中國儲能網(wǎng)訊:今年年初,工信部網(wǎng)站發(fā)布消息稱,電動汽車傳導(dǎo)充電連接裝置國家標(biāo)準(zhǔn)正式啟動修訂。據(jù)介紹,本次標(biāo)準(zhǔn)修訂將在我國現(xiàn)行直流充電接口技術(shù)方案基礎(chǔ)上,進一步提高充電電流電壓,優(yōu)化完善控制導(dǎo)引電路、通信協(xié)議,拓展敏捷控制、即插即充、預(yù)約充電等功能,滿足大功率充電技術(shù)發(fā)展和市場需求,有效保障新老充電接口通用兼容,為新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造良好環(huán)境。
有市場分析人士指出,此次標(biāo)準(zhǔn)修訂除了滿足電動汽車消費者對快充的需求,也將為大功率充電等新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造推廣應(yīng)用的“風(fēng)口”,翻開新能源汽車補能業(yè)務(wù)發(fā)展的新篇章。
中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟(以下簡稱“充電聯(lián)盟”)信息部主任仝宗旗在接受《中國汽車報》記者采訪時表示,車主在選擇充電樁時會綜合考慮充電時長、停車收費等因素,總體而言,大功率充電設(shè)施更符合用戶使用偏好。
據(jù)了解,以往國內(nèi)建設(shè)的充電樁電壓不太高,為了實現(xiàn)大功率,普遍采用大電流的方式。中國電力企業(yè)聯(lián)合會副秘書長、能源行業(yè)電動汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書長劉永東告訴記者,提高電流可以實現(xiàn)大功率充電,但電流越大電纜發(fā)熱越多,安全隱患越嚴(yán)重。他認(rèn)為,提高電壓是下一代的傳導(dǎo)充電技術(shù)整體解決方案。
大功率充電受到用戶青睞
來自公安部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,截至2021年底,我國新能源汽車保有量超過784萬輛,滲透率達到13.4%,其中純電動汽車超過640萬輛。我國新能源汽車的市場滲透率接連超過了5%和10%兩個重要節(jié)點,從導(dǎo)入期邁入成長期,用戶的消費行為逐漸清晰。
隨著新能源汽車保有量不斷增長,充電設(shè)施的規(guī)模水漲船高。據(jù)充電聯(lián)盟統(tǒng)計,截至2021年12月,我國充電基礎(chǔ)設(shè)施保有量261.7萬臺,其中公共充電樁114.7萬臺,私人充電樁147萬臺。2021年是充電設(shè)施數(shù)量增長最多的一年,公共充電樁增加了59.7萬臺,私人充電樁增加了34萬臺。
由此,新能源汽車用戶的消費行為也開始呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。充電聯(lián)盟對消費者的充電行為進行了調(diào)查。仝宗旗告訴記者,在國內(nèi)能夠安裝私人充電樁的用戶相對不多,他們的消費行為比較固定,而公共充電樁的消費行為更能反映市場的偏好。據(jù)介紹,高達87.9%的用戶,充電時選擇120kW及以上的大功率充電設(shè)施,而60kW以下充電設(shè)施的用戶選擇率僅為1.6%。其中,選擇120~150kW大功率充電設(shè)施的用戶數(shù)量最多,占比達35.1%。
此外,調(diào)查數(shù)據(jù)還顯示,網(wǎng)約車、出租車、商用車因其營運和作業(yè)屬性,此類用戶對充電時間高度敏感,在非工作時段幾乎全部使用快充樁充電。仝宗旗說:“從調(diào)查結(jié)果來看,不同類型用戶快充使用率均在90%,均傾向選擇120kW及以上大功率充電設(shè)施,其中網(wǎng)約車、出租車、商用車用戶的快充使用率超過99%。商用車受車輛電壓平臺高、電池容量大等因素影響,對大功率充電需求更大。91.2%的商用車用戶選擇120kW及以上的大功率充電設(shè)施進行充電,高于其他類型用戶3~6個百分點?!?
