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电动汽车大功率充电离现实还有多远

日期: 2017-06-01
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电动汽车对充电设施的需求,就如同燃油车对加油站的需求,安全、便捷、高效的充电体验是新能源汽车行业不断追求的目标。

2015年,国家发改委、工信部等四部委联合发布的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》(简称《指南》)将充电设施的建设数量及城际快充网络建设纳入规划范围。《指南》要求,2020年之前,形成“四纵四横”(四纵:沈海、京沪、京台、京港澳;四横:青银、连霍、沪蓉和沪昆)城际快充网络,建成超过1000座城市快充站。

经过近几年的建设,国内充电设施已经初具规模,下一步需要解决的则是如何提高充电效率。

国内进入起步阶段

大功率充电顾名思义,就是采用高电压、大电流,短时间内将电动汽车充满电。2012 年,特斯拉正式推出了 Supercharger。该公司CTO JB Straubel认为,随着技术的不断进步,未来特斯拉将会做到5到10分钟为电动汽车充满电。现实中,特斯拉也一直为这一目标不断努力,去年12月26日,特斯拉CEO埃隆·马斯克宣布全面升级特斯拉的超级充电桩,将其充电功率从120kW 提升至350kW ,即10分钟内充满300km续驶里程的电量。与此同时,美国一家名为“EVgo”的充电运营商也宣布,其打造的世界上第一座 350kW 的超级充电站已经动工。

欧洲在大功率充电站建设方面同样不甘落后,去年宝马、戴姆勒和奥迪等5 家车企共同宣布,将打造一个350kW 的快速充电网络。

记者观察发现,国外似乎都将350kW 作为大功率充电的建设目标,但国内对于大功率的定义范围目前还没形成统一的意见。不过,企业普遍将功率达到60kW以上的设备称为大功率充电桩,120kW以上则为超大功率充电桩。在日前举办的“2017中国国际电动汽车充电基础设施展览会”上,记者并没有看到大功率的实际产品,而对于大功率究竟应该用什么标准,各家企业说法不一。万马联合新能源投资有限公司总经理施泽忠认为,60kW ~150kW 已经算是大功率充电桩了。“国家规定的充电电流为250A以下,电压为750V以下,如此看来,150kW的功率已经很大,如果使用350kW 的充电桩则要突破标准了。”施泽忠表示。

虽然记者并没有在展会上看到大功率充电产品展出,但据了解,各企业都已经瞄准了这一领域。以浙江万马新能源有限公司为例,大功率充电设备已经成为其研发和生产的重点,目前该企业已经成功研发20kW 的充电模块,下一步的目标是30kW 的模块,今年将推出大功率充电产品。“我们现阶段的产品主要集中在60kW ~150kW ,下一阶段将生产350kW产品,甚至更大功率的设备。”施泽忠说。

需求和政策是两大驱动因素

市场需求是技术和产品更新迭代的主要驱动力。消费者对快速充电、长续驶里程产品的需求促使电动汽车厂商不断升级产品。根据欧美等国的电动汽车技术路线,预计到2020年左右,其电池容量将达到100kWh,其续驶里程将达到500KM,要求充电时间在15min左右,对充电功率提出了要达到350kW~500kW的要求。

例如,保时捷将以概念车“Mission-E”为基础,推出一款电力驱动的新型跑车,续驶里程将超过500KM,有望在2020年之前上市。日前,一汽-大众奥迪宣布将本土化生产续驶里程500 KM的纯电动SUV。

在深圳市科陆电子科技股份有限公司总经理曹锋看来,高续驶里程车辆的推出必然要求电池容量更大,要保证上述产品能够被消费者接受,必须推动大功率充电技术的发展和普及。

聚电网络科技联合创始人卢晓晨则认为,大功率充电桩主要应用于集中式的大型充电站,尤其是针对公交大巴、出租和物流等运营车辆而言,充电效率和时长是众多充电要素条件中对经营者或者运营者收益影响较大的因素,因此,这些站点主要配置就是大功率的直流充电桩。

在国内,除了市场的需求,政策驱动是大功率充电发展的另一重要因素。新版《新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求》,明确了“非快充类纯电动客车电池系统能量密度要高于85Wh/kg,快充类纯电动客车快充倍率要高于3C(1/3小时充满,C为充电倍率)”,这一要求推动充电设施企业发展大功率充电。

可见,无论从市场还是政策层面来看,大功率充电已然成为未来发展趋势。

技术难点多 标准存分歧

大功率充电虽然前景乐观,但现阶段仍存诸多技术瓶颈。首先是安全问题。曹锋举例说:“今年年初的时候就发生了一起充电事故,主要是由大功率充电引起电网波动,对设备产生冲击,电网波动这一现象对充电设备的可靠性提出了更高的要求。”

第二是车辆电池系统的问题。目前乘用车能承受的最大功率仍然不高,以特斯拉为例,大约为1.5C,但目前国内的乘用车充电倍率一般都在0.5C、1C左右,车辆不能承受更大的功率,电池技术制约了大功率充电的应用。

第三,大功率充电对充电设备的散热提出了更高要求。曹锋解释说,以350 kW直流充电桩为例,假设其充电效率达到95%,仅模块散热就达到了17.5kW。因此,解决相应的散热和冷却技术是重要环节。

最后,电缆小型化也是个难题。大功率充电桩意味着大电流、高电压,这样势必会增加电缆的载流量和横截面积。不过,曹锋也表示,通过继续增加横截面积来增加电缆载流量已不太现实。现有直流充电缆的重量已经严重影响了用户体验,尤其在严寒地区,加大的线缆截面会降低电缆的柔韧性,影响电缆寿命。曹锋举例,一根250A、7m长的充电枪重达60斤,而一桶18L的桶装水才重达36斤,充电的便捷性受到了极大地限制。

大功率充电的应用不仅会对充电设施带来一系列影响,还涉及到对现有充电标准修订问题。 “由于大功率充电的电流达到350A~500A、充电电压达到1000V,其绝缘、温升要求将对充电连接器、充电电缆以及充电设备带来一系列的变化,充电控制策略也会发生变化。如此,现有的充电接口标准及通信协议、充电通用要求、充电设备标准以及充电电缆标准都将要做相应的调整。” 中国电力企业联合会标准化管理中心副主任刘永东告诉记者,“大功率充电的技术选项比较多,我们要考虑标准的未来兼容性,因此,还需要进行充分的讨论才能定型。”


 

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