壓200-1000V。
典型應用是在反向輸入端電動汽車或儲能電池，反向輸出端接電動汽車，可實現B2V、V2V。
2.基于雙向充電樁的新型儲能系統
雙向充電樁既可以是雙向AC/DC，又可以是雙向DC/DC，應用場景非常豐富。將形成三種技術路線：
- 共輸出直流母線。方案很簡潔，但是切換邏輯比較復雜。
- 共交流母線。傳統的光伏和儲能的應用多是這種方案。雙向充電樁將并入交流母線。
- 共PFC直流母線。光伏通過MPPT（非隔離），儲能通過雙向DC/DC（隔離或非隔離），車輛通過雙向隔離DC/DC掛在PFC母線上。
三種技術路線各有所長。他們之間將展開博弈。最終市場將做出選擇。
2.1 共輸出直流母線
共輸出直流母線，就是將光伏、儲能電池和電動汽車都接入雙向充電樁的直流輸出端。圖1展示了這種大而全的方案。能量或負載節點包括5種：電網、電動汽車、儲能電池、光伏、用電設備。
- 只能輸入能量的負載節點：用電設備。
- 只能輸出能量的單向能量節點：光伏。
- 雙向的能量節點包括：電網、電動汽車、儲能電池。
這將組成11種工作模式。雖然有這么多工作模式，但是整個系統不需要光伏逆變器，不需要儲能逆變器。實際上的商業化應用，要看具體場景，抽離出幾種工作模式。完整地按這個系統做成的產品，硬件上很簡潔，但是邏輯上會比較復雜。 這個拓撲沒考慮光伏給車直接充電，雖然V2G支持這個功能。
圖1 共輸出直流母線系統
電網作為輸出能量的節點：
模式1：電網給電動汽車充電。
模式2：電網給儲能電池充電。
電網作為輸入能量的節點：
模式3：光伏給電網放電。
模式4：電動汽車給電網放電。
模式5：儲能電池給電網放電。
儲能電池作為輸出能量的節點：
模式5：儲能電池給電網放電。
模式6：儲能電池給電動汽車充電。
模式7：儲能電池給用電設備供電。
儲能電池作為輸入能量的節點：
模式2：電網給儲能電池充電。
模式8：光伏給儲能電池充電。
電動汽車作為輸出能量的節點：
模式4：電動汽車給電網放電。
模式9：電動汽車給用電設備供電。
電動汽車作為輸入能量的節點：
模式1：電網給電動汽車充電。
模式6：儲能電池給電動汽車充電。
光伏作為輸出能量的節點：
模式3：光伏給電網放電。
模式8：光伏給儲能電池充電。
模式10：光伏給電動汽車充電。
模式11：光伏給用電設備供電。
用電設備作為輸入能量的節點:
模式8：儲能電池給用電設備供電。
模式9：電動汽車給用電設備供電。
模式11：光伏給用電設備供電。
2.2 共交流母線
共交流母線系統的拓撲如圖2所示，
- 儲能電池通過雙向AC/DC變換器將直流轉換為交流
- 光伏通過MPPT直接給電池充電，也可通過雙向AC/DC變換器轉換為交流
- 電動汽車電池通過雙向充電樁逆變為交流
以上這些從光伏、儲能電池和電動汽車電池逆變過來的交流電都是掛在電網上。電網的交流電通過雙向充電樁和雙向AC/DC變換器分別給車輛電池和儲能電池充電。電網交流電給用電設備供電。
圖2 共交流母線系統
2.3 共PFC直流母線
共PFC直流母線系統的拓撲如圖3所示，將雙向充電樁的PFC直流母線作為公共母線，
- 儲能電池通過雙向DC/DC接入PFC直流母線
- 光伏經過MPPT之后，可以直接給儲能電池充電，也可通過雙向DC/DC變換器接入PFC直流母線
- 電動汽車電池通過隔離的DC/DC雙向變換器接入PFC直流母線
這種系統比較適合于大型光儲充場站。接入電網的雙向AC/DC的功率將做得特別地大，可能是多個雙向DC/DC變換器接入相同的PFC直流母線，每個雙向DC/DC接不同的車輛。
圖3 共PFC直流母線系統
3.基于雙向充電樁的應用場景及產品方案
