電動汽車大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用與展望

與傳統(tǒng)的石油、煤炭等能源相比，電能屬于二次能源，具有綠色環(huán)保、傳輸方便、易于獲取等優(yōu)勢。近年來，我國高度重視綠色、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，也對電動汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展予以了大力的肯定與扶持，希望可以實現(xiàn)從普通燃油車到電動汽車全面普及的有效過渡。但是，充電過程體驗、續(xù)駛里程、電池性能衰減等問題的存在，極大地限制了電動汽車的普及與發(fā)展。要想提高電動汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平，必須對大功率快速充電技術(shù)展開深入的研究，準(zhǔn)確把握電動汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)中大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢、劣勢以及應(yīng)用現(xiàn)狀，并預(yù)測這一技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

一、電動汽車的常用充電方式

（一）常規(guī)充電方式

1.小電流充電

在家庭充電場合中，通常選擇小電流充電方式。這種充電方式的應(yīng)用，能夠將充電電流控制在15 A左右，將充電時間控制在8~10 h以內(nèi)。這種充電方式的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面，第一，充電機(jī)的安裝與運行成本較低；第二，有利于延長電動汽車電池的使用壽命；第三，可以提高電動汽車的充電效率；第四，對電網(wǎng)的要求不高，可以直接從低壓照明電路中獲取電源；第五，充電占用的是晚上時間或用電低谷期，電能利用效率更高，可以享受到電力部門的電價折扣方案。

2.中電流充電

在一些公共場所的小型充電站中，主要采用的是中電流充電方式。例如，街邊、超市、辦公樓或者停車場等場所設(shè)置的充電機(jī)，使用的就是中電流充電方式。與小電流充電方式相比，這種充電方式的充電電流一般控制在30~60A之間，充電功率控制在5~20kw之間。一般情況下，5~8h內(nèi)的充電效果就可以與小電流充電方式8~10小時的效果相媲美。

（二）快速充電方式

與常規(guī)充電方式相比，快速充電方式采用的是恒流充電方式，即直接利用150~400 A之間的大電流，對電動汽車的蓄電池進(jìn)行充電，確保在短時間內(nèi)將較多的電量充入蓄電池內(nèi)。在這種充電方式下，一次充電時間與燃油汽車的一次加油時間相差無幾，所以這種充電方式又被稱為迅速充電方式或應(yīng)急充電方式，常見于大型充電站內(nèi)。

與常規(guī)充電方式相比，快速充電方式的充電速度更快，所以更能滿足電動汽車的長距離駕駛需求以及其他需要快速充電的需求。需要注意的是，這種充電方式的充電機(jī)功率比較大，在50~100kw之間，對電網(wǎng)的性能要求比較高，所以這種充電方式常見于10 kv變電站附近，或者供監(jiān)測站與服務(wù)中心使用。另外，這種充電方式雖然能夠在短時間內(nèi)使蓄電池存滿足夠的電能，但是容易對蓄電池的使用壽命產(chǎn)生不良影響。

二、電動汽車大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢與劣勢

（一）電動汽車大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

從不同的角度來看，大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)出了不同的優(yōu)勢。首先，從私人用戶角度進(jìn)行分析，大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效縮短電動汽車的充電時間，延長電動汽車的續(xù)駛里程，進(jìn)而獲得一個相對理想的充電體驗。如果用戶不具備安裝自用充電樁的條件，就可以通過大功率快速充電方式滿足自家電動汽車的日常充電需求。其次，從公共運營企業(yè)的角度來考慮，大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用，可以將各種運營車輛的充電等待時間盡可能縮短。例如，物流車、網(wǎng)約車、出租車等都是最常用的運營車輛。縮短這些車輛的充電時間，提高運營車輛的運行效率，能夠為相關(guān)公共運營企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。最后，從充電設(shè)施建設(shè)運營商的角度來分析，大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用可以明顯縮短電動汽車的單次充電時間，增加每一個充電樁單位時間的充電服務(wù)次數(shù)，從而有效促進(jìn)充電樁利用效率的提高。

（二）電動汽車大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用劣勢

電動汽車大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用劣勢也非常突出。一方面，在技術(shù)層面，電動汽車在充電過程中會產(chǎn)生較多的熱量，如果不能在短時間內(nèi)妥善處理這些熱量，不僅會加速電纜絕緣材料或護(hù)套的老化，還可能對充電設(shè)施造成破壞，使人們面臨生命安全和財產(chǎn)安全方面的威脅。所以，要想對這一充電技術(shù)實現(xiàn)合理的利用，不僅要高度重視整車、電池、充電模塊、電纜等方面的熱管理，還要做好各類元器件的冷卻處理、散熱處理、絕緣處理以及其他安全防護(hù)措施。另一方面，在成本層面，充電設(shè)備采購市場價格往往比較高，且設(shè)備的運行需要在相對較大的空間場地中，由此而產(chǎn)生的建設(shè)成本、運營成本與維護(hù)成本也會大幅增加。

