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電動(dòng)汽車替代燃油車已是不可逆轉(zhuǎn)之趨勢，首先從國家戰(zhàn)略層面來看，電動(dòng)汽車替代燃油車可以解決我國石油對(duì)外依存度過高的問題，同時(shí)可以解決我國汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)長期落后于人的問題，實(shí)現(xiàn)彎道超車；其次電動(dòng)汽車性能相對(duì)于燃油汽車有碾壓性優(yōu)勢，30萬的model 3零到百公里加速度3.3S，可以媲美300萬的法拉利F8；再次從成本上考慮由于不需要復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)，電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)燃油車簡單得多，Tesla上海工廠引入的6000噸的壓鑄機(jī)，可以將傳統(tǒng)車架中的需要加工再組裝70個(gè)零件，焊接1000至1500次的復(fù)雜生產(chǎn)過程，變成一次簡單壓鑄加工，讓焊接兩小時(shí)變成壓鑄兩分鐘，并節(jié)省20%的成本。待到電池技術(shù)的成熟，電動(dòng)汽車的成本將低于燃油車；另外由于電動(dòng)汽車沒有空濾、汽油濾、機(jī)油濾等傳統(tǒng)保養(yǎng)項(xiàng)目，僅需對(duì)電池定期檢測，維護(hù)成本也低于燃油車。
當(dāng)前阻礙電動(dòng)汽車普及的關(guān)鍵在于電池與充電，電池成本占到了整車40%左右。Tesla在2020年的電池會(huì)議上宣稱采用無極耳結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的4680 電池后續(xù)航里程將增加 54%，成本將下降 56%；中國工程院院士陳立泉表示液態(tài)鋰電300Wh/kg是極限，全固態(tài)鋰電是趨勢，能量密度可達(dá)500Wh/kg，5到10年后即可批量應(yīng)用。一旦電池的問題解決了，剩下的便是解決大功率充電設(shè)施配套的問題。
02、電動(dòng)汽車充電困境
隨著電池技術(shù)的日益成熟，電動(dòng)汽車充電速度越來越快，充電設(shè)施的建設(shè)在技術(shù)參數(shù)上需超前于現(xiàn)有車輛。早期充電樁功率多為60kW，10分鐘可增加續(xù)航66公里，當(dāng)前主流充電樁功率為120kW，10分鐘可增加續(xù)航123公里，但實(shí)際上電動(dòng)車輛多達(dá)不到這個(gè)充電功率。2021年新的ChaoJi標(biāo)準(zhǔn)即將發(fā)布，截至2025年市面上將停止投放老的GBT充電樁。屆時(shí)主流充電樁的功率將為240kW/350kW（單槍），滿足10分鐘增加266公里或是389公里的續(xù)航，達(dá)到油車加油般的體驗(yàn)。
大功率ChaoJi充電樁在技術(shù)上進(jìn)展迅速，240kW的ChaoJi充電樁已經(jīng)在車廠及設(shè)備廠反復(fù)測試，Tesla批量部署的V3樁給Model3充電也可以單槍240kW輸出，而Porsche Taycan 800V的平臺(tái)所配套的350kW超充樁也已經(jīng)大規(guī)模批量應(yīng)用。
新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)：
到2025年，純電動(dòng)乘用車新車平均電耗降至12.0千瓦時(shí)/百公里，新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右。
到2030年，新能源汽車新車銷售量將達(dá)到新車銷售總量的50%
到2035年，新能源汽車保有量將超過1億輛
大功率ChaoJi充電的瓶頸在于快充樁批量部署給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來的壓力，如果未來深圳市800個(gè)加油站全部替換成充電站，則單個(gè)站點(diǎn)20個(gè)350kW快充樁需要8000kVA配電，全深圳需要640MW容量專為車輛充電，這相當(dāng)于嶺澳-大亞灣核電站的全部裝機(jī)容量。另外還有輸配電系統(tǒng)改造以及帶來的峰谷問題。
當(dāng)前我國乘用車保有量為3億輛，如果10年后其中一半車輛換成電動(dòng)車，且電池容量150kWh（1000公里續(xù)航），則車載動(dòng)力電池儲(chǔ)能可達(dá)200億kWh以上，相當(dāng)于我國每天消費(fèi)的總電量；如果其中10%的電動(dòng)車即1500萬輛車以100kW的功率充電，那么充電功率達(dá)到15億kW，與全國電網(wǎng)總裝機(jī)容量相當(dāng)；但如果按電能消耗來算，平均每輛車年行駛兩萬公里，1.5億輛車每天消費(fèi)電量大約是10億kWh，占日電能總消費(fèi)量的5%，這是完全可以接受的。
