開始前，我們先將相關層面分以下的兩部分：車輛端(EV)和充電供給端(EVSE)。在充電供給端，從企業(yè)相關性方法可以細分成地方電網(電網負荷管理)、充電運營商、充電設施集成商、充電模塊集成商、充電連接器和線纜供應商。在車輛端，從企業(yè)上可以分為整車OEM企業(yè)、電池系統(tǒng)供應商、電池冷卻/加熱子系統(tǒng)供應商、充電連接器和線纜供應商、車載充電機供應商、驅動系統(tǒng)供應商、電空調供應商和DCDC供應商還有高壓電氣系統(tǒng)供應商等等。

 

          以下就從充電供給端與車輛端的現狀、需求、技術條件與挑戰(zhàn)等角度，來談一談電動乘用車大功率快速充電的發(fā)展前景。

 

          值得注意的是，去年底，戴姆勒、BMW、福斯、福特等四大車廠曾宣布將在歐洲聯合部署電動車的“超快速充電站”，預計設立的 400 個充電站為聯合充電系統(tǒng) (CCS) ，最大功率為 350kW。這一事件表明整車廠共同布局大功率快充從而改善消費者體驗的趨勢。

 

 

 

圖1 由大功率快充帶來的影響變化

 

          一、充電供給端

 

          1)從電網系統(tǒng)性考慮

 

          電網是充電的源頭，考慮到電網運行的穩(wěn)定性，地方電網希望電動汽車負荷接入的不要過快，因為單點極大負荷的接入肯定會對電網造成很大負擔，大功率充電對于電網的安全性也提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，這點就直接定下來整個基調。如果從電網的統(tǒng)籌考慮，大功率快充會大幅降低有序充電的可能性，導致電網負荷峰谷差升高，降低大電網的整體投入產出效益。

 

          開設了快充站，用戶對充電速度的預期會變得更快，很容易出現如同排隊加油類似的排隊充電現象，在上下班高峰期間，負荷管理就是大問題，因為充電開始的時候，電網負荷一下子就上去了，出現全部充電的情況，同理快充完成后也會出現充電在相近時間點全部停止的情況。

在現有的管控模式下，以上情況推演下來，局部的配電負荷變化就會達到所接入變壓器負荷的20%甚至更高，在夏季等電力供應緊張時期，容易出現過負荷問題，引起線路過熱、跳閘等，這將導致電網上大量負荷被切除。

          從時間軸上來看，由于車輛的移動特性，會加劇現有負荷管理的難度，節(jié)假日、氣候變化、重大活動等因素影響下，尤其是發(fā)生連鎖事故時，發(fā)生問題的可能性非常大。

由于大功率充電的布點是接近私人消費者，充電設施運營商布點就會依據現實的訴求而不是電網的情況來考慮，快充樁、快充站將會廣泛分布在居住區(qū)、辦公區(qū)、消費區(qū)和工業(yè)區(qū)。這樣的布局很容易影響商業(yè)用電穩(wěn)定，一旦電網因此被要求索賠怎么辦？工業(yè)區(qū)也一樣，萬一大功率電器引入影響了供電穩(wěn)定，造成了工業(yè)生產損失怎么辦？

 

          2)充電設施的角度

 

          根據充電設施促進聯盟的數據。截至2017年4月，聯盟內成員單位總計上報公共類充電樁161193個，其中交流充電樁55956個、直流充電樁39163個、交直流一體充電樁66074個。根據這個數據考慮，10萬個直流充電樁(30~60kW)的利用率是個問題，按照這個數據考慮，為了這么多充電樁，實際付出的總投入也不小了，但是從充電設施的利用率、私人用戶快充的滿意率、單位充電樁的消耗電能來看，投入和付出沒有特別好的匹配，這客觀上把充電設施運營商推到了一個很艱難的境地。

 

 

圖2 現有快充功率和應用場景

 

          從應用場景來看，350kW是一個長遠的考慮，在中國來看，以下幾類需求比較迫切：

 

          北京、上海、深圳等一線城市核心區(qū)域，寸土寸金(停車資源較少的條件下)，大功率快充是極有需求的；

          出租車/分時租賃：對補電速度有要求的，也是一個對快充時間價值的認可

          高速公路上，對運行有要求的區(qū)域

          目前，充電運營商的收入是靠充電服務費和充電電費兩項，如果消費者對充電時間有更短的需求，而實際上的充電服務無法滿足這種需求，那么充電運營的實際收益是不高的。如果往快充發(fā)展，就能有效的把運營快充站和運營加油站相提并論，如果車輛端的供應量能達到一定的數量，那么充電設施運營商會毫不猶豫跟上這個趨勢。隨著《電動汽車柔性充電堆》的標準草案和產品概念的升級，充電設施和充電模塊的設計方案考慮也正是往集中布置，如此就可以在不同充電終端實現一定的功率分享。如上面銜接的那樣，已有直流充電樁在不斷維護和將來升級改造的過程中，要跟上大功率快充的趨勢去是比較容易的。

 

 

圖3 充電堆的功率調度是個挺普遍的趨勢

 

          3)技術細節(jié)的問題

 

          在日前召開的“電動乘用車大功率充電技術的前景與挑戰(zhàn)”研討會上，大家在交流的幾個問題，非常值得羅列探討：

 

          充電電壓的問題：在200V~1000V里面，存在著比較明顯的低效率端，充電模塊輸出電壓設計需要與電動汽車的電壓平臺匹配。充電模塊需要滿足市場上的車輛，電壓優(yōu)選端還是需要車企與充電端形成一些共識再好好推進。          

          充電接口和電纜：這里的問題比較大，由于現實的角度，安全性和兼容性要求擺在了所有問題的前兩位。GBT系列的標準在往350kW方向走的時候，如何在接口、協議、接口&線纜冷卻等問題上進行完善，是快充功能實現的關鍵。這方面其實國內的標準制定者已經開始提前布局，籌建工作組遵循IEC/ISO標準的制定規(guī)律，先出概念、制作樣品、經過仔細的驗證才形成靠譜的標準，再往下推。

          在車輛電氣化的發(fā)展趨勢來看，中國未來在亞洲范圍內，尤其是影響東南亞的可能性是很高的，整體充電設施出口東南亞是必然的。而充電模塊和相關設備，去挑戰(zhàn)一下歐洲和美國市場還是挺有意義的，車賣不過去先把充電設施賣過去。如下圖所示，在美國10萬的LEAF保有量，對應的也只有5千個直流充電樁，缺口不小吧。

 

 

          圖4 LEAF和Chademo直流充電樁的比例

 

作者：朱玉龍