三、電動汽車大功率快速充電技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇

（一）能夠降低車主的充電擔(dān)憂

很多用戶不愿意選擇電動汽車的主要原因，就是電動汽車電池的續(xù)駛里程較短，并且充電過程不夠方便。在我國，很多電動汽車即便使用直流快充技術(shù)進(jìn)行充電，依然需要在充電方面花費一個小時以上的時間。如果用戶是出租車司機(jī)或者需要長期跑高速，那么很難在途中因為充電而等待這么長的時間。如果能夠加強大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用，將電動汽車的充電時間縮短到10~20 min以內(nèi)，那么將會解決這部分用戶的后顧之憂，使其在購車時優(yōu)先考慮電動汽車。

（二）能夠提高充電設(shè)施與車輛類型的兼容性

在我國老版的充電標(biāo)準(zhǔn)中，電動乘用車的電壓標(biāo)準(zhǔn)和輔助電源標(biāo)準(zhǔn)與電動商用車并不相同，而2015年我國推出了最新的充電標(biāo)準(zhǔn)，指出無論是電動乘用車還是電動商用車，輔助電源都為12V/10A，電壓等級有三個級別，即500V電壓等級、700V電壓等級和950V電壓等級。電壓標(biāo)準(zhǔn)與輔助電源標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整，使我國充電市場上出現(xiàn)了3種充電設(shè)施。這3種充電設(shè)施同時運行，導(dǎo)致充電運營商出現(xiàn)了嚴(yán)重的資源浪費現(xiàn)象。

在我國蓄電池技術(shù)不斷改進(jìn)的趨勢下，電動汽車的續(xù)駛里程明顯延長，充電時間明顯縮短。而為了持續(xù)縮短蓄電池的充電時間，乘用車的充電電壓也越來越高。例如，保時捷mission E的電池電壓已經(jīng)調(diào)整到了800 V。這樣一來，無論是乘用車還是商用車，都可以使用相同的充電設(shè)施。立足于充電運營商的角度進(jìn)行分析，在高速服務(wù)區(qū)建設(shè)充電樁時，只需要建設(shè)相同電壓等級的充電樁，就可以滿足所有電動汽車的充電需求。考慮到充電樁的更新?lián)Q代情況和蓄電池的發(fā)展速度，在建設(shè)充電樁時，建議優(yōu)先選擇寬電壓范圍和寬恒功率范圍，以確保充電樁能夠滿足不同型號與規(guī)格蓄電池的充電需求。

（三）能夠與智能電網(wǎng)深度融合

不同的電動汽車在充電過程中，會產(chǎn)生不同的用電負(fù)荷。這種用電負(fù)荷的不確定性，對大功率快速充電站的運營具有比較大的影響，甚至?xí)档碗娋W(wǎng)運行的安全性與穩(wěn)定性。另外，在普及大功率快速充電技術(shù)的過程中，需要建設(shè)大量的大功率快速充電站。在此過程中，不僅需要引入較多的充電設(shè)備，也要進(jìn)行電力增容。如果充電樁的利用頻率不高，還有可能出現(xiàn)資源閑置、資源浪費等問題。

如果使用儲能技術(shù)手段，提升充電設(shè)備對電網(wǎng)側(cè)需求的穩(wěn)定性和平滑性，能夠顯著降低電力增容成本和配電成本。而提高電力增容設(shè)備的利用率，能夠提高這些電力擴(kuò)容設(shè)備的利用率，增強充電樁的運營效果。

另外，在電動汽車續(xù)駛里程不斷增加，充放電功率不斷提高的形勢下，電動汽車也會被當(dāng)做儲能單元或直流負(fù)載，與智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)進(jìn)行深度融合。如此一來，電動汽車的大功率快速充電，不僅不會對電網(wǎng)的運行造成影響，還會讓電網(wǎng)的調(diào)節(jié)手段變得豐富多樣，進(jìn)而提高分布式新能源的利用效率。

