電動汽車直流充電發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

丁克耘，馬唯杰，呂 旺，李 蝶，衣麗君

（中汽數(shù)據(jù)有限公司，北京 100070）

國內(nèi)電動汽車保有量的快速增長將釋放電動車能源補(bǔ)給的巨大需求。未來5—10年電動汽車產(chǎn)品充換電技術(shù)的發(fā)展趨勢已成為行業(yè)關(guān)注的熱點問題。本文通過對15家企業(yè)（其中包括自主傳統(tǒng)乘用車企業(yè)4家，新勢力車企3家，合資乘用車企業(yè)2家，商用車企業(yè)3家，充換電運營企業(yè)3家）的調(diào)研，從新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略、純電動汽車車型規(guī)劃、充換電布局規(guī)劃三方面作為切入點，結(jié)合國家及地方政策、宏觀形勢，對未來幾年的電動汽車直流充電的技術(shù)路線及相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展趨勢做出研判論述。

1 充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀

我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模全球領(lǐng)先，產(chǎn)銷量連續(xù)五年居世界首位，中國汽車工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至今年三季度，我國新能源汽車保有量達(dá)到678萬輛。新能源汽車突飛猛進(jìn)的背后，充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)功不可沒。根據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布的11月充電基礎(chǔ)設(shè)施運營數(shù)據(jù)，截至2021年11月底，聯(lián)盟內(nèi)成員上報公共充電基礎(chǔ)設(shè)施累計109.2萬臺，自2020年12月起，月均新增充電樁約3.3萬臺；聯(lián)盟內(nèi)整車企業(yè)隨車配建充電設(shè)施累計129.2萬臺。截至2021年11月，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計數(shù)量為238.5萬臺，同比增加55%。2021年1—11月，充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為70.4萬臺，公共充電基礎(chǔ)設(shè)施增量同比上漲59.1%，隨車配建充電設(shè)施增量同比上升198.1%[1]，如表1所示。

表1 全國充電基礎(chǔ)設(shè)施保有情況

充電基礎(chǔ)設(shè)施的日益完善，為我國汽車電動化發(fā)展提供了良好的支持。

2 政策及標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)趨勢分析

2.1 補(bǔ)能政策法規(guī)現(xiàn)狀

2015年，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2015〕73號）和國家發(fā)改委等四部委印發(fā)的《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015—2020年）》（發(fā)改能源〔2015〕1454號）兩份頂層設(shè)計文件對我國2015—2020年充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展起到了重要推動作用。對于不同場景的充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)指導(dǎo)，國家也出臺了相應(yīng)的政策。

當(dāng)前，我國已經(jīng)完成基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、傳導(dǎo)充電、無線充電、電池更換、充換電站建設(shè)運行、充換電服務(wù)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，有效地覆蓋了設(shè)備、建設(shè)、運營等主要場景，如表2所示。充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的國際化進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)，中國在2015年提出的大功率充電標(biāo)準(zhǔn)，成為全球四個主要充電國際標(biāo)準(zhǔn)之一；2020年中國提出新一代ChaoJi大功率充電技術(shù)方案得到認(rèn)可。

表2 大功率充電國家標(biāo)準(zhǔn)體系

2.2 政策趨勢預(yù)判

從新能源乘用車補(bǔ)能的技術(shù)發(fā)展趨勢看，以大功率傳導(dǎo)充電和車網(wǎng)協(xié)同為主的充電技術(shù)將成為政策推動與標(biāo)準(zhǔn)制定的根基；從應(yīng)用場景看，以智能有序慢充為主、應(yīng)急快充為輔的居民區(qū)充電服務(wù)模式以及快充為主、慢充為輔的高速公路和城鄉(xiāng)公共充電模式將成為政策的導(dǎo)向，如表3所示。

表3 2021—2035年新能源乘用車補(bǔ)能政策導(dǎo)向預(yù)判

3 電動汽車直流充電發(fā)展趨勢

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐加快，汽車企業(yè)紛紛制定了新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略及未來的新能源汽車車型規(guī)劃，同時電動汽車的充換電策略也在制定及探索之中。根據(jù)調(diào)研的汽車企業(yè)的新能源汽車發(fā)展規(guī)劃我們發(fā)現(xiàn)，到2025年傳統(tǒng)中國品牌乘用車企業(yè)規(guī)劃的新能源汽車銷量占比均超過30%，合資乘用車企業(yè)的新能源車型占比超過35%，商用車新能源汽車銷量占比大于20%。汽車企業(yè)的新能源發(fā)展規(guī)劃，將很好地支撐未來5—10年中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，也將推動新能源汽車補(bǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。

