電動(dòng)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(shì)。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(shí)施，也對(duì)電動(dòng)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(shí)現(xiàn)從普通燃油車到電動(dòng)汽車全面普及的有效過渡。但是，充電過程體驗(yàn)、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(dòng)汽車的普及與發(fā)展。要想提高電動(dòng)汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平，必須對(duì)大功率快速充電技術(shù)展開深入的研究，準(zhǔn)確把握電動(dòng)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(shì)、劣勢(shì)以及應(yīng)用現(xiàn)狀，并預(yù)測(cè)這一技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

一、電動(dòng)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(chǎng)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(shí)間控制在8~10 h以內(nèi)。這種充電方式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面，第一，充電機(jī)的安裝與運(yùn)行成本較低；第二，有利于延長電動(dòng)汽車電池的使用壽命；第三，可以提高電動(dòng)汽車的充電效率；第四，對(duì)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(shí)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(jià)折扣方案。

2.中電流充電

在一些公共場(chǎng)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(chǎng)等場(chǎng)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(shí)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(duì)電動(dòng)汽車的蓄電池進(jìn)行充電，確保在短時(shí)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(shí)間與燃油汽車的一次加油時(shí)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(dòng)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(duì)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(cè)站與服務(wù)中心使用。另外，這種充電方式雖然能夠在短時(shí)間內(nèi)使蓄電池存滿足夠的電能，但是容易對(duì)蓄電池的使用壽命產(chǎn)生不良影響。

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

（一）電動(dòng)汽車大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

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(shì)。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(dòng)汽車的充電時(shí)間，延長電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，進(jìn)而獲得一個(gè)相對(duì)理想的充電體驗(yàn)。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(dòng)汽車的日常充電需求。其次，從公共運(yùn)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(yùn)營車輛的充電等待時(shí)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(yùn)營車輛?？s短這些車輛的充電時(shí)間，提高運(yùn)營車輛的運(yùn)行效率，能夠?yàn)橄嚓P(guān)公共運(yùn)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(yùn)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(dòng)汽車的單次充電時(shí)間，增加每一個(gè)充電樁單位時(shí)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(dòng)汽車大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用劣勢(shì)

電動(dòng)汽車大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用劣勢(shì)也非常突出。一方面，在技術(shù)層面，電動(dòng)汽車在充電過程中會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，如果不能在短時(shí)間內(nèi)妥善處理這些熱量，不僅會(huì)加速電纜絕緣材料或護(hù)套的老化，還可能對(duì)充電設(shè)施造成破壞，使人們面臨生命安全和財(cái)產(chǎn)安全方面的威脅。所以，要想對(duì)這一充電技術(shù)實(shí)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(chǎng)價(jià)格往往比較高，且設(shè)備的運(yùn)行需要在相對(duì)較大的空間場(chǎng)地中，由此而產(chǎn)生的建設(shè)成本、運(yùn)營成本與維護(hù)成本也會(huì)大幅增加。

三、電動(dòng)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(dòng)汽車的主要原因，就是電動(dòng)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(dòng)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(fèi)一個(gè)小時(shí)以上的時(shí)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?yàn)槌潆姸却@么長的時(shí)間。如果能夠加強(qiáng)大功率快速充電技術(shù)的應(yīng)用，將電動(dòng)汽車的充電時(shí)間縮短到10~20 min以內(nèi)，那么將會(huì)解決這部分用戶的后顧之憂，使其在購車時(shí)優(yōu)先考慮電動(dòng)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(dòng)乘用車的電壓標(biāo)準(zhǔn)和輔助電源標(biāo)準(zhǔn)與電動(dòng)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(dòng)乘用車還是電動(dòng)商用車，輔助電源都為12V/10A，電壓等級(jí)有三個(gè)級(jí)別，即500V電壓等級(jí)、700V電壓等級(jí)和950V電壓等級(jí)。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(chǎng)上出現(xiàn)了3種充電設(shè)施。這3種充電設(shè)施同時(shí)運(yùn)行，導(dǎo)致充電運(yùn)營商出現(xiàn)了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

在我國蓄電池技術(shù)不斷改進(jìn)的趨勢(shì)下，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程明顯延長，充電時(shí)間明顯縮短。而為了持續(xù)縮短蓄電池的充電時(shí)間，乘用車的充電電壓也越來越高。例如，保時(shí)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(yùn)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(shí)，只需要建設(shè)相同電壓等級(jí)的充電樁，就可以滿足所有電動(dòng)汽車的充電需求?？紤]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(shí)，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(hào)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(dòng)汽車在充電過程中，會(huì)產(chǎn)生不同的用電負(fù)荷。這種用電負(fù)荷的不確定性，對(duì)大功率快速充電站的運(yùn)營具有比較大的影響，甚至?xí)档碗娋W(wǎng)運(yùn)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(fèi)等問題。

如果使用儲(chǔ)能技術(shù)手段，提升充電設(shè)備對(duì)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(qiáng)充電樁的運(yùn)營效果。

另外，在電動(dòng)汽車續(xù)駛里程不斷增加，充放電功率不斷提高的形勢(shì)下，電動(dòng)汽車也會(huì)被當(dāng)做儲(chǔ)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(dòng)汽車的大功率快速充電，不僅不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行造成影響，還會(huì)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(dòng)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(shì)

在未來的電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域中，大功率快速充電必然會(huì)占據(jù)較大的市場(chǎng)份額。但是，無論是主流電動(dòng)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(píng)估大功率快速充電的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?。這些企業(yè)會(huì)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(huì)對(duì)電動(dòng)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(dòng)汽車的充電功率將會(huì)在原有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大幅的提高。例如，大功率充電客車的充電電壓將會(huì)提高至1500V，充電電流將會(huì)提高至600A。電動(dòng)乘用車也會(huì)在2025年之后，普及350kw的充電功率。

2.動(dòng)力電池層面

為了滿足電動(dòng)汽車的大功率快速充電需求，各大動(dòng)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(gè)方面發(fā)力。首先，重點(diǎn)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)。其次，重點(diǎn)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)崃浚蛘咴陔姵仉娏窟_(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(shí)間內(nèi)，充電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)將會(huì)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(chǎng)化推廣力度。首先，加大1400VIGBT等關(guān)鍵零部件的開發(fā)力度，強(qiáng)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(jì)與電氣設(shè)計(jì)安全性的提高打好基礎(chǔ)。其次，加強(qiáng)全新充電接口或轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計(jì)，提高新充電模式與舊電動(dòng)車輛的兼容度。最后，對(duì)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(shí)，對(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(shí)，充電運(yùn)營商也開始關(guān)注充電市場(chǎng)的實(shí)際需求，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)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(chǎng)景已經(jīng)變得非常廣泛。

1.城市公共充電場(chǎng)景

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

2.運(yùn)營類車輛的充電場(chǎng)景

電動(dòng)公交、出租車、網(wǎng)約車和物流車等都是主流的運(yùn)營車輛。這些運(yùn)營車輛都高度重視充電時(shí)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(yùn)營車輛的充電時(shí)間，使其將更多的時(shí)間和精力投入運(yùn)營當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營效率的提高。

3.高速公路充電場(chǎng)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(dòng)汽車長距離出行模式下的充電需求，為電動(dòng)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(duì)電動(dòng)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(dòng)力電池層面和充電設(shè)備層面出發(fā)，加大對(duì)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(chǎng)景、運(yùn)營類車輛的充電場(chǎng)景和高速公路充電場(chǎng)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(dòng)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(bào)告》   http://m.xwlcp.cn/w/kj/32519.html