電動(dòng)汽車充電的特點(diǎn)在于充電功率巨大，但總耗電量不大，充電波動(dòng)大，同時(shí)儲(chǔ)能潛力也巨大，如果換個(gè)思路，用電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能潛力來平抑充電及電網(wǎng)的波動(dòng)豈不是兩全其美的事？故電動(dòng)汽車充電的終極解決方案得從國家的整體能源戰(zhàn)略來考慮。
03、新能源應(yīng)用困境
充電系統(tǒng)的發(fā)展必須從國家能源戰(zhàn)略的角度來考慮：
2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和
減碳的關(guān)鍵在于能源低碳化，即用新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源。目前我們中國的能源情況是富煤缺油少氣，煤、石油、天然氣加起來占整個(gè)能源的85%。我國2018年自產(chǎn)的原油是1.9億噸，國外進(jìn)口的原油是4.6億噸，對(duì)外依存度已經(jīng)是71%，這4.6億噸的原油還不夠近3億輛燃油車的消耗，所以一定要實(shí)現(xiàn)交通工具的電動(dòng)化，這是從國家能源安全的角度來考慮。
電動(dòng)化就得發(fā)電，我國的電力供應(yīng)有3/4是煤電，煤電污染大，如果電力獲取方式不改變，那么電動(dòng)汽車每行駛1公里帶來的碳排放與內(nèi)燃機(jī)碳排放是一致的，所以必須用新能源發(fā)電來替代傳統(tǒng)的煤電。
新能源發(fā)電主要是指光伏和風(fēng)能，水電也是無污染能源。光電、風(fēng)電具有波動(dòng)性大、間歇性強(qiáng)的先天缺陷，這給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致風(fēng)電、光電上網(wǎng)難、輸送難，上不了網(wǎng)的電就得丟棄掉，我國每年棄電量都超過了三峽電站的裝機(jī)量。水電也有季節(jié)性波動(dòng)，為了保障旱季穩(wěn)定的能源供應(yīng)，我國西南部每建一座水電站都會(huì)配套建一座煤電站。以上問題都大大限制了可再生能源發(fā)電的發(fā)展。
用電動(dòng)汽車巨大的儲(chǔ)能潛力來消納和平衡可再生能源發(fā)電是個(gè)不錯(cuò)的選擇。對(duì)于分散的分布式新能源電可以用充電樁及電動(dòng)汽車分布式存儲(chǔ)或消耗，但是對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)像西北的光伏發(fā)電還得考慮長途輸送的問題，兩個(gè)方法，特高壓輸電和制氫。發(fā)電高峰期電能不能全部輸送就電解制氫，發(fā)電谷期再氫能發(fā)電，實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)的削峰填谷。同時(shí)氫氣還可以通過管道輸送或是車輛運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)送至外地，用于鋼鐵冶金、制熱以及交通這幾個(gè)傳統(tǒng)的煤炭應(yīng)用行業(yè)，氫氣可以替代煤炭作為冶煉中的還原劑，同時(shí)氫氣的燃燒熱值高，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，燒完了就是水，在制熱，氫燃料汽車都可以廣泛應(yīng)用。
這樣我們可以看到未來能源低碳化的趨勢：新能源發(fā)電代替煤電，發(fā)的電又可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車來替代燃油汽車，同時(shí)多余的電制氫用于其它高耗能行業(yè)替代煤炭，從而破解新能源應(yīng)用的困境，實(shí)現(xiàn)新能源替代傳統(tǒng)化石能源的閉環(huán)應(yīng)用。
所以充電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與國家的能源戰(zhàn)略對(duì)其自身及電動(dòng)汽車的定位是一致的，大功率充電實(shí)現(xiàn)燃油車輛的電動(dòng)化，大容量儲(chǔ)能加速發(fā)電的低碳化。
04、充電樁的定位
