电动汽车大功率快速充电技术的应用与展望

与传统的石油、煤炭等能源相比，电能属于二次能源，具有绿色环保、传输方便、易于获取等优势。近年来，我国高度重视绿色、环保和可持续发展战略的实施，也对电动汽车及其相关产业的发展予以了大力的肯定与扶持，希望可以实现从普通燃油车到电动汽车全面普及的有效过渡。但是，充电过程体验、续驶里程、电池性能衰减等问题的存在，极大地限制了电动汽车的普及与发展。要想提高电动汽车及其相关产业的发展水平，必须对大功率快速充电技术展开深入的研究，准确把握电动汽车及其相关产业中大功率快速充电技术的应用优势、劣势以及应用现状，并预测这一技术的未来发展趋势。

一、电动汽车的常用充电方式

（一）常规充电方式

1.小电流充电

在家庭充电场合中，通常选择小电流充电方式。这种充电方式的应用，能够将充电电流控制在15 A左右，将充电时间控制在8~10 h以内。这种充电方式的应用优势主要体现在以下几方面，第一，充电机的安装与运行成本较低；第二，有利于延长电动汽车电池的使用寿命；第三，可以提高电动汽车的充电效率；第四，对电网的要求不高，可以直接从低压照明电路中获取电源；第五，充电占用的是晚上时间或用电低谷期，电能利用效率更高，可以享受到电力部门的电价折扣方案。

2.中电流充电

在一些公共场所的小型充电站中，主要采用的是中电流充电方式。例如，街边、超市、办公楼或者停车场等场所设置的充电机，使用的就是中电流充电方式。与小电流充电方式相比，这种充电方式的充电电流一般控制在30~60A之间，充电功率控制在5~20kw之间。一般情况下，5~8h内的充电效果就可以与小电流充电方式8~10小时的效果相媲美。

（二）快速充电方式

与常规充电方式相比，快速充电方式采用的是恒流充电方式，即直接利用150~400 A之间的大电流，对电动汽车的蓄电池进行充电，确保在短时间内将较多的电量充入蓄电池内。在这种充电方式下，一次充电时间与燃油汽车的一次加油时间相差无几，所以这种充电方式又被称为迅速充电方式或应急充电方式，常见于大型充电站内。

与常规充电方式相比，快速充电方式的充电速度更快，所以更能满足电动汽车的长距离驾驶需求以及其他需要快速充电的需求。需要注意的是，这种充电方式的充电机功率比较大，在50~100kw之间，对电网的性能要求比较高，所以这种充电方式常见于10 kv变电站附近，或者供监测站与服务中心使用。另外，这种充电方式虽然能够在短时间内使蓄电池存满足够的电能，但是容易对蓄电池的使用寿命产生不良影响。

二、电动汽车大功率快速充电技术的应用优势与劣势

（一）电动汽车大功率快速充电技术的应用优势

从不同的角度来看，大功率快速充电技术的应用体现出了不同的优势。首先，从私人用户角度进行分析，大功率快速充电技术的应用，能够有效缩短电动汽车的充电时间，延长电动汽车的续驶里程，进而获得一个相对理想的充电体验。如果用户不具备安装自用充电桩的条件，就可以通过大功率快速充电方式满足自家电动汽车的日常充电需求。其次，从公共运营企业的角度来考虑，大功率快速充电技术的应用，可以将各种运营车辆的充电等待时间尽可能缩短。例如，物流车、网约车、出租车等都是最常用的运营车辆。缩短这些车辆的充电时间，提高运营车辆的运行效率，能够为相关公共运营企业的进一步发展奠定良好的基础。最后，从充电设施建设运营商的角度来分析，大功率快速充电技术的应用可以明显缩短电动汽车的单次充电时间，增加每一个充电桩单位时间的充电服务次数，从而有效促进充电桩利用效率的提高。

（二）电动汽车大功率快速充电技术的应用劣势

电动汽车大功率快速充电技术的应用劣势也非常突出。一方面，在技术层面，电动汽车在充电过程中会产生较多的热量，如果不能在短时间内妥善处理这些热量，不仅会加速电缆绝缘材料或护套的老化，还可能对充电设施造成破坏，使人们面临生命安全和财产安全方面的威胁。所以，要想对这一充电技术实现合理的利用，不仅要高度重视整车、电池、充电模块、电缆等方面的热管理，还要做好各类元器件的冷却处理、散热处理、绝缘处理以及其他安全防护措施。另一方面，在成本层面，充电设备采购市场价格往往比较高，且设备的运行需要在相对较大的空间场地中，由此而产生的建设成本、运营成本与维护成本也会大幅增加。