私家車用戶的時間敏感性不強,愿意享受峰谷電的差價。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,私家車用戶在特定時段(夜晚或上班時段)選擇慢充樁充電,慢充樁的使用率為2.5%。私家車用戶選擇充電功率小于30kW充電設(shè)施的偏好高于其他類型用戶,說明在7kW交流慢充充電場景下,私家車用戶選擇充電的意愿更強。
另據(jù)了解,在充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完善性方面,54.6%的用戶持滿意態(tài)度,14.4%的用戶持不滿意態(tài)度,認(rèn)為充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還需進一步完善;53.7%的用戶認(rèn)為,目前快、慢充建設(shè)比例與用戶實際需求不匹配,充電時常出現(xiàn)“快充樁空閑少、慢充樁無人用”的情況;50%的用戶認(rèn)為,部分充電場站周邊環(huán)境不佳;41.8%的用戶認(rèn)為,充電場站周邊缺乏相應(yīng)配套設(shè)施,不足以滿足用戶日常需求;同時也存在充電樁數(shù)量不足、站內(nèi)缺乏充電指引、建樁位置偏遠(yuǎn)、充電樁安裝布局不佳等問題,充電樁建設(shè)、熱點位置選擇等有待加強。
高電壓成為下一代充電技術(shù)
目前,國內(nèi)外主流車型大多采用400V左右電壓的平臺,動力電池電芯的快充能力基本為1C。聯(lián)動天翼新能源有限公司戰(zhàn)略市場總經(jīng)理劉冠偉告訴記者,1C快充的功率約為50~60kW,對于用戶來說,即便采用1C快充也需約1小時充電,提高充電功率是大勢所趨。
提高功率無非是加大電流或提升電壓兩種方式。劉冠偉說:“大電流會導(dǎo)致充電槍、線纜及動力電池核心部件等產(chǎn)生很高的熱損失,其理論提高上限并不大,目前主流充電槍的最大電流限制為500A,所能達到的充電功率約為200kW,很多企業(yè)規(guī)劃的大功率需求是350/500/1000kW,因此200kW遠(yuǎn)不能滿足充電需求。”
既然提升電流這條路“走不遠(yuǎn)”,提高電壓如何呢?劉冠偉認(rèn)為:“提升電壓的技術(shù)路線,不僅可以輕松實現(xiàn)充電速率的快速提升,而且能降低熱損耗、減輕整車質(zhì)量、優(yōu)化動力結(jié)構(gòu)、提高安全性能。800V大功率快充是市場未來的發(fā)展方向?!?
劉永東告訴記者,行業(yè)已達成共識,普遍認(rèn)為800V大功率充電是下一代的傳導(dǎo)充電技術(shù)整體解決方案?!凹热环Q作‘整體解決方案’,發(fā)展800V大功率充電就包括了一系列要素在其中,并不僅僅是提升電壓一個方面的考慮。”他稱,“800V大功率充電還能支持V2X、信息加密,安全認(rèn)證以及通信技術(shù)升級路線。ChaoJi國際聯(lián)合工作組正在推進國際化標(biāo)準(zhǔn)。”
據(jù)介紹,800V大功率充電有助于提升現(xiàn)有充電體系的機械安全、電氣安全,進一步加強電擊防護、防火及熱安全設(shè)計。更重要的是,800V大功率充電可以引入新的應(yīng)用。劉永東說:“大功率充電可提升到900kW,大大縮短充電時間,讓電動汽車充電時間長的劣勢得到緩解。有了800V快充后,小功率慢充可以直流化?!?
800V大功率充電展現(xiàn)出美好的前景,但我國已有的261.7萬臺充電樁,并不屬于800V大功率充電。這些充電樁如何處置?記者向劉永東提出了這個問題。他回答:“800V大功率充電的兼容性很好,不改變現(xiàn)有車樁產(chǎn)品,對于現(xiàn)有的充電樁可采用適配器方案,實現(xiàn)平穩(wěn)過渡升級。”
劉永東還告訴記者幾個重要參數(shù),800V大功率充電的最大電壓可以擴展到1000V、甚至1.5kV,最大電流分為兩種,500/600A帶冷卻系統(tǒng);150~200A的可不需要冷卻系統(tǒng),最大功率達到900kW,是現(xiàn)有充電功率的4倍多。
適用于中端及以上的車型