所有的應用場景都是基于某種可以跑通的商業模式。可以跑通的商業模式是指市場會買單。但是，雙向充電樁的終極場景一定是要靠政府政策支持，這個政策就是電網放開收購個人車主電動汽車放出的電，就是所謂的“車網互動”，將分布式的電動汽車電池當作“電源”使用，減輕電網發電、調配的負荷，實現電網綠色健康的持續發展。
大家都在等這個終局政策。
政策的規律是什么？在這個終局政策沒有出來之前，是否有能夠跑通的商業模式，應用場景和產品方案是什么樣的？這個政策出來之后，又是怎樣的應用場景和產品方案？
3.1 政策的規律
據研究，我國推進一個新型產業發展大致會經過幾個階段，產業規劃、發布實施意見、推進示范工程、出臺指導意見、發布標準、給出暫行辦法，到最終提供補貼政策形成快速發展，這個持續過程需要5年時間，甚至更久。
我們研究光伏的政策路徑，從2005年2月出臺《中華人民共和國可再生能源法》到2011年6月國家能源局出臺《分布式光伏發電項目管理暫行辦法》，再到2013年8月發改委下發《國家發展改革委關于發揮價格杠桿作用促進光伏產業健康發展的通知》，政策正式落地，前后歷時8年半。而以光伏逆變器為主業的公司，在1998年就開始創業折騰了。政策沒有明朗之前卻能活下來而且活得很好，這背后的成長邏輯是什么呢? 在政策完全明朗之前的過程中，一樣可以考創新尋找全新的市場，創造市場。要尋找這個市場空間，創新應用，創造市場，活下來并練就功力。
再看車網互動的產業政策，都是最近2-3年的事。
- 2020年11月，國務院印發《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035）》，鼓勵加強新能源汽車與電網能量互動。
- 2021年5月，國家發改委發布《關于進一步提升充換電基礎設施服務保障能力的實施意見（征求意見稿）》，推動V2G協同創新與試點。
- 2023年5月，國家能源局的發布《關于加快推進充電基礎設施建設 更好支持新能源汽車下鄉和鄉村振興的實施意見》，鼓勵開展電動汽車與電網雙向互動的示范。
- 2023年6月，國務院辦公廳發布《國務院辦公廳關于進一步構建高質量充電基礎設施體系的指導意見》，提出加強科技創新引領，提升車網雙向互動能力。
在2023年，各省市的政策儲能政策都非常密集。這些政策都是終局政策的前奏。
2023年6月16日，國家能源局綜合司下發《關于開展新型儲能試點示范工作的通知》，組織開展新型儲能試點示范，并制定了《新型儲能試點示范工作規則（試行）》。
2023年8月15日，廣州市人民政府辦公廳印發《關于推動新型儲能產業高質量發展的實施意見》，提出詮釋新型儲能產業營業收入到2025年達到600億以上，到2027年達到1000億以上。
2023年3月，廣東省能源局、南方監管局印發《廣東省新型儲能參與電力市場交易實施方案》，明確獨立儲能，可作為獨立主體參與中長期電能量市場、現貨市場（全電量參與）、輔助服務市場（報量報價調頻、跨省備用等）；電源側儲能，可以參與中長期電能量市場、現貨市場（報量報價）、輔助服務（區域調頻、跨省備用等）；用戶側儲能，與電力用戶作為整體聯合參與批發零售市場、現貨市場（報量不報價）、需求響應。
下圖對比光伏和車網互動的產業政策來看，可以感受到中國的產業政策的那種節奏感。應該說有一定的規律性。通過V2G的政策頒布情況，推測2025年會出臺一系列補貼政策刺激V2G產業快速發展，從而助力2030年的碳達峰目標。
3.2 終局政策發布之前
3.2.1 峰谷電價差大到一定程度，就可以跑通商業模式
今年，各地政府發布新的政策，加大了分時電價差。
- 江蘇，2023年9月12日，江蘇省發展改革委出臺《關于進一步明確我省電動汽車充換電設施用電價格有關事項的通知》（以下簡稱《通知》），擴大了分時電價差，高峰時段充電的電價為1.1526元/千瓦時，平段充電的電價為0.6703元/千瓦時，低谷時段充電的電價為0.2805元/千瓦時。 峰谷價差0.8721元/千瓦時。
