大功率快充:“阵痛”何时过去?
来源:利来彩票官网 2018年7月20日10:16

    “大功率快充的核心功率元器件还依赖进口,成本高,国内一些企业推出的350kW以上的大功率快充产品尚处于研发、验证阶段,离市场推广还有一段距离。”

  在充电难、充电时间长的发展瓶颈之下,电动汽车充电功率“饥渴”作为一种怪象而存在。比如,存在这样一种现象,一些高续航电动汽车需要170A的充电电流,而充电桩能提供的可能只有120A左右,从而限制了电动汽车充电时间的降低空间。大功率快速充电技术逐渐成为趋势。

  



  “10分钟充满电”是用户使用电动汽车的理想诉求,也是推动大功率快充技术发展的动力之一。从技术层面看,大功率快充可以实现,但是其核心功率元器件尚依赖进口,成本很高,国内一些企业推出的350kW以上的大功率快充产品尚处于研发、验证阶段,离市场推广还有一段距离。

  



  从电网负荷角度看,瞬时功率与总体负荷之间存在差距,电网增容与智能协调匹配技术还需提升。为保证整体安全性,部分地区会对运营直流充电桩的最大功率进行限制,避免瞬时大功率充电引起电网波动过大。

  从产业发展看,发展大功率充电能够满足电动汽车用户快速充电、节约时间的使用诉求,打造产业技术领先优势,进一步提升我国在新能源汽车行业的竞争实力。目前,国内企业已经进行了大功率快充技术的研发,比如星星充电、万马新能源等企业研发了360kW及更大功率的快充产品。据悉,万马新能源计划在2019年推出更大功率的快充产品,2020年开始做部分规模化的市场推广。

  探索中的快充现状

  3月27日,国家电网发布2018年第一批充电设备招标文件,60kW的直流充电桩成为招标主流,占比约40%;100kW及以上功率的占比30%,其中120kW功率的占比26%;并首次出现了输出电压DC500-950V、单元充电电流500A、功率475kW的招标需求。

  目前,国内市场小型车辆使用的充电桩功率基本上都在60kW左右,120kW的充电桩还比较少。2017年12月,天津市率先建立了首座360kW大功率直流快充电站,该站采用大功率直流充电技术,最大充电电流可达到400A。

  据万马爱充负责人李悦介绍:“产业发展基本有两个方向,一个是在现有功率要求范围内做产品叠加,比如用两个250A的充电枪进行充电,从而达到500A的大电流充电效果;另外,国外推出了单枪电流大于250A的产品,电压或超过1000V。目前,欧洲也正在推相关的产品。”

  相对于国际水平,我国大功率快充产业稍慢一步,还处在探索阶段,相应的标准也在跟进,这是目前的产业发展阶段。由于受到技术、电网负荷、相关标准尚未出台等因素限制,国内大功率快充产业目前进展相对较慢,产业链上也会存在一些问题,比如规模化生产成本过高等。

  而欧洲、日本等地区已经在积极地实验、验证大功率充电技术,比如把电压提升到1000V,同时把充电电流提升到350A,实现最大系统功率350KW的充电供给。据了解,瑞士ABB公司也已经推出了输出功率350kW的快充桩,只需充电12分钟,就能为电动汽车增加300公里续驶里程。

  IGBT还依赖进口

  根据之前的分析,单纯从大功率快充技术本身的技术研发考虑,快充技术实际上已经具备了实现的可能性。比如350-500kW功率的快充桩。但是如果要继续提升快充产品的功率,产业界还面临一些技术上的瓶颈,比如大功率元器件依赖进口等。

  



  “ABB做得比较先进,因为它本身有一些相对成熟的大功率电器件,国内还是依靠进口。产业发展相对保守一些,还是按照既定的技术路线走,一些核心器件受控于进口。”万马爱充负责人李悦介绍到。

  大功率快充技术正成为产业发展的趋势和新能源汽车消费的硬性诉求,用户对电动汽车提出了更高要求,比如不仅要求车辆续航里程要更高,充电速度还要更快。实现大功率快充,必然离不开IGBT等功率元器件,IGBT也被称为是充电桩的“心脏”。

