大功率快充的要求與前景

2020年電動(dòng)車與燃油車全方位的競(jìng)爭(zhēng)，快充功率能否達(dá)標(biāo)顯得至關(guān)重要。

當(dāng)前，大功率快充被認(rèn)為是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著新能源汽車的加速發(fā)展，大功率快充可以大大降低電動(dòng)汽車的充電時(shí)間，提高出行效率，更好地滿足用戶的出行需求。截止2017年底，中國(guó)新能源汽車與充電樁的比例僅為3.5:1，充電時(shí)間長(zhǎng)、充電設(shè)施服務(wù)能力不足等難題還存在。

為此，包括中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高在內(nèi)的諸多業(yè)內(nèi)人士曾指出，2020年電動(dòng)車與燃油車全方位的競(jìng)爭(zhēng)，快充功率能否達(dá)標(biāo)顯得至關(guān)重要。大功率快速充電就是采用高電壓、大電流，短時(shí)間內(nèi)將電動(dòng)汽車充滿電。一般認(rèn)為，電動(dòng)汽車“快充”是指電池從0%充電到80%的時(shí)間小于30分鐘的充電技術(shù)，最快甚至達(dá)到10分鐘以內(nèi)。

目前，國(guó)外已經(jīng)有推出350kW以上的大功率快充產(chǎn)品，而我國(guó)僅推出了公交大巴車應(yīng)用的350kw充電樁，還未有應(yīng)用在純電動(dòng)乘用車上的大功率快充產(chǎn)品。據(jù)了解，純電動(dòng)乘用車的大功率快充產(chǎn)品還存在電池發(fā)熱、安全隔離等技術(shù)問(wèn)題還待優(yōu)化，同時(shí)充電站建設(shè)、電網(wǎng)供電等基礎(chǔ)設(shè)施配套問(wèn)題尚待解決。

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大功率快速充電的前景

充電難題一直是新能源汽車大規(guī)模推廣的一大障礙。一方面，全國(guó)各地建設(shè)的充電樁基礎(chǔ)設(shè)施遠(yuǎn)不能滿足新能源汽車充電需求，并且動(dòng)輒3-4h的充電時(shí)間也降低了新能源汽車的行駛體驗(yàn)。

另一方面，大功率充電的應(yīng)用能夠大幅度提高充電效率，提升充電樁的利用率，同時(shí)可以適當(dāng)降低車樁比。為此，業(yè)內(nèi)人士表示，大功率快速充電技術(shù)能夠解決用戶充電時(shí)間長(zhǎng)這一痛點(diǎn)，還可以降低車樁比例，未來(lái)的前景無(wú)限。

有業(yè)內(nèi)人士表示，“如果將充電時(shí)間縮短至3-5分鐘左右，那么電動(dòng)汽車就具備了與傳統(tǒng)燃油車相互競(jìng)爭(zhēng)的能力?！?span style="text-indent: 2em; font-size: 12px;">不過(guò)，發(fā)展大功率快充技術(shù)目前還存在諸多難題。下面一起看下實(shí)現(xiàn)大功率快速充電需要滿足哪些要求？目前還具備哪些挑戰(zhàn)？

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實(shí)現(xiàn)大功率快充的要求

?對(duì)動(dòng)力電池的要求

（1）對(duì)于乘用車而言，電池的單體能量密度要達(dá)到300Wh/kg以上。同時(shí)，還需要兼顧安全性、電池壽命等。

（2）動(dòng)力電池充電倍率也要在2-6C，否則無(wú)法保證充電時(shí)間。據(jù)悉，單獨(dú)實(shí)現(xiàn)高能量密度或較大的充電倍率較容易，但同時(shí)兼具能量密度和充電倍率兩種特性則需要解決許多難題。

（3）充電功率需要在300-600kw之間。

?充電樁要求

（1）充電設(shè)備需要保證不同功率汽車的兼容性和保持全范圍的高效性。既要兼容小功率充電，也要兼顧大功率充電。

（2）充電樁用IGBT模塊的尺寸、重量、耐壓性等提出了更高的要求。

（3）充電模塊輸出電壓設(shè)計(jì)需要與電動(dòng)汽車的電壓平臺(tái)匹配。

?電網(wǎng)系統(tǒng)