事實上,汽車行業(yè)正在形成推進800V電壓平臺研發(fā)量產(chǎn)的熱潮。比如,極氪汽車、小鵬汽車、比亞迪等企業(yè)都將相關(guān)車型的量產(chǎn)節(jié)點定在了2022年。也正因如此,有人甚至將今年視為800V電壓平臺的發(fā)展元年。
廣州萬城萬充(以下簡稱“萬城萬充”)新能源科技有限公司是廣汽埃安的充電服務(wù)商。萬城萬充副總經(jīng)理梁翔飛表示:“800V大功率充電已成為趨勢,車企普遍持歡迎態(tài)度,電動汽車銷量排名前列的整車企業(yè)大多在推進這項解決方案?!睋?jù)介紹,廣汽埃安研發(fā)的基于2015版國標(biāo)、增加液冷系統(tǒng)的充電槍,支持最大電流600A,并向下兼容2015版國標(biāo),重量比目前250A國標(biāo)版充電槍更輕便。廣汽埃安的800V大功率充電模塊,最高電壓為1000V,充電樁功率輸出不低于480kW,并可升級到600kW。該充電模塊器件采用碳化硅技術(shù),在功率密度和效率上都有所提升:在充電倍率6C下,SOC從零到80%,所需充電時間為8分鐘,SOC從30%到80%,所需充電時間僅為5分鐘。
不過,800V大功率充電會增加成本,并不是所有車型都適合這一解決方案。梁翔飛說:“中端及以上的車型比較適合800V大功率充電,低端車由于出行場景局限、對成本更為敏感、電池容量較小等多種因素綜合作用,不適合推行800V大功率充電。”
目前,隨車配樁是整車企業(yè)提升電動汽車銷量的重要營銷手段之一。相比以往的普通充電樁,800V大功率充電樁的成本至少翻倍,甚至達到2~3倍。對于低端車型而言,隨車配送800V大功率充電樁將大幅削弱其價格競爭力。
此外,梁翔飛認(rèn)為,800V大功率充電還有很多相應(yīng)的配套問題需要解決,并不僅僅是充電樁的問題。800V大功率充電對電力條件有較高的要求,有些地方需要電力改造才能適合新的發(fā)展。同時,快充對電池有一定的傷害,尤其是磷酸鐵鋰電池多次快充之后會出現(xiàn)較明顯的衰減,電池企業(yè)也需研發(fā)出適合800V大功率充電的電芯。“800V大功率充電需要整體推進,僅有充電樁企業(yè)跟上步伐,難以達成目標(biāo)。”梁翔飛強調(diào)。但他堅信,在市場需求和支持政策的推動下,800V大功率充電很快會形成“大氣候”。
專家觀點
◆中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟信息部主任仝宗旗:
公共充電領(lǐng)域應(yīng)以大功率充電為主
充電難、充電時間長一直是新能源汽車使用環(huán)節(jié)的痛點。隨著充電樁數(shù)量的增加,充電難的困境有所緩解,但用戶對充電時間長的抱怨沒有停止。為了縮短充電時間,用戶普遍選擇大功率充電。中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟(以下簡稱“充電聯(lián)盟”)信息部主任仝宗旗告訴《中國汽車報》記者:“從近4年新建公用充電樁的情況看,120kW及以上大功率充電樁增長迅速,其中180kW及以上超充樁的年均增長率最高達到了92.8%?!彼J(rèn)為,從用戶的使用場景來看,公共充電領(lǐng)域應(yīng)以大功率充電為主。
仝宗旗向記者詳細(xì)分析了電動汽車在不同應(yīng)用場景下的充電需求。公交車基本使用專用設(shè)施充電,不對外共享。約50%私家車和公務(wù)車,使用住宅區(qū)配建的私人充電樁,還有約50%的車輛,經(jīng)常使用公共充電樁補充能源。約50%的物流車使用公共充電樁,另外約50%的車輛,使用物流中心配建的自用充電樁補充能源,這部分充電樁也很少對外共享。通勤班車80%使用公共充電樁充電,只有20%的車輛有專屬的充電設(shè)施。環(huán)衛(wèi)車、渣土車等幾乎100%使用專屬的充電設(shè)施。
“未來的發(fā)展趨勢可能是,電動乘用車將以居民區(qū)充電為主,公共充電為輔,換電為補充。預(yù)計私人充電樁將占新增充電樁的65%,私人充電樁提供的充電量將低于40%;公用和專用領(lǐng)域?qū)Τ壙斐涞男枨蟾悠惹?,快充樁將增?0萬臺。”仝宗旗說,“公共領(lǐng)域的充電以安全為前提,大功率充電為技術(shù)方向,多種技術(shù)路線會并存?!?