四、電動汽車大功率快速充電技術(shù)的展望

（一）大功率充電技術(shù)的發(fā)展趨勢

在未來的電動汽車充電領(lǐng)域中，大功率快速充電必然會占據(jù)較大的市場份額。但是，無論是主流電動汽車制造企業(yè)，還是充電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，都無法準(zhǔn)確評估大功率快速充電的市場發(fā)展?jié)摿?。這些企業(yè)會根據(jù)自身的判斷結(jié)果，集中在某一方面發(fā)力，而這就會對電動汽車和充電設(shè)備的發(fā)展產(chǎn)生影響。

1.整車層面

不同電動汽車的充電功率將會在原有基礎(chǔ)上實現(xiàn)大幅的提高。例如，大功率充電客車的充電電壓將會提高至1500V，充電電流將會提高至600A。電動乘用車也會在2025年之后，普及350kw的充電功率。

2.動力電池層面

為了滿足電動汽車的大功率快速充電需求，各大動力電池生產(chǎn)企業(yè)在研究新興電池或新體系電池的過程中，紛紛開始控制單體能量密度，使其始終保持在300 Wh/kg以上。在這一過程中，這些企業(yè)主要在以下兩個方面發(fā)力。首先，重點強化鋰離子的接收能力，提高鋰離子的傳輸能力，確保鋰電池的4~6C高倍率充電的實現(xiàn)。其次，重點提高電池使用的可靠性，確保電池即便是處于更加惡劣、復(fù)雜的氣候溫度條件下，也能夠在一定程度上消除電池快充過程中產(chǎn)生的高溫?zé)崃?，或者在電池電量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時，直接由快充模式調(diào)整為涓流充電模式，起到延長電池使用壽命的作用。

3.充電設(shè)備層面

在未來的一段時間內(nèi)，充電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)將會把更多的資源和資金投入大功率快速充電樁的研發(fā)中，并逐步加大大功率快速充電模式的市場化推廣力度。首先，加大1400VIGBT等關(guān)鍵零部件的開發(fā)力度，強化這些關(guān)鍵零部件的耐高壓能力和絕緣性能，從而為機(jī)械設(shè)計與電氣設(shè)計安全性的提高打好基礎(chǔ)。其次，加強全新充電接口或轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計，提高新充電模式與舊電動車輛的兼容度。最后，對液冷泵、液冷管道的應(yīng)用予以高度的重視，確保這些設(shè)備的充電溫度始終不超過120 ℃。同時，對充電線纜、充電槍頭等設(shè)備進(jìn)行輕量化和小型化處理，以提高充電操作的便捷性。

（二）大功率快速充電技術(shù)的未來應(yīng)用場景

目前，大功率快速充電標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)與2015版的充電標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)同，市場上的充電設(shè)備越來越多，充電網(wǎng)絡(luò)也越來越完善。同時，充電運營商也開始關(guān)注充電市場的實際需求，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測了企業(yè)未來的盈利情況，然后展開了相應(yīng)的布局建設(shè)。近幾年來，大功率快速充電模式的應(yīng)用場景已經(jīng)變得非常廣泛。

1.城市公共充電場景

在未來的一段時間內(nèi)，長續(xù)駛里程的電動乘用車在運行過程中對電池的續(xù)駛要求也會越來越高。大容量動力電池的市場應(yīng)用前景極為廣闊。另外，城市公共充電場所也會增設(shè)一定數(shù)量的大功率充電設(shè)備，盡可能滿足電動乘用車車主的充電需求，并保證充電等待時間更短，充電體驗感更好。

2.運營類車輛的充電場景

電動公交、出租車、網(wǎng)約車和物流車等都是主流的運營車輛。這些運營車輛都高度重視充電時間的長短。而大功率快速充電樁的普及與應(yīng)用，能夠進(jìn)一步縮短這些運營車輛的充電時間，使其將更多的時間和精力投入運營當(dāng)中，實現(xiàn)運營效率的提高。

3.高速公路充電場景

在高速公路服務(wù)區(qū)和國道服務(wù)區(qū)，要加大大功率快速充電設(shè)備的安裝力度。這一建設(shè)行為，有助于最大限度地滿足電動汽車長距離出行模式下的充電需求，為電動汽車的使用范圍拓展提供有力保障。

五、結(jié)語

  綜上所述，大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用與普及，對電動汽車領(lǐng)域的發(fā)展有著積極的影響。但是，只有從整車層面、動力電池層面和充電設(shè)備層面出發(fā)，加大對大功率快速充電技術(shù)的研究力度，并將這一技術(shù)普及到城市公共充電場景、運營類車輛的充電場景和高速公路充電場景中，才能夠從整體上提升這一技術(shù)的應(yīng)用水平，為我國電動汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供保證。

文章來源：  《產(chǎn)品可靠性報告》   http://xwlcp.cn/w/kj/32519.html