3.1 直流充電功率提升趨勢分析

直流充電指的是通過充電設(shè)置直接將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)化為直流電傳輸至汽車動力電池[2]。直流充電是電動汽車在高速公路和城鄉(xiāng)公共場景補(bǔ)能的重要形式，汽車企業(yè)普遍對直流充電技術(shù)路線進(jìn)行了布局。

如表4所示，從調(diào)研的9家乘用車企業(yè)的純電動車型的直流充電功率分布情況來看，當(dāng)前實際量產(chǎn)車型中，特斯拉直流充電功率最高，達(dá)到250 kW，小鵬汽車也推出了計劃量產(chǎn)的最高直流充電功率達(dá)到480 kW的車型，剩余大部分車型的最大充電功率集中在100 kW以內(nèi)，其中60 kW以內(nèi)車型數(shù)量最多。到2025年，各車企規(guī)劃的車型中，充電功率范圍在60 kW～100 kW的車型和100 kW～120 kW的車型數(shù)量大幅度增加，同時車企也在積極與華為、百度等企業(yè)進(jìn)行合作，最大功率達(dá)到180 kW以上的合作款車型數(shù)量也有大幅度增加。如圖1所示，是以這9家為集合的最大直流充電功率車型布局情況。60 kW功率車型占比由原43.1%降低到23.9%，120 kW功率車型占比提升，由原12.3%提升至23.2%，180 kW車型占比由原7.7%提升至16.1%，功率段在100 kW～180 kW之間的車型占比從23.1%提升至46.2%。

表4 汽車企業(yè)直流充電功率布局

圖1 最大直流充電功率車型分布

結(jié)合調(diào)研和專家訪談我們判斷，隨著未來充電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在電壓和電流上的進(jìn)一步提升，以及碳化硅模塊產(chǎn)能的發(fā)展，各個車企都將積極布局高電壓平臺，充電功率在中高端車型上會進(jìn)一步提升。傳統(tǒng)車企除保留原有100 kW以內(nèi)車型外，正在開發(fā)一些更高功率的車型，或?qū)ΜF(xiàn)有車型增加更高功率的版本。 新勢力車企在充電功率的提升上會更為積極。2025—2030年，支持250 kW乃至超過300 kW或更高充電功率的車型還會大幅提高。

隨著車企在車端對最大充電功率要求的提升，充電樁運營企業(yè)在樁端對充電功率也在升級。此次調(diào)研的三家樁企當(dāng)前樁端的充電功率集中在60 kW和120 kW，配建比例接近1:1，但在后續(xù)計劃中，將不再配建新的60 kW功率的充電樁，后續(xù)將以120 kW和180 kW為主，也將配建部分360 kW甚至更高功率的充電樁。考慮到充電功率的向下兼容特性，且車企開發(fā)的車型的充電功率段仍集中在180 kW以內(nèi)，樁企對大功率充電樁有規(guī)劃，但數(shù)量在5年內(nèi)并不大，所以2025年120 kW～180 kW的充電樁將成為主流。根據(jù)專家的判斷，到2030年250 kW、360 kW功率的直流充電樁占比會大幅增加。

3.2 大功率充電技術(shù)路線分析

行業(yè)內(nèi)將充電功率大于 350 kW，電壓達(dá)到1 000 V，電流達(dá)到350 A的充電方式定義為大功率充電[3]。未來，大功率充電將作為現(xiàn)有充電模式的補(bǔ)充和提升，進(jìn)一步完善電動汽車充電環(huán)境，對電動汽車的推廣和充電業(yè)態(tài)的發(fā)展產(chǎn)生積極影響[4]。

從大功率充電的技術(shù)路線來看，在我們調(diào)研的汽車企業(yè)中，特斯拉將提高電流作為主要技術(shù)路線。大電流路線的技術(shù)要求較高，因為隨著電流的提升，設(shè)備散熱將大幅提升，不僅會降低充電效率，也增加安全風(fēng)險；為了滿足電流的增大，需配備更粗的充電線纜，對冷卻的要求也更高；在現(xiàn)有的400 V電壓平臺下，電流提升至500 A已經(jīng)達(dá)到上限，無法滿足未來功率的進(jìn)一步提升的需求。我們調(diào)研的12家汽車企業(yè)中，除特斯拉外，其它11家均選擇提高電壓作為大功率充電的技術(shù)路線，在相同的電流下，提高電壓，充電功率的提升空間大是其優(yōu)勢，但部分整車零部件需要根據(jù)高電壓平臺做出升級，將會提高整車的成本，所以企業(yè)普遍規(guī)劃將大功率充電應(yīng)用于高級別車型。我們調(diào)研的充電運營企業(yè)則順應(yīng)汽車企業(yè)的規(guī)劃，普遍將高電壓技術(shù)路線作為提高充電功率的主要布局。根據(jù)企業(yè)規(guī)劃情況，我們判斷未來5—10年高電壓將是電動汽車大功率直流充電的主要技術(shù)路線。

