大功率快充的要求與前景

2020年電動車與燃油車全方位的競爭，快充功率能否達標顯得至關重要。

當前，大功率快充被認為是未來發(fā)展的必然趨勢。隨著新能源汽車的加速發(fā)展，大功率快充可以大大降低電動汽車的充電時間，提高出行效率，更好地滿足用戶的出行需求。截止2017年底，中國新能源汽車與充電樁的比例僅為3.5:1，充電時間長、充電設施服務能力不足等難題還存在。

為此，包括中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高在內的諸多業(yè)內人士曾指出，2020年電動車與燃油車全方位的競爭，快充功率能否達標顯得至關重要。大功率快速充電就是采用高電壓、大電流，短時間內將電動汽車充滿電。一般認為，電動汽車“快充”是指電池從0%充電到80%的時間小于30分鐘的充電技術，最快甚至達到10分鐘以內。

目前，國外已經有推出350kW以上的大功率快充產品，而我國僅推出了公交大巴車應用的350kw充電樁，還未有應用在純電動乘用車上的大功率快充產品。據(jù)了解，純電動乘用車的大功率快充產品還存在電池發(fā)熱、安全隔離等技術問題還待優(yōu)化，同時充電站建設、電網(wǎng)供電等基礎設施配套問題尚待解決。

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大功率快速充電的前景

充電難題一直是新能源汽車大規(guī)模推廣的一大障礙。一方面，全國各地建設的充電樁基礎設施遠不能滿足新能源汽車充電需求，并且動輒3-4h的充電時間也降低了新能源汽車的行駛體驗。

另一方面，大功率充電的應用能夠大幅度提高充電效率，提升充電樁的利用率，同時可以適當降低車樁比。為此，業(yè)內人士表示，大功率快速充電技術能夠解決用戶充電時間長這一痛點，還可以降低車樁比例，未來的前景無限。

有業(yè)內人士表示，“如果將充電時間縮短至3-5分鐘左右，那么電動汽車就具備了與傳統(tǒng)燃油車相互競爭的能力?！?span style="text-indent: 2em; font-size: 12px;">不過，發(fā)展大功率快充技術目前還存在諸多難題。下面一起看下實現(xiàn)大功率快速充電需要滿足哪些要求？目前還具備哪些挑戰(zhàn)？

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實現(xiàn)大功率快充的要求

?對動力電池的要求

（1）對于乘用車而言，電池的單體能量密度要達到300Wh/kg以上。同時，還需要兼顧安全性、電池壽命等。

（2）動力電池充電倍率也要在2-6C，否則無法保證充電時間。據(jù)悉，單獨實現(xiàn)高能量密度或較大的充電倍率較容易，但同時兼具能量密度和充電倍率兩種特性則需要解決許多難題。

（3）充電功率需要在300-600kw之間。

?充電樁要求

（1）充電設備需要保證不同功率汽車的兼容性和保持全范圍的高效性。既要兼容小功率充電，也要兼顧大功率充電。

（2）充電樁用IGBT模塊的尺寸、重量、耐壓性等提出了更高的要求。

（3）充電模塊輸出電壓設計需要與電動汽車的電壓平臺匹配。

?電網(wǎng)系統(tǒng)

大功率充電對現(xiàn)有電網(wǎng)負擔較大，可能會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，對于電網(wǎng)的安全性提出了更加嚴格的要求。

?整車方面

如果要實現(xiàn)大功率直流快速充電（電壓高于1000V，電流高于350A），整車的電壓平臺將會同步提高到1000V以上。同時，整車的高壓防護等級、熱管理等均需要全面提高。

在此背景下，電機、電控等的控制策略也需要重新開發(fā)，且開發(fā)周期較長。

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大功率快充技術面臨的挑戰(zhàn)

?大功率充電對車載IGBT模塊的尺寸、重量、耐壓性能等提出了更高的要求。目前，以英飛凌為代表的全球前列的半導體供應商，尚難以解決大功率充電所帶來的高頻、高壓等問題。

?大功率快充技術對整車成本有較大影響。以碳化硅為例，目前碳化硅在產量、技術及成本上很難實現(xiàn)，且產品尚處于換代研發(fā)期，預計到2025年才有可能實現(xiàn)規(guī)模化。

?大功率充電還需要解決充電樁本身的散熱問題，包括模塊、充電槍、電纜的技術突破等，都是與安全問題直接掛鉤的重要因素。

?從車型上來看，目前我國新能源汽車大多為A0級或A00級的車型，較小的空間導致較難安裝尺寸更大的高電壓零部件，對于使用大功率充電來說挑戰(zhàn)不小。

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國內技術現(xiàn)狀

根據(jù)相關調研顯示，目前我國還幾乎沒有實際輸出功率達到150kW以上的快充樁，大部分額定功率120kW快充樁，實際輸出功率僅有幾十千瓦左右。

與此同時，我國現(xiàn)有的動力電池技術水平，已經實現(xiàn)了乘用車用鋰離子電池3C的充電倍率，4C也在推廣驗證階段。而在保持高比能量的前提下實現(xiàn)6C的充電倍率，目前我國乘用車用鋰離子動力電池市場上還沒有類似的產品。

總體來看，相對于國際先進水平，我國大功率快充技術還存在一定的差距。一方面，從整車廠角度來看，目前自主品牌在售的新能源車支持的最大快充功率為60kW，尚較少新車支持150kW以上的快速充電，更不要說支持350kW以上的大功率快速充電。

另一方面，國外許多企業(yè)已經推出了150kW、甚至350kW以上的大功率快充產品，但國內由于受到技術、電網(wǎng)等限制，且相關標準尚未出臺，目前進展相對較慢。

舉例來說，國家電網(wǎng)的直流快充樁的電流為50A，一般1-2小時內可以將車充電80%。而特斯拉的超級充電站的充電插座最高電流能夠達到80A，40分鐘即可充電80%。

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國外技術現(xiàn)狀

根據(jù)統(tǒng)計，目前戴姆勒、寶馬、福特、奧迪等車企都在加速布局大功率快充技術。其中，2017年底，戴姆勒、BMW、福斯、福特等四大車廠曾宣布將在歐洲聯(lián)合部署電動車的“超快速充電站”，預計設立的 400 個充電站為聯(lián)合充電系統(tǒng) (CCS) ，最大功率為 350kW。

另外，瑞士ABB公司也推出了Terra High Power DC快充充電樁，輸出功率可以達到350千瓦，幾乎是特斯拉超級充電樁的三倍。據(jù)悉，目前特斯拉的超級充電樁最高能提供120kW的輸出功率。

而今年6月5日，奧迪旗下首款純電動SUV車型——奧迪e-tron正式在國內亮相。新車支持150kw的快速充電，最快可以30分鐘充滿，且滿電續(xù)航達到500公里。