- 陜西電網（不含榆林地區）高峰時段電價為每千瓦時0.5609元、低谷時段電價為每千瓦時0.3109元；陜西電網（榆林地區）高峰時段電價為每千瓦時0.5473元、低谷時段電價為每千瓦時0.2973元。
- 山東，2024年1月1日起將執行新的分時電價，深谷時段電價為每千瓦時0.222元，低谷時段為0.385元，平時段為0.555元，高峰時段為0.585元，尖峰時段為0.888元。峰谷差價0.666元/千瓦時。
- 湖北，2023年9月發布《居民電動汽車充換電設施實行分時電價有關事項的通知（征求意見稿）》，執行分時電價的電動汽車充換電設施，每日用電時段分為：平段7-17時，高峰時段17-23時（其中20-22時為尖峰時段），低谷時段23-次日7時。平段用電價格執行居民合表電價對應標準；高峰、尖峰時段用電價格以平段電價為基準，分別上浮0.1元/千瓦時、0.15元/千瓦時；低谷時段用電價格以平段電價為基準下浮0.15元/千瓦時。
僅在今年7月各地的相關政策就有下面這些；
這樣密集的政策發布令人驚嘆。新的分時電價差令業界驚呼：2023年可謂國內市場的工商業儲能元年。工商業企業可通過電價差在3-4內收回儲能設備的投資；工商業儲能電池2500-3000個循環次數，整個周期大約10年。
需要引導市場認識到電池壽命是富余的。“如果每次滿電跑500公里的電動車，你要是1000次（滿充滿放）循環的壽命，你能開多少呢？50萬公里。你要2000次的循環壽命，100萬公里。而一般來講，私家車一年也就開1萬多公里，我們十年，也就是一二十萬公里，所以我們電池的壽命是富余的。90%的時間里，車都是停著的，所以在90%這個時間是可以用來進行車網互動賺取收益的。我們一輛車的力量是很小的，如果把所有的車合起來就大了。”
終極政策出臺之前的這個前奏政策是否可以帶來一些創新的產品方案呢？
22kW雙槍輪充輪放一體式雙向充電樁
這將是一款引爆市場的產品定義。
這款產品主要是面向工商業客戶。我們設想，企業自用的電動車輛和在園區上班的個人電動車輛，都在上班時間給工廠放電。這種自給自足的放電，企業可以給車主差價，這個差價比政府的峰谷差價低一點。企業自用的電動車輛，每天固定送貨一兩趟，在保證不影響送貨的前提下，每天能放電多少呢？要看送貨的距離和時間，以及車輛的電池容量。譬如東莞的企業，每天給深圳的客戶送貨兩趟，來回距離120公里，一天兩趟就是240公里，用時6小時。剩余的18小時，3小時在下半夜充電，15小時都可以給工廠放電。
假設企業主購買這樣的充電樁比單向充電樁多30%，是個很小的投入，但會長期帶來收益。收回成本比儲能要快得多。
為什么要兩把槍？ 給企業主省錢。上述這種東莞-深圳的送貨場景下，一個22kW雙槍就可以應對兩臺車。如果企業主所在地的工商業電價差已足夠的高，可以把另外一把槍插到儲能電池上。
大美哉？！ 創新創造之美！
3.2.2 面向農村和別墅的場景，光伏和電動汽車結合，自發自用循環閉環
如果只是面向別墅家用，那是極小的市場空間，難以激發商業熱情。如果面向海外的市場，別墅家用的市場空間會大一些。老外很多都是住大平層，不像中國城市，絕大多數人口都擠在公寓里。
中國人口多，只是把農村市場做透，也比在東南亞、中亞搞出口貿易更有市場空間。農村市場太喜歡能便宜又能占到便宜的產品了。太陽能發電，收集到電動汽車和儲能電池里，完全可以做到用電不花錢。
如果想跑通這個商業模式，就要把成本做好，把產品易用性做好，把教育市場的工作做好。
什么樣的產品可以擔當此等重任呢？
7kW雙向充電樁
7kW雙向充電樁是面向農村市場的主力軍。農村市場最在乎成本。到鄉鎮超市去看看，多看幾家，就能理解這個市場。中國的長尾市場有5億人口規模，但是很分散，消費力低。我們要把這個應用場景和產品設計想明白。”便宜，不壞"是硬道理。