  因此,IGBT技术的突破有利于解决大功率充电所带来的高频、高压等问题,这也是全球半导体供应商普遍关注的热点领域。如今,我国IGBT等功率元器件几乎均依赖进口,反映出我国还需要在掌握核心技术领域加大研发的投入力度。整个产业必须高度重视IGBT等功率元器件产品的技术研发与投入,也只有掌握核心技术才能真正把握未来产业发展的主动权。

  “国外比国内可能领先半年时间,”星星充电执行董事郑隽一分析到,“比如在连接器方面,国内做连接器的企业可能还在犹豫。其实,单纯从技术的角度考量,国内外可能并没有太大的差距,而一旦犹豫,可能就会落后于别人。另一方面,使用哪种连接器方案,也需要车企配合着一起做,但是很多车企其实并没有下定决心统一协调推进。因此,国内企业的协同性还需进一步提升。”

  规模化尚遇挑战

  从技术标准的层面看,大功率充电产业有一个比较清晰的分界线,充电电流标准定义在250A左右,现在符合标准的产品,其最大充电电流均不能超过250A,目前市场上的单枪充电电流也不会超过这个标准。

  从大规模推广层面来看,目前,大功率快充依然面临多个方面的问题,比如安全性问题、电池充电倍率匹配问题、成本问题、散热问题等。这些问题能否通过技术手段得以很好地解决?

  以散热问题为例,业界认为,可以通过轻量化和小型化来解决电缆和冷却系统部分的问题。

  实现大功率无非是从电压或电流两个方向着手,如果提升电压,那么车辆的绝缘等级就必须升级,对车辆电子元器件的要求会更高,成本也会更高。而如果增大电流,就必然带来发热的问题,在充电的过程当中,车端的发热量也会上升,也包括电池在内。

  郑隽一表示:“大功率快充需要考虑充电热管理问题,第一部分是充电模块方面,交流变直流的散热管理,第二部分是连接器方面,比如电缆、充电枪等。解决散热问题,现在我们采用的是液体冷却方案,在电缆和充电枪之间设置一个专门的循环通道,通道内加入起散热作用的液体,通过动力泵推动液体循环从而把热量带出。液体冷却方式还可以缩小电缆直径,使用户用起来更加方便,而且国际上通用的也是这种方案。”

  综合来看,充电桩行业的大功率快充技术路线除了桩企的自身抉择之外,还需要配合电池、主机厂的技术选择。上下游产业链需要协同发展,在标准上选择一个统一性的方向,也需要政府进行更多的引导。

  



  万马爱充负责人李悦分析认为:“目前,虽然国外在大功率快充产业和技术上稍微快了一点,但是并没有太多绝对的技术门槛,主要还是成本问题。未来,具体如何实现,还要看谁能够在产业内对成本和性价比率先实现突破,形成规模推广,这才是最关键。”

  链接1:何为大功率充电?

  



  电动汽车传导直流大功率充电是指充电功率在350kW或以上,充电(80-90%)10-15分钟,以单枪方式给动力电池传导充电的技术。重点在于大功率充电连接组件、冷却技术、温度监测技术、充电通信控制技术、大功率充电机、动力电池冷却与监测、电动汽车电压等级、电网协调。经研究,初步提出了乘用车大功率充电主要技术指标,充电电压1000V,在不带冷却工况下充电电流120A,充电功率≥120kW;带冷却工况下充电电流400-500A,充电功率≥350kW。商用车大功率充电技术解决方案是,在终端充电情况下,与乘用车模式相同,根据不同停车时间的不同,选择带冷却或不带冷却模式进行充电,途中充电模式采用充电弓补电模式。

  链接2:大功率快充应用场景有哪些?

  



  当前我国大功率充电技术应用场景主要包括:长续航里程的电动汽车充电需求,满足续航400~500kM的电动汽车快速补电需求;城市出租、物流车、长途运行的电动汽车充电需求,解决充电慢影响运营收入的问题;北京、上海、深圳、广州等大城市没有固定车位的电动汽车车主充电需求,解决公共快速充电的需求。大功率充电技术示范运行后,必将对电动汽车及充电设施的产业发展带来示范作用,广大车主将彻底改变原有电动汽车“续航里程短、充电时间长、使用不方便”的旧有印象,进一步突出电动汽车环保、科技、使用费用低的优势。

(责任编辑:魏美茹)
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