电动汽车之充电桩技术

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电动汽车之充电桩技术 [复制链接]

随着电动汽车行业的快速发展，充电基础设施，尤其是充电桩已成为支撑该行业持续增长的关键组成部分。根据国家能源局最新数据，截至2024年6月底，我国充电桩总量已达到1024.4万台，同比增长54%，显示出我国充电设施规模的迅速扩大。本篇重点介绍交流慢充、直流快充、超级快充、双向充电等充电桩技术及其应用情况。

 

一、交流慢充      

 

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1.1 交流慢充原理

交流慢充系统由交流充电桩、慢充充电口、高压线束、车载充电机、高压配电模块、动力电池、低压控制线束等部件组成。主要是经过电网和交流充电桩接入交流充电口，通过车载充电机将220V交流电转为高压直流电，给动力电池进行充电。交流充电桩没有功率转换器，直接以交流电输出接入车内，车载充电机接收到交流电后将其转换为直流电进行充电。

 

1.2 交流充电接口

 

国标交流充电接口采用“七孔”设计,CC与CP分别用于充电连接确认、控制引导，N是零线，L是火线，中央位置PE是接地。其中, L火线可使用三个孔位，常见的220V单相交流电充电枪-般采用L1孔位供电（NC1、NC2备用）。220V 单相充电枪额定电流分别有10A /16A / 32A，功率分别对应2.2kW / 3.5kW / 7kW。380V三相充电枪额定电流分别有16A/ 32A/ 63A，功率分别对应11kW / 21kW / 40kW。

 

 

1.3 交流慢充优缺点

交流慢充的优点在于充电的费用低。交流慢充可以在小区地库、公共停车场和充电站等长时间停放的地方进行充电，由于充电电流相对较小，电压相对稳定，时间较长，可以利用电网夜间的低谷电进行充电来降低充电成本。部分地区晚上低谷电最低可做到0.3元/度，按照百公里20kWh的电耗计算，行驶成本低至0.06元/公里。其缺点是充电时间过长，以60kWh容量的电池组为例，需要8~10小时的充电时间，需要整个晚上才能充满，无法满足车辆紧急运行的需求。

 

 

 

二、直流快充      

 

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2.1 直流快充原理

直流充电桩内置功率转换模块，将电网或者储能设备的交流电转换为直流电，无需经过车载充电机进行转换，直接为电动汽车的动力电池充电。 

 

 

2.2 直流充电接口

国标直流充电接口采用“九孔”设计，最上面中间的CC1、CC2用于用电连接确认, S+、S-是非车载充电机与电动汽车的通讯线；最大的两个孔位DC+、DC-用于为电池组充电，是大电流线路；A+、A- 连接非车载充电机，为电动汽车提供低压辅助电源，最下面中间PE孔是接地。

2.3 直流快充优缺点

 

直流快充方式一般电流在 150～ 400A、电压在 200～750V，充电功率在50~300kW范围，30分钟可以为电动汽车充电80%。直流快充优势是充得快，方便车主中远途的出行。缺点是直流充电的快充站仅在大城市做到部分范围覆盖，且电费、服务费综合起来费用较高，可达2元/度电。以2元/度、车辆20kW电耗测算，则行驶成本为0.4 元/公里，长时间使用快充站，其行驶成本与燃油车加油成本接近。

 

 

三、超级快充    

 

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3.1 超级快充标准

 

美国能源部对极速充电XFC（eXtreme-Fast Charging）定义为：0-80% SOC（State of Charge）的充电时间在10分钟以内，换算成电量和续航则是在10分钟内要新增超过55度电或者320公里的续航，折算下来其平均充电倍率要在6C及以上。同时它也要求了电池的比能量要超过200Wh/kg，充电桩的功率要超过400kW，欧洲的要求是功率要超过350kW。

2023年底，国内由工信部提出、全国汽车标准化技术委员会归口的GB/T20234.1-2023《电动汽车传导充电用连接装置 第1部分：通用要求》和GB/T20234.3-2023《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》两项国家标准已正式发布。新标准在沿用我国现行直流充电接口技术方案、保障新老充电接口通用兼容的同时，将最大充电电流从250A提高至800A、充电功率提升至800kW。不仅如此，新标准还给新型直流充电桩增加了主动冷却、温度监测等技术要求，优化了充电桩的机械性能、锁止装置、使用寿命等试验方法。这就意味着，超级快充技术将给中国电动汽车带来一场“快充革命”，超级快充将进入普及时代！

 

 

3.2 高压快充车型

以前电动汽车普遍采用400V电压，充电功率最大的是特斯拉V3充电桩，能达到250kW，工作电流峰值600A。2019年保时捷推出了全球首款采用800V高压电气系统的纯电车型--Taycan，能够用22.5分钟的时间，把93.4kWh的电池从5%充到80%。随着高倍率电池、OBC、电机、PTC等配件的技术发展，国内品牌如埃安、极狐、小鹏、极氪、理想、比亚迪等车企均已宣布推出800V高压平台车型。

 

 

 

3.3 高倍率动力电池

电池充电倍率C（Capacity）指电池在规定的时间充电至其额定容量时所需要的电流值。nC 代表1小时充电时间能够充满 n 倍电池总电量，倍率值 n 越大充满电的时间越短。1C：表示电池在1个小时内充满；2C：电池在1/2个小时内充满；3C：就是 1/3个小时(20 分钟)充满；4C：1/4 小时(15 分钟)充满；5C：1/ 5 分个小时(12 分钟)充满；6C：1/6 分个小时(10 分钟)充满。

 

 