7kW的雙向充電樁留出接入光伏和儲能電池的接口，構成應用系統。使用哪種系統更好呢？共輸出直流母線，共交流母線還是共PFC直流母線？這會很糾結。我們有很多的思考，但不在此文展開了。
3.2.3 面向農村和別墅的場景，工作在V2H模式作為應急電源
2019年我接待了一位加拿大客人，他是加拿大最著名電源公司的CEO，北京人。他提出國外對雙向充電樁的期待是作為“災備電源”。這對于我當年是第一次聽到的新詞匯。
將雙向充電樁當作應急的災備電源，還是當作UPS，這對系統應用來說，用戶體驗是不一樣的。簡單地說，就是雙向充電樁是怎么接入電網的。
一種做法是，停電的時候，跑到車庫里將雙向充電樁的槍頭插到車上，將雙向充電樁切換到放電模式，用車發電。系統應用簡單粗暴。
另外一種做法是，將雙向充電樁長期接入一個小儲能電池，在車輛空閑的時候接入電動汽車，將雙向充電樁接入家里的關鍵設備，這樣就起到了UPS的作用。
3.3 終局政策發布之后
全國各地密集出臺的分時電價政策是車網互動終局得到到來的前奏。如前所述，這個差價已能實現工商業儲能的市場化。
終局政策發布后，車網互動帶來的想象空間巨大。下班回家后的晚上6：00-9：00是用電高峰，電動汽車給電網放電；下半夜，凌晨12：00-7：00是用電低谷，電網給電動汽車充電。政策上繼續調高晚上6：00-9：00的電價，同時收購電動汽車放出的電，在晚上6：00-9：00的用電高峰期就很少有車輛在充電，卻有很多車輛在放電。這種削峰填谷非常便利，就不用投入更多的專用的儲能電池了。儲能電池只要作為某些場景下的小的“蓄水池”，大的“蓄水池”交給電動汽車。
終局政策發布后，分布式V2G的場景就很簡潔了。每個充電樁都變成雙向充電樁，由市場來調節功率。停車后，人們都將習慣性地將充電槍頭插到車上，然后啟動手機APP，將常用的充放電策略對應的一個套餐調用出來，啟動就好了。譬如辦公室模式，對應就是將SOC最低設置為40%（留一點電下班開車回家），多余的電都允許電網調動，“放出來”貢獻于削峰填谷。
4.雙向充電樁的前景：2035年，所有充電樁都將是雙向充電樁
2030年，隨著終局政策的全面導入和各種方案的產品全面量產化，雙向充電樁成為超級熱點。
歐陽明高院士預測，2030年后車網互動儲能總量將超過儲能電站。預計在2030年，中國大概會有三億輛電動車，如果每輛車平均是65度電，那3億輛車是200億度電。我們今天全國每天的用電量就是200億度。我們車上電池的電夠我們全國用一天。我們并不能把所有這些拿過來出來，一半就是100億度。100億度已經是我們現在儲能的幾十倍。 從功率調節的角度來看，如果每個充電樁15千瓦，那么后就會有30億千瓦。30億千瓦什么概念？我們2030年的非化石能源裝機的一半，大概也就是30億千瓦，這個也是足夠大的。
國家標準、規范都有了之后，電動汽車接入電網，參與能量互動已經具備良好的電網硬件基礎和設計方法。而且雙向充電樁的成本并不高。2030年之前，我們預測儲能電站還是一個主體，在總量上一定會比車網互動要多，因為車網互動我們還需要一個發展的時期; 到2030年之后，電動車的數量極大增加。成本低、安全性好、量大，它在儲能中，尤其是我們用戶側儲能中占有很大的比例，逐步在總量上超過儲能電站。
我預測，2030年之后，再經過5年的市場選擇，最終在2035年，所有充電樁都將是雙向充電樁。
5.雙向充電樁的核心技術
雙向充電樁的核心是雙向充放電模塊，是電力電子學科的最前沿技術，甚至可以說，代表了電力電子技術的最高境界。
大功率充電模塊領域，PFC部分，三相維也納拓撲長期一統天下；DC/DC部分，LLC和移相全橋兩種拓撲并存，LLC略勝一籌。大功率雙向充放電模塊領域，最大糾結是，采用兩級拓撲還是三級拓撲。雙向PFC主流則是六管整流為主；雙向DC/DC的主流拓撲有CLLC和DAB兩種，各有優缺，難分仲伯。