中國科學(xué)院院士歐陽明高給新能源汽車的定義是：新能源汽車是交通工具、儲(chǔ)能裝置和智能終端三位一體的產(chǎn)品。國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》也提出，促進(jìn)新能源汽車與可再生能源高效協(xié)同，統(tǒng)籌新能源汽車能源利用與風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電協(xié)同調(diào)度，提升可再生能源應(yīng)用比例?？梢姛o論是從技術(shù)層面還是從國家能源戰(zhàn)略頂層設(shè)計(jì)層面，電動(dòng)汽車都有兩個(gè)重要的屬性：高性能無污染交通工具、新能源發(fā)電的消納和儲(chǔ)能設(shè)備。由此我們可以推導(dǎo)出充電樁的兩個(gè)重要屬性：電動(dòng)汽車快速充電設(shè)備、電動(dòng)汽車與電網(wǎng)能量交互的能源路由器。
我們不妨先假想一下10年后的電動(dòng)汽車使用場景：此時(shí)北上廣深等一線城市電動(dòng)汽車保有量超50%，電網(wǎng)系統(tǒng)不再以傳統(tǒng)方式給車輛充電，而會(huì)強(qiáng)制車輛V2G有序充放電。電動(dòng)車主會(huì)養(yǎng)成平時(shí)V2G充放電，應(yīng)急ChaoJi充電的習(xí)慣；屆時(shí)小區(qū)、辦公樓、商場會(huì)滿配V2G充電樁，一旦停車便會(huì)插上充電槍，將車輛動(dòng)力電池掛在電網(wǎng)上，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電網(wǎng)及車輛情況進(jìn)行V2G有序充放電；高速公路、城市交通要道則會(huì)配置ChaoJi充電站，實(shí)現(xiàn)240kW/350kW的超級(jí)快充，10分鐘補(bǔ)電380公里。
至此我們可以看到電動(dòng)汽車充電樁今后的兩個(gè)重要發(fā)展方向：大功率ChaoJi充電，實(shí)現(xiàn)加油般的充電體驗(yàn)；能源互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)V2G/V2X。
05、充電樁發(fā)展趨勢
趨勢一：大功率ChaoJi充電
傳統(tǒng)燃油車加油時(shí)間大概為10分鐘，電動(dòng)汽車若是要媲美燃油車就得實(shí)現(xiàn)10分鐘增加400公里續(xù)航，這大概需要350kW的充電功率，而我國當(dāng)前通用的充電樁最大才750V/250A即187kW輸出，實(shí)際應(yīng)用還要大打折扣，要實(shí)現(xiàn)大功率充電就必須用更高的電壓和更大的電流，ChaoJi充電標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)1500V/600A，最高900kW功率輸出。
大功率ChaoJi充電將會(huì)呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、更高的電壓
充電電壓取決于電動(dòng)汽車所選取的系統(tǒng)平臺(tái)，乘用車一般是400V的系統(tǒng)平臺(tái)，這就決定了國內(nèi)主流乘用車一般充電功率不會(huì)超過100kW，故當(dāng)前主流充電樁功率僅為120kW。采用800V系統(tǒng)平臺(tái)是乘用車充電發(fā)展的趨勢，Porsche、Audi、Benz、BMW、Tesla均開始了800V的高壓化進(jìn)程。
電動(dòng)汽車電壓平臺(tái)的高壓化必然要求充電系統(tǒng)的高壓化，對(duì)于乘用車來說1000V的充電平臺(tái)將會(huì)是主流，英飛源在業(yè)界首先推出基于SiC器件高可靠性充電模塊，輸出電壓范圍150V~1000V，該模塊起先是針對(duì)海外市場的高端應(yīng)用，隨著國內(nèi)ChaoJi標(biāo)準(zhǔn)的推廣以及SiC器件的廣泛應(yīng)用，基于SiC的高壓模塊必將在國內(nèi)得到更為廣泛的應(yīng)用。
2、更大的電流
當(dāng)前國標(biāo)充電槍最大電流為250A，要想充更大的電流就得插2把槍，這對(duì)于大型工程車輛尚可，對(duì)于小型乘用車是難以實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)最簡單的辦法就是采用液冷充電槍，更輕、更細(xì)，電流可達(dá)500~600A，價(jià)格也更貴。當(dāng)然，隨著液冷槍的廣泛使用，價(jià)格大幅度下跌是必然的，就像當(dāng)年整流模塊也有過價(jià)格過萬的歷史，現(xiàn)在跌去了一大半。
3、更可靠
充電樁的核心在于充電模塊，當(dāng)前普通充電模塊的保修期限多為2~3年，對(duì)于充電場站來說，經(jīng)營得好的話也得3年才能回本，若要持續(xù)穩(wěn)定盈利的話，模塊得有5~8年的使用壽命。針對(duì)這個(gè)問題，英飛源給出了隔離風(fēng)道灌膠方案。