為了加快大功率充電的發(fā)展,充電聯(lián)盟提出了多項建議。仝宗旗介紹道:“希望加快大功率充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的落地,統(tǒng)一各省市公用及專用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)導(dǎo)向,以大功率充電設(shè)施為主,慢充、換電為輔;政府補貼需要大力支持大功率充電技術(shù)升級及應(yīng)用;加強充電場站安全監(jiān)管,增設(shè)安全設(shè)施,提升安全防護等級。”
◆中國電力企業(yè)聯(lián)合會副秘書長、能源行業(yè)電動汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書長劉永東:
大功率充電呼喚標(biāo)準(zhǔn)先行
我國在2015年就已經(jīng)制定了新能源汽車充電樁的標(biāo)準(zhǔn),即《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)—第1部分:通用要求》(GB/T18487.1-2015)(以下簡稱“2015版標(biāo)準(zhǔn)”)。經(jīng)過多年的實踐,這套標(biāo)準(zhǔn)體系暴露出一些問題。中國電力企業(yè)聯(lián)合會副秘書長、能源行業(yè)電動汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書長劉永東向《中國汽車報》記者進行了介紹。
在安全性方面,2015版標(biāo)準(zhǔn)存在連接端面不符合IPXXB要求;部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)機械強度薄弱;間接鎖合電鎖設(shè)計存在安全隱患;PE(保護地線)中斷、人體電阻接入PE無法偵測;導(dǎo)引電路無硬件節(jié)點傳遞緊急停機信號;對諸多安全相關(guān)的電氣指標(biāo)定義缺失等問題。
在可靠性方面,2015版標(biāo)準(zhǔn)存在電子鎖故障率高;插頭插座連接可靠性低;接口尺寸公差設(shè)計不合理等問題。
在兼容性方面,2015版標(biāo)準(zhǔn)未考慮向前兼容和向后兼容。
劉永東說:“大功率充電將采用1000V以上的高電壓平臺,會增加Y電容存儲能量,進一步放大車輛插座無法滿足IPXXB帶來的安全風(fēng)險?!?
另外,2015版標(biāo)準(zhǔn)大功率充電僅考慮加大電流,對提升電壓可能帶來的安全性問題未提出解決方法。劉永東認(rèn)為,提升電壓平臺,涉及整車的電壓平臺調(diào)整,影響面大且由于電壓升高帶來的充電系統(tǒng)安全問題(如高電壓帶來的電擊能量)不容忽視。
我國已建成261.7萬臺新能源汽車充電設(shè)施,如果充電技術(shù)的發(fā)展不能兼容以前的設(shè)備,不僅可能造成資源的浪費,也不利于提升用戶的充電體驗。劉永東說:“不是連接器端面類似就代表兼容,兼容包括物理連接、通信協(xié)議、控制時序、電氣參數(shù)匹配、控制邏輯、安全防護策略。解決這些關(guān)鍵點的問題,才能實現(xiàn)兼容。”
劉永東告訴記者,2015版標(biāo)準(zhǔn)向后兼容采用軟件識別的方式兼容2011版標(biāo)準(zhǔn),大量存在識別錯誤;向前兼容沒有預(yù)留完整的軟件識別機,造成后續(xù)版本難以平滑升級。
劉永東說:“ChaoJi充電技術(shù)經(jīng)過近5年來行業(yè)共同開發(fā)、國際合作,以及示范工程建設(shè)和大量的試驗驗證,具備標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化條件。”
2020年6月,中國電力企業(yè)聯(lián)合會、國家電網(wǎng)有限公司與CHAdeMO協(xié)議會、東京電力控股株式會社共同主辦的新一代電動汽車充電技術(shù)中日聯(lián)合發(fā)布會在北京舉行,新一代ChaoJi充電技術(shù)白皮書與CHAdeMO3.0標(biāo)準(zhǔn)同期發(fā)布。據(jù)了解,新一代的ChaoJi充電技術(shù)路線發(fā)端于電動汽車大功率充電需求,是一套完整的電動汽車直流充電系統(tǒng)解決方案,解決了國際上現(xiàn)有充電系統(tǒng)存在的一系列缺陷和問題,在充電安全、充電功率、結(jié)構(gòu)設(shè)計、向前兼容性及面向未來應(yīng)用方面進行了全面提升。有行業(yè)人士指出,ChaoJi充電技術(shù)的誕生為世界提供了一個統(tǒng)一的、安全的、可靠的、低成本充電系統(tǒng)解決方案。
目前的實車測試結(jié)果顯示,ChaoJi充電技術(shù)的最大充電電流可達360A,未來目標(biāo)是充電功率可高達900kW,僅需充電5分鐘就能使車輛行駛400km。同時,由于ChaoJi充電技術(shù)緊湊的設(shè)計及可擴展性,可以使之運用于中小功率的應(yīng)用場景,覆蓋主流乘用車領(lǐng)域的同時,還兼顧了重載車輛以及輕型車輛等特殊要求,大大擴展了其應(yīng)用范圍。