大功率快充：“陣痛”何時過去？
“大功率快充的核心功率元器件還依賴進口，成本高，國內一些企業推出的350kW以上的大功率快充產品尚處於研發、驗證階段，離市場推廣還有一段距離。”
在充電難、充電時間長的發展瓶頸之下，電動汽車充電功率“飢渴”作為一種怪象而存在。比如，存在這樣一種現象，一些高續航電動汽車需要170A的充電電流，而充電樁能提供的可能只有120A左右，從而限制了電動汽車充電時間的降低空間。大功率快速充電技術逐漸成為趨勢。
“10分鐘充滿電”是用戶使用電動汽車的理想訴求，也是推動大功率快充技術發展的動力之一。從技術層面看，大功率快充可以實現，但是其核心功率元器件尚依賴進口，成本很高，國內一些企業推出的350kW以上的大功率快充產品尚處於研發、驗證階段，離市場推廣還有一段距離。
從電網負荷角度看，瞬時功率與總體負荷之間存在差距，電網增容與智能協調匹配技術還需提升。為保證整體安全性，部分地區會對運營直流充電樁的最大功率進行限制，避免瞬時大功率充電引起電網波動過大。
從產業發展看，發展大功率充電能夠滿足電動汽車用戶快速充電、節約時間的使用訴求，打造產業技術領先優勢，進一步提升我國在新能源汽車行業的競爭實力。目前，國內企業已經進行了大功率快充技術的研發，比如星星充電、萬馬新能源等企業研發了360kW及更大功率的快充產品。據悉，萬馬新能源計劃在2019年推出更大功率的快充產品，2020年開始做部分規模化的市場推廣。
探索中的快充現狀
3月27日，國家電網發佈2018年第一批充電設備招標文件，60kW的直流充電樁成為招標主流，佔比約40%；100kW及以上功率的佔比30%，其中120kW功率的佔比26%；並首次出現了輸出電壓DC500-950V、單元充電電流500A、功率475kW的招標需求。
目前，國內市場小型車輛使用的充電樁功率基本上都在60kW左右，120kW的充電樁還比較少。2017年12月，天津市率先建立了首座360kW大功率直流快充電站，該站採用大功率直流充電技術，最大充電電流可達到400A。
據萬馬愛充負責人李悅介紹：“產業發展基本有兩個方向，一個是在現有功率要求範圍內做產品疊加，比如用兩個250A的充電槍進行充電，從而達到500A的大電流充電效果；另外，國外推出了單槍電流大於250A的產品，電壓或超過1000V。目前，歐洲也正在推相關的產品。”
相對於國際水平，我國大功率快充產業稍慢一步，還處在探索階段，相應的標準也在跟進，這是目前的產業發展階段。由於受到技術、電網負荷、相關標準尚未出臺等因素限制，國內大功率快充產業目前進展相對較慢，產業鏈上也會存在一些問題，比如規模化生產成本過高等。
而歐洲、日本等地區已經在積極地實驗、驗證大功率充電技術，比如把電壓提升到1000V，同時把充電電流提升到350A，實現最大系統功率350KW的充電供給。據瞭解，瑞士ABB公司也已經推出了輸出功率350kW的快充樁，只需充電12分鐘，就能為電動汽車增加300公里續駛里程。
IGBT還依賴進口
根據之前的分析，單純從大功率快充技術本身的技術研發考慮，快充技術實際上已經具備了實現的可能性。比如350-500kW功率的快充樁。但是如果要繼續提升快充產品的功率，產業界還面臨一些技術上的瓶頸，比如大功率元器件依賴進口等。
“ABB做得比較先進，因為它本身有一些相對成熟的大功率電器件，國內還是依靠進口。產業發展相對保守一些，還是按照既定的技術路線走，一些核心器件受控於進口。”萬馬愛充負責人李悅介紹到。
大功率快充技術正成為產業發展的趨勢和新能源汽車消費的硬性訴求，用戶對電動汽車提出了更高要求，比如不僅要求車輛續航里程要更高，充電速度還要更快。實現大功率快充，必然離不開IGBT等功率元器件，IGBT也被稱為是充電樁的“心臟”。