在高压快充趋势下，电池厂亦加速布局高倍率电芯的开发，从电池厂披露的产品数据以及终端反馈看，宁德时代、欣旺达在快充电池技术上处于行业较领先位置，充电过程平均可达到4C标准。欣旺达主要得益于在消费电池以及HEV电池领域的积累，产品属于功率型、充放电倍率较高，目前已配套小鹏G9；而宁德时代麒麟电池超快充版本落地理想MEGA。

3.4 超级快充桩

 

随着电动汽车保有量持续增加以及车辆电池容量不断提升，快充需求日益凸显，充电桩开始往高电压、大功率方向发展，充电电压从400V提升至800-1000V，充电功率由120kW向800kW发展。特斯拉在400V的V3/250kW快充桩基础上推出支持800V的V4/600kW超充桩，国内的威睿能源、特来电、星星充电、华为等厂商也纷纷布局并推出800V平台、480kW及以上大功率的超级快充桩。

 

 

 

 

四、双向充电    

 

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4.1 双向充电桩原理

 

电动汽车双向充电桩，就是可以两个方向工作，既可以充电，也可以放电。充电时，电网的交流电转换为电动汽车动力电池或者储能电池可以接受的直流电; 放电时，电动汽车动力电池或储能电池的直流电转换为电网的交流电。在车网双向互动的系统中，双向充电桩是功率调节、能量流向的核心，被称为能量路由器。

 

电动汽车双向充电技术总称V2X，是一种新型的能源利用方式，可以接受两个方向的直流对直流变换，这就衍生出更多的应用。诸如V2G，V2V，V2L，V2H，V2B等：

 

 

V2G：Vehicle-to-Grid， 由电动汽车储能给电网送电的技术；

V2V：Vehicle-to-Vehicle，由电动汽车储能给电动汽车送电，车与车互联；

V2L：Vehicle-to-Load， 将电动车储能作为移动电源为第三方负载放电；

V2H：Vehicle-to-Home，将电动车储能反馈到家庭电网上，为家庭供电；

V2B：Vehicle-to-Building/Business，将电动车储能反馈到商业建筑物电网上，为商业建筑物供电。

双向充电技术的优点在于可以实现能量的高效利用。当电动车向电网充电时，可以将多余的电能传输回电网，供其他用户使用。这样可以减少电网的负荷，提高电网的稳定性和可靠性。同时，双向充电技术也可以降低电动车的使用成本。

4.2 双向充电桩价值

对车主：双向充电桩可以实现电动车和电网之间的互动，让电动车在电网负荷低、电价低的时候吸纳电能；在电网负荷高、电价较高时释放电能，把电动车中的电能卖给电网，车主可以从中赚取差价收益。以一辆带电量为100kWh的电动汽车为例，如果车主将其中50kWh的电卖给电网，以某地区峰时1元/kWh、谷时0.3元/kWh电价计算，车主每次将可获利35元。

对电网：对于电网而言，双向充电桩不但可以减少因电动汽车大量发展带来的用电压力，还能将电动车作为储能装置用于调控负荷，提高电网运行效率和可靠性，减少电网在储能建设上的投资。

对车企：对车企而言，V2G技术使用户有效降低了电动汽车的使用成本。在紧急情况下，还能利用V2G技术将具有电力输出功能的电动车当作紧急电源使用，无形中增加了电动车的用途，从而推动电动车的生产与销售。

4.3 双向充电桩应用场景

所有新技术的应用场景都是基于某种可以跑通的商业模式，即市场会买单。但是，双向充电桩的终极场景一定是要靠政府政策支持，这个政策就是：电网放开收购个人车主电动汽车放出的电，就是所谓的“车网互动”，将分布式的电动汽车电池当作“电源”使用，减轻电网发电、调配的负荷，实现电网绿色健康的持续发展。峰谷电价差大到一定程度，就可以跑通商业模式。

江苏，2023年9月12日，江苏省发展改革委出台《关于进一步明确我省电动汽车充换电设施用电价格有关事项的通知》，扩大了分时电价差，高峰时段充电的电价为1.1526元/千瓦时，平段充电的电价为0.6703元/千瓦时，低谷时段充电的电价为0.2805元/千瓦时。峰谷价差0.8721元/千瓦时。

山东，2024年1月1日起将执行新的分时电价，深谷时段电价为每千瓦时0.222元，低谷时段为0.385元，平时段为0.555元，高峰时段为0.585元，尖峰时段为0.888元；峰谷差价0.666元/千瓦时。

4.4 双向充电桩最新产品

2023年11月，深圳某公司发布全球第一台C端“商业化”双向充电桩D22，22kW双枪-轮充-轮放双向充电桩，参考报价16800元/台。

D22是一款可以实现双枪轮流充电的双向充电桩，充电的最大功率22kW，充电电压范围200-1000V，恒功率电压范围300-1000V。22kW双枪轮充，比22kW单枪，可以节省充电桩的采购费用，节省安装电力，节省场地，可以更好应对制造业企业内部的充电需求。譬如一辆电动轻卡，60度电，用D22给两辆电动轻卡充电，从SOC 20%开始充电，两个小时充满一辆车，一天充满两辆车的时间才4个小时。这款产品主要是面向工商业客户，假设企业主购买这样的充电桩比单向充电桩多30%成本，是个较小的投入，但会长期带来收益，收回成本比储能要快得多。

 

综上所述，随着电动汽车充电技术的不断发展，特别是在车端800V高压、高倍率动力电池、大功率直流桩、光储充一体化充电站等创新技术的逐步应用，充电桩正在朝着智能化、网络化、电动化的方向发展，以满足日益增长的电动汽车充电需求，为广大电动汽车用户带来更加便捷、高效的出行体验，推动电动汽车及充电设施产业的高质量发展。

Jacktang

交流充电接口采用“七孔”

直流充电接口采用“九孔”

好吧，会区分了