早在2018年，英飛源在業(yè)內(nèi)就率先推出了30kW隔離風(fēng)道灌膠的整流模塊，該模塊有如下特點(diǎn)：
PCB表面除了噴三防漆，還灌膠涂敷，保護(hù)帶電器件及PCB
功率器件使用開模塑膠密封件完全密封，使之與風(fēng)道隔離
風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計(jì)，風(fēng)只吹發(fā)熱元器件，不發(fā)熱或發(fā)熱量小的器件位于PCB和機(jī)殼之間，并被擋風(fēng)條保護(hù)，從而免于粉塵污染和腐蝕。
輸出電壓50~1000V，恒功率范圍300~1000V，滿足所有車輛快速充電需求
英飛源的隔離風(fēng)道灌膠模塊獲得了國網(wǎng)電科院、CE、UL、KC等國內(nèi)外認(rèn)證，被廣泛應(yīng)用在海邊船用充電、工地泥頭車充電等高溫、高濕、高塵、高鹽霧的場景，可靠性得到了海內(nèi)外客戶的一致認(rèn)可。
4、儲(chǔ)能及多能源輸入
大功率充電樁的普及已經(jīng)毋庸置疑，問題是大功率輸配電設(shè)施的建設(shè)。如前所述，電動(dòng)汽車充電的特點(diǎn)是充電功率巨大，但總耗電量不大，解決這種用電負(fù)載的最佳辦法就是儲(chǔ)能。
儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)充電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，從而無需向電網(wǎng)申請(qǐng)更多的配電容量。電動(dòng)汽車充電是間歇性的：充次電10來分鐘，然后充電車輛拔槍、駛離，新的車輛停車、插槍、掃碼啟動(dòng)充電。儲(chǔ)能電池可以在電動(dòng)汽車充電的間隙從電網(wǎng)獲取能量給自身充電，在電動(dòng)汽車充電時(shí)和電網(wǎng)一起給車輛充電，從而實(shí)現(xiàn)充電功率的倍增。
對(duì)于光照強(qiáng)烈且無遮擋的場地，光伏的引入也是充電系統(tǒng)的不二之選，尤其是高速公路服務(wù)區(qū)的站點(diǎn)。此時(shí)可將光伏發(fā)電直接用于車輛充電，實(shí)現(xiàn)充電功率的擴(kuò)增，充電間隙光伏發(fā)電則可存儲(chǔ)于儲(chǔ)能電池，利用儲(chǔ)能電池實(shí)現(xiàn)光伏消納。光儲(chǔ)充系統(tǒng)將原先光伏的平價(jià)上網(wǎng)轉(zhuǎn)換成給車輛的峰值充電，除了動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，還帶來了額外的電價(jià)收益。
針對(duì)儲(chǔ)能充電應(yīng)用，英飛源推出了光儲(chǔ)充檢一體式系統(tǒng)及解決方案，該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際情況增減儲(chǔ)能、光伏及充電功率
安全可靠，電網(wǎng)、電池、車輛、光伏接入之間完全電氣隔離
動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，通過儲(chǔ)能電池，光伏實(shí)現(xiàn)充電功率倍增
光伏消納，平衡消納光伏發(fā)電，提高光伏系統(tǒng)收益
峰谷套利，夜間谷期儲(chǔ)能電池充電，白天峰期給車輛充電，實(shí)現(xiàn)套利
電網(wǎng)治理，儲(chǔ)能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償、有功平衡及應(yīng)急供電等功能
車輛檢測，可實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)力電池的滿充滿放檢測性能，節(jié)省時(shí)間及費(fèi)用
這套方案已經(jīng)在全國多個(gè)站點(diǎn)展開示范性應(yīng)用。
趨勢二：能源路由器
電動(dòng)汽車是我國新能源戰(zhàn)略中最為重要的角色，2億輛電動(dòng)車的儲(chǔ)能就能滿足我國每天的電能消耗，風(fēng)光消納、水電平衡、削峰填谷都需要電動(dòng)汽車來儲(chǔ)能， 電動(dòng)汽車簡直就是行走的充電寶。電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的能量交互需要充電樁來完成，有如信息互聯(lián)網(wǎng)，充電樁就是能源互聯(lián)網(wǎng)中的路由器，實(shí)現(xiàn)能量的自由流動(dòng)。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將再一次改變我們的生活方式。
