电动汽车“快充”,能有多快?

出处:AVNET 发布于:2022-04-29 14:41:16

  电动汽车的用户千差万别,但大家内心的焦虑是相同的——让人烦心的事儿无外乎两件:我的车还能跑多远;到哪儿去充电……今天我们就来聊聊电动车充电这件烦心事。

  根据中国电车充电基础设施促进联盟的数据,截至2020年底,全国充电基础设施数量累计为168.1万个;而到2021年7月,这个数据增加到201.5万,同比增加50.2%。增速显然是挺猛的。

  不过有人算了一笔账,到2026年,中国新能源汽车的保有量预计会达到3350万辆,如果按照车桩比为3:1去估算,届时中国电动汽车充电桩累计需求量将超过1116万个!供需之间的这个缺口,也着实不小。

  除了充电桩的数量,充电的速度也是一个“槽点”。比如,以一个功率100 kW的直流充电器为一辆电池容量为60kWh的电动汽车充电,充满大约需要36分钟,大概可以续航330公里;而如果是传统的燃油车,要达到这个续航距离,燃料加注的之间只需3-5分钟。这种用户体验上的差距难免会让电动汽车厂商不忍直视,但是又无法漠视。

  因此,如何解决电动汽车的“快充”问题,也就成了充电桩建设中的一个重点课题。

  迈进“快充”的门槛

  电动汽车的“快充”到底能有多快?为了回答这个问题,我们先来看看电动汽车的充电的方式。大类划分,充电类型有交流充电和直流充电两种,它们的技术架构是不同的。

  采用交流充电模式时,来自电网的交流电通过交流电插座或充电桩的接口连接到电动汽车的车载充电器(OBC)上,由OBC完成AC-DC的转换,再使用这个直流电压和电流给动力电池充电。

  而直流充电模式,是将电网交流电转化为直流电的过程,在车辆外部(通常是充电桩)完成,因此无需经过OBC就直接可以对动力电池进行充电。由于这个AC-DC转换工作是在车外进行的,因此在空间、成本、重量、热管理等方面不会受到太强的约束,所以直流充电在提高充电功率方面有更大的空间,因此也就成了电动汽车快充zui重要的赛道。

  图1:电动汽车直流充电和交流充电架构比较(图片:Yole Development)

  按照坊间一种比较流行的分级方式,电动汽车充电可分为三级:

  diyi级:主要是从民用市电中取电,可提供120VAC/230VAC的交流电压,以及12A至16A的充电电流,充电功率一般在2kW以内。

  第二级:也是交流充电,这是依托于多相240VAC交流充电桩来充电,充电电流可提升至15A至80A,功率可达到22kW。

  第三级:以22kW以上的更高功率的充电,就需要采用直流充电方式了。从直流充电桩输出300V至750V的高压直流电可直接为动力电池充电,功率可以达到数百千瓦——比如特斯拉的V3超级充电桩,就可支持高达250kW的峰值充电功率,号称充电15分钟可以让Model 3续航250公里。目前,常见的直流充电功率范围在22-150 kW之间,功率200-350kW是众多厂商的主攻目标,高达400 kW的直流充电也有人在尝试。

  由此可见,达到了“第三级”的直流充电,才算得上是迈进了电动汽车“快充”的门槛。

  不同的快充标准

  不过,上述这种“三级”充电的划分方式,不算严谨。为了能够让大家在打造快充基础设施(充电桩)时的步调能够一致起来,各个行业组织和领导厂商都在急锣密鼓地推进相关的标准和规范的建立。

  比如,由国际电工委员会(IEC)制定的IEC 61851电动汽车导电充电系统标准,将电动汽车充电细分为四种模式,前三种是交流充电,第四种则是可以提供600V、zui大电流400A的直流充电模式,zui大充电功率达240kW。

  在北美市场,美国汽车工程学会(SAE)推出了SAE J1772管理标准,它定义了交流1级、交流2级、直流1级和直流2级四种充电模式。其中直流模式提供200-500V电压,直流1级和2级模式分别支持zui高40kW和100kW的充电功率。

  CHAdeMO是由日产、三菱、丰田、日立、本田和松下等日本厂商联合一些欧洲参与者成立的协会,专门针对电动车直流快充制定了CHAdeMO协议,zui新的CHAdeMO 2.0版本支持400kW/1000V的直流充电。据悉,CHAdeMO正在与中国电力企业联合会(CEC)联合开发一个的超高功率充电标准“ChaoJi”,目标直指900kW!

  在直流快充领域,还有一个CCS(Combined Charging System,联合充电系统)标准值得关注。这是由美国和欧洲的8家车企共推的标准,旨在将各自为战、混乱的充电接口统一起来,因此CCS的思路是在同一个物理接口中既支持交流充电,也支持直流充电。CCS系统与IEC、SAE和ISO的相关标准兼容一致,支持单相和三相交流充电,目前可以支持200kW的直流充电,正在研发支持350kW充电功率的方案。

  灵活的解决方案

  电动汽车直流快充标准的演进,很显然会给充电桩的开发提出新的挑战,这主要体现在两个方面:一是产品和方案的架构需要能够适应不同标准、不同功率等级的要求;二是要有可扩展性,能够跟上标准“升级”的步伐。也就是说,设计方案需要有足够的灵活性。

  实现这种灵活性,模块化是一种不错的思路。采用模块化的方式,开发者可以将15kW至75kW(或更高功率)的功率模块堆叠在一个充电桩系统中,根据需要很方便地实现150V至1000V的电动汽车直流充电应用,并根据不同的电压和功率进行优化。

  图2:多个功率模块堆叠构成高功率电动汽车直流快充系统(图片:安森美)

  比如,安森美就在开发一种具有双向能力的25kW直流充电模块,其支持400V和800V电池充电,经优化还可支持更高的电压等级。

  图3:安森美开发的双向25kW直流充电模块(图片:安森美)

  总之,随着电动汽车市场的加速发展,人们对于电动汽车直流快充的需求也被快速激活并释放出来。什么时候,电动车的快充可以从少数人的“福利”,变成大家触手可及的“便利”,电动汽车的时代才算是真正的开启。


关键词:电动汽车

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