因此，IGBT技術的突破有利於解決大功率充電所帶來的高頻、高壓等問題，這也是全球半導體供應商普遍關注的熱點領域。如今，我國IGBT等功率元器件幾乎均依賴進口，反映出我國還需要在掌握核心技術領域加大研發的投入力度。整個產業必須高度重視IGBT等功率元器件產品的技術研發與投入，也只有掌握核心技術才能真正把握未來產業發展的主動權。
“國外比國內可能領先半年時間，”星星充電執行董事鄭雋一分析到，“比如在連接器方面，國內做連接器的企業可能還在猶豫。其實，單純從技術的角度考量，國內外可能並沒有太大的差距，而一旦猶豫，可能就會落後於別人。另一方面，使用哪種連接器方案，也需要車企配合著一起做，但是很多車企其實並沒有下定決心統一協調推進。因此，國內企業的協同性還需進一步提升。”
規模化尚遇挑戰
從技術標準的層面看，大功率充電產業有一個比較清晰的分界線，充電電流標準定義在250A左右，現在符合標準的產品，其最大充電電流均不能超過250A，目前市場上的單槍充電電流也不會超過這個標準。
從大規模推廣層面來看，目前，大功率快充依然面臨多個方面的問題，比如安全性問題、電池充電倍率匹配問題、成本問題、散熱問題等。這些問題能否通過技術手段得以很好地解決？
以散熱問題為例，業界認為，可以通過輕量化和小型化來解決電纜和冷卻系統部分的問題。
實現大功率無非是從電壓或電流兩個方向著手，如果提升電壓，那麼車輛的絕緣等級就必須升級，對車輛電子元器件的要求會更高，成本也會更高。而如果增大電流，就必然帶來發熱的問題，在充電的過程當中，車端的發熱量也會上升，也包括電池在內。
鄭雋一表示：“大功率快充需要考慮充電熱管理問題，第一部分是充電模塊方面，交流變直流的散熱管理，第二部分是連接器方面，比如電纜、充電槍等。解決散熱問題，現在我們採用的是液體冷卻方案，在電纜和充電槍之間設置一個專門的循環通道，通道內加入起散熱作用的液體，通過動力泵推動液體循環從而把熱量帶出。液體冷卻方式還可以縮小電纜直徑，使用戶用起來更加方便，而且國際上通用的也是這種方案。”
綜合來看，充電樁行業的大功率快充技術路線除了樁企的自身抉擇之外，還需要配合電池、主機廠的技術選擇。上下游產業鏈需要協同發展，在標準上選擇一個統一性的方向，也需要政府進行更多的引導。
萬馬愛充負責人李悅分析認為：“目前，雖然國外在大功率快充產業和技術上稍微快了一點，但是並沒有太多絕對的技術門檻，主要還是成本問題。未來，具體如何實現，還要看誰能夠在產業內對成本和性價比率先實現突破，形成規模推廣，這才是最關鍵。”
鏈接1：何為大功率充電？
電動汽車傳導直流大功率充電是指充電功率在350kW或以上，充電（80-90%）10-15分鐘，以單槍方式給動力電池傳導充電的技術。重點在於大功率充電連接組件、冷卻技術、溫度監測技術、充電通信控制技術、大功率充電機、動力電池冷卻與監測、電動汽車電壓等級、電網協調。經研究，初步提出了乘用車大功率充電主要技術指標，充電電壓1000V，在不帶冷卻工況下充電電流120A，充電功率≥120kW；帶冷卻工況下充電電流400－500A，充電功率≥350kW。商用車大功率充電技術解決方案是，在終端充電情況下，與乘用車模式相同，根據不同停車時間的不同，選擇帶冷卻或不帶冷卻模式進行充電，途中充電模式採用充電弓補電模式。
鏈接2：大功率快充應用場景有哪些？
當前我國大功率充電技術應用場景主要包括：長續航里程的電動汽車充電需求，滿足續航400～500kM的電動汽車快速補電需求；城市出租、物流車、長途運行的電動汽車充電需求，解決充電慢影響運營收入的問題；北京、上海、深圳、廣州等大城市沒有固定車位的電動汽車車主充電需求，解決公共快速充電的需求。大功率充電技術示範運行後，必將對電動汽車及充電設施的產業發展帶來示範作用，廣大車主將徹底改變原有電動汽車“續航里程短、充電時間長、使用不方便”的舊有印象，進一步突出電動汽車環保、科技、使用費用低的優勢。
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