大功率充電對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)負(fù)擔(dān)較大，可能會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，對(duì)于電網(wǎng)的安全性提出了更加嚴(yán)格的要求。

?整車方面

如果要實(shí)現(xiàn)大功率直流快速充電（電壓高于1000V，電流高于350A），整車的電壓平臺(tái)將會(huì)同步提高到1000V以上。同時(shí)，整車的高壓防護(hù)等級(jí)、熱管理等均需要全面提高。

在此背景下，電機(jī)、電控等的控制策略也需要重新開發(fā)，且開發(fā)周期較長(zhǎng)。

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大功率快充技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

?大功率充電對(duì)車載IGBT模塊的尺寸、重量、耐壓性能等提出了更高的要求。目前，以英飛凌為代表的全球前列的半導(dǎo)體供應(yīng)商，尚難以解決大功率充電所帶來(lái)的高頻、高壓等問(wèn)題。

?大功率快充技術(shù)對(duì)整車成本有較大影響。以碳化硅為例，目前碳化硅在產(chǎn)量、技術(shù)及成本上很難實(shí)現(xiàn)，且產(chǎn)品尚處于換代研發(fā)期，預(yù)計(jì)到2025年才有可能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。

?大功率充電還需要解決充電樁本身的散熱問(wèn)題，包括模塊、充電槍、電纜的技術(shù)突破等，都是與安全問(wèn)題直接掛鉤的重要因素。

?從車型上來(lái)看，目前我國(guó)新能源汽車大多為A0級(jí)或A00級(jí)的車型，較小的空間導(dǎo)致較難安裝尺寸更大的高電壓零部件，對(duì)于使用大功率充電來(lái)說(shuō)挑戰(zhàn)不小。

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國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)調(diào)研顯示，目前我國(guó)還幾乎沒(méi)有實(shí)際輸出功率達(dá)到150kW以上的快充樁，大部分額定功率120kW快充樁，實(shí)際輸出功率僅有幾十千瓦左右。

與此同時(shí)，我國(guó)現(xiàn)有的動(dòng)力電池技術(shù)水平，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了乘用車用鋰離子電池3C的充電倍率，4C也在推廣驗(yàn)證階段。而在保持高比能量的前提下實(shí)現(xiàn)6C的充電倍率，目前我國(guó)乘用車用鋰離子動(dòng)力電池市場(chǎng)上還沒(méi)有類似的產(chǎn)品。

總體來(lái)看，相對(duì)于國(guó)際先進(jìn)水平，我國(guó)大功率快充技術(shù)還存在一定的差距。一方面，從整車廠角度來(lái)看，目前自主品牌在售的新能源車支持的最大快充功率為60kW，尚較少新車支持150kW以上的快速充電，更不要說(shuō)支持350kW以上的大功率快速充電。

另一方面，國(guó)外許多企業(yè)已經(jīng)推出了150kW、甚至350kW以上的大功率快充產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)由于受到技術(shù)、電網(wǎng)等限制，且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，目前進(jìn)展相對(duì)較慢。

舉例來(lái)說(shuō)，國(guó)家電網(wǎng)的直流快充樁的電流為50A，一般1-2小時(shí)內(nèi)可以將車充電80%。而特斯拉的超級(jí)充電站的充電插座最高電流能夠達(dá)到80A，40分鐘即可充電80%。

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國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前戴姆勒、寶馬、福特、奧迪等車企都在加速布局大功率快充技術(shù)。其中，2017年底，戴姆勒、BMW、福斯、福特等四大車廠曾宣布將在歐洲聯(lián)合部署電動(dòng)車的“超快速充電站”，預(yù)計(jì)設(shè)立的 400 個(gè)充電站為聯(lián)合充電系統(tǒng) (CCS) ，最大功率為 350kW。

另外，瑞士ABB公司也推出了Terra High Power DC快充充電樁，輸出功率可以達(dá)到350千瓦，幾乎是特斯拉超級(jí)充電樁的三倍。據(jù)悉，目前特斯拉的超級(jí)充電樁最高能提供120kW的輸出功率。

而今年6月5日，奧迪旗下首款純電動(dòng)SUV車型——奧迪e-tron正式在國(guó)內(nèi)亮相。新車支持150kw的快速充電，最快可以30分鐘充滿，且滿電續(xù)航達(dá)到500公里。