能源路由器可以實(shí)現(xiàn)以下功能
電動(dòng)汽車通過充電樁從電網(wǎng)獲取能量
光伏發(fā)電通過充電樁讓電動(dòng)汽車來消納光伏
風(fēng)力發(fā)電通過充電樁讓電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)風(fēng)電消納
車與車之間通過充電樁實(shí)現(xiàn)V2V
車與電網(wǎng)之間通過充電樁實(shí)現(xiàn)V2G及削峰填谷
車與微電網(wǎng)之間通過充電樁實(shí)現(xiàn)V2H
當(dāng)電動(dòng)汽車保有量超1億輛時(shí)，電網(wǎng)將不堪傳統(tǒng)充電方式所帶來的壓力，必將強(qiáng)制所有電動(dòng)汽車采用V2G的方式有序充放電，屆時(shí)小區(qū)、商場所配置的7kW交流充電樁將全部無縫替換成7kW V2G充電樁，充放電時(shí)段、功率都將由電網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配，以滿足電網(wǎng)整體穩(wěn)定性的需求。一般情況下，電動(dòng)車主無需考慮車輛何時(shí)充電，只需在停車時(shí)將充電槍接入，車輛和電網(wǎng)會(huì)自動(dòng)協(xié)商，保證用車時(shí)車輛電量滿足車主需求，若是車輛急需充電，則可去ChaoJi充電站補(bǔ)電10分鐘，續(xù)航380公里，而無需像油車那樣必須每次都行駛至加油站。
作為能源路由器的充電樁不僅僅實(shí)現(xiàn)V2G功能，更要考慮各類V2X功能的實(shí)現(xiàn)，隨著電動(dòng)汽車儲(chǔ)能功能的日益強(qiáng)化，傳統(tǒng)的中心化的火力發(fā)電站將會(huì)更多的被分布式的光伏發(fā)電所替代，分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能、分布式用電將是必然趨勢。既然是分布式發(fā)電，那傳統(tǒng)的中心化的集中電能管理方式就可能失效，取而代之的將是去中心化的管理方式，區(qū)塊鏈技術(shù)將在能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中大放異彩。
區(qū)塊鏈技術(shù)也是能源互聯(lián)網(wǎng)中不可缺少的一環(huán)，V2G實(shí)現(xiàn)能源路由器的能量流動(dòng)，區(qū)塊鏈技術(shù)則實(shí)現(xiàn)能量流動(dòng)的記錄，區(qū)塊鏈的功能如下：
分布式能源，去中心化，實(shí)現(xiàn)個(gè)人能源交易
精確記賬，記錄每一度電的流通路徑
不同能源轉(zhuǎn)換的損耗、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膿p耗自動(dòng)計(jì)算
實(shí)現(xiàn)了能源接入互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化
有了區(qū)塊鏈技術(shù)，我們將清楚的知道自家樓頂發(fā)的電是給隔壁老王家用了，還是給樓下老張家的電動(dòng)車充電了；也會(huì)知道今天車輛充的電是來自電網(wǎng)還是來自隔壁老王家發(fā)的電，或是樓下老張家的電動(dòng)車。
能源路由器的核心在于V2G功能，針對(duì)V2G應(yīng)用，英飛源推出了7kW及15kW的雙向能量變換模塊，并且提供7kW、15kW、30kW、60kW、120kW等全系列V2G充電樁產(chǎn)品及方案。英飛源的V2G充電樁已經(jīng)完成了市面上主流電動(dòng)車輛V2G功能的適配以及電網(wǎng)的V2G后臺(tái)對(duì)接，并且在全國數(shù)十個(gè)站點(diǎn)示范運(yùn)行，英飛源的雙向變換模塊及V2G充電樁處于全球領(lǐng)先水平。
06、未來展望
10多年前，手機(jī)真是個(gè)手機(jī)，出門旅游還得帶相機(jī)，開車得用車載導(dǎo)航，打游戲還得開電腦，10年后的今天帶上手機(jī)就擁有了一切；10多年前手機(jī)充電一次續(xù)航一星期，10多年后的今天每晚手機(jī)必須插上充電器；5年前電動(dòng)汽車還只是個(gè)大玩具，現(xiàn)在電動(dòng)汽車性能可以碾壓燃油車；現(xiàn)在燃油車加油一次續(xù)航一星期，10年后也許我們停車沒事就插上充電槍，有事ChaoJi充電10分鐘續(xù)航380公里。一切只待習(xí)慣的改變……
原標(biāo)題：淺談電動(dòng)汽車充電樁發(fā)展趨勢
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