大功率充電產(chǎn)生的高電壓、大電流，容易積累大量熱量，不僅會加速電纜絕緣或護(hù)套的老化，甚至損壞充電設(shè)施，帶來生命和財產(chǎn)安全威脅[5]。在大功率直流充電安全方面，當(dāng)前車企端在逐漸完善電池管理系統(tǒng)，樁企在當(dāng)前60 kW、120 kW的充電樁采用風(fēng)冷等自然冷卻方式。未來在大功率直流充電安全方面，主要從以下幾方面進(jìn)行提升：車端將提高內(nèi)部高壓系統(tǒng)等熱管理能力；樁端需要提高充電機(jī)對內(nèi)部高壓系統(tǒng)、充電電纜、車輛插頭等溫度監(jiān)測水平；充電槍采用液冷方式，采用高閃點高燃點的冷卻介質(zhì)并提升充電樁的IP等級；在充電場站使用智能感測設(shè)備、攝像頭、溫控感應(yīng)裝置等輔助設(shè)備保障安全以及通過網(wǎng)絡(luò)智能運維預(yù)警和車樁互動預(yù)警等網(wǎng)絡(luò)保護(hù)措施保障充電安全。

3.3 小功率直流充電發(fā)展趨勢

小功率直流，充電功率一般在7 kW～20 kW，比慢充高，而充電連接器用直流充電接口，在車端可去掉車載充電機(jī)（On-Board Charger, OBC），使電動汽車結(jié)構(gòu)更加簡單、整備質(zhì)量下降、成本降低。小功率直流充電為替代交流充電樁提供了一個新的 技術(shù)選擇，目前還處在標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研階段，業(yè)內(nèi)各方對該技術(shù)還處于觀望階段[6]。

如表5所示為調(diào)研的車企和運營商企業(yè)對小功率直流充電的現(xiàn)狀及規(guī)劃。

表5 汽車企業(yè)小功率直流充電現(xiàn)狀及規(guī)劃

車企普遍具備了小功率直流充電的技術(shù)儲備，但除蔚來外，其它車企對小功率直流充電態(tài)度普遍比較保守，目前還少有去掉OBC的車型規(guī)劃。

如表6所示，從運營商的角度分析，小功率直流充電在某些場景有其優(yōu)勢，如小區(qū)配電不支持給所有的電動汽車安裝單獨的充電樁，建小型小功率直流充電服務(wù)站成為一個可行的解決方案。特來電目前已經(jīng)在全國多個區(qū)域開展試點，提供“有序充電+群管群控+小功率直流”的整套解決方案，能夠在滿足車主充電需求的同時保證區(qū)域內(nèi)的用電負(fù)荷在安全峰值以下。另外4S店等服務(wù)場所也有類似的需求。但目前由于小功率充電樁成本高、且少有車型支持，運營商發(fā)展小功率直流充電的積極性不高。

表6 充電運營企業(yè)小功率直流充電現(xiàn)狀及規(guī)劃

本文判斷，小功率直流充電短期內(nèi)會應(yīng)用于小區(qū)群充服務(wù)等特定場景，不會大規(guī)模普及。但是小功率直流充電樁比交流樁更易實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，可對V2G的應(yīng)用提供支持，所以其未來的普及程度依V2G的普及速度而定。

4 結(jié)語

在電動汽車高速發(fā)展的大背景下，充換電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將迎來高速發(fā)展。汽車企業(yè)在新能源車型及充換電領(lǐng)域積極布局，專業(yè)運營商則參照汽車企業(yè)的規(guī)劃及具體充換電場景對充換電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行布局。

就充電功率而言，到2025年100 kW～180 kW功率充電車型將成為主流，2025—2030年，支持250 kW乃至超過300 kW或更高充電功率的車型會大幅增加。2025年樁企充電樁功率集中在120 kW～180 kW，到2030年250 kW、360 kW功率的直流充電樁占比會大幅增加。在公共領(lǐng)域，大功率充電是未來趨勢。在提升直流充電功率的技術(shù)路線方面，提高電壓為多數(shù)企業(yè)選擇的技術(shù)路線。小功率直流充電短期內(nèi)會應(yīng)用于小區(qū)群充服務(wù)等特定場景，不會大規(guī)模普及，未來的普及程度則依V2G的普及速度而定。