三、电动汽车大功率快速充电技术的发展机遇

（一）能够降低车主的充电担忧

很多用户不愿意选择电动汽车的主要原因，就是电动汽车电池的续驶里程较短，并且充电过程不够方便。在我国，很多电动汽车即便使用直流快充技术进行充电，依然需要在充电方面花费一个小时以上的时间。如果用户是出租车司机或者需要长期跑高速，那么很难在途中因为充电而等待这么长的时间。如果能够加强大功率快速充电技术的应用，将电动汽车的充电时间缩短到10~20 min以内，那么将会解决这部分用户的后顾之忧，使其在购车时优先考虑电动汽车。

（二）能够提高充电设施与车辆类型的兼容性

在我国老版的充电标准中，电动乘用车的电压标准和辅助电源标准与电动商用车并不相同，而2015年我国推出了最新的充电标准，指出无论是电动乘用车还是电动商用车，辅助电源都为12V/10A，电压等级有三个级别，即500V电压等级、700V电压等级和950V电压等级。电压标准与辅助电源标准的调整，使我国充电市场上出现了3种充电设施。这3种充电设施同时运行，导致充电运营商出现了严重的资源浪费现象。

在我国蓄电池技术不断改进的趋势下，电动汽车的续驶里程明显延长，充电时间明显缩短。而为了持续缩短蓄电池的充电时间，乘用车的充电电压也越来越高。例如，保时捷mission E的电池电压已经调整到了800 V。这样一来，无论是乘用车还是商用车，都可以使用相同的充电设施。立足于充电运营商的角度进行分析，在高速服务区建设充电桩时，只需要建设相同电压等级的充电桩，就可以满足所有电动汽车的充电需求。考虑到充电桩的更新换代情况和蓄电池的发展速度，在建设充电桩时，建议优先选择宽电压范围和宽恒功率范围，以确保充电桩能够满足不同型号与规格蓄电池的充电需求。

（三）能够与智能电网深度融合

不同的电动汽车在充电过程中，会产生不同的用电负荷。这种用电负荷的不确定性，对大功率快速充电站的运营具有比较大的影响，甚至会降低电网运行的安全性与稳定性。另外，在普及大功率快速充电技术的过程中，需要建设大量的大功率快速充电站。在此过程中，不仅需要引入较多的充电设备，也要进行电力增容。如果充电桩的利用频率不高，还有可能出现资源闲置、资源浪费等问题。

如果使用储能技术手段，提升充电设备对电网侧需求的稳定性和平滑性，能够显著降低电力增容成本和配电成本。而提高电力增容设备的利用率，能够提高这些电力扩容设备的利用率，增强充电桩的运营效果。

另外，在电动汽车续驶里程不断增加，充放电功率不断提高的形势下，电动汽车也会被当做储能单元或直流负载，与智能电网和微电网进行深度融合。如此一来，电动汽车的大功率快速充电，不仅不会对电网的运行造成影响，还会让电网的调节手段变得丰富多样，进而提高分布式新能源的利用效率。

四、电动汽车大功率快速充电技术的展望

（一）大功率充电技术的发展趋势

在未来的电动汽车充电领域中，大功率快速充电必然会占据较大的市场份额。但是，无论是主流电动汽车制造企业，还是充电设备生产企业，都无法准确评估大功率快速充电的市场发展潜力。这些企业会根据自身的判断结果，集中在某一方面发力，而这就会对电动汽车和充电设备的发展产生影响。

1.整车层面

不同电动汽车的充电功率将会在原有基础上实现大幅的提高。例如，大功率充电客车的充电电压将会提高至1500V，充电电流将会提高至600A。电动乘用车也会在2025年之后，普及350kw的充电功率。

2.动力电池层面

为了满足电动汽车的大功率快速充电需求，各大动力电池生产企业在研究新兴电池或新体系电池的过程中，纷纷开始控制单体能量密度，使其始终保持在300 Wh/kg以上。在这一过程中，这些企业主要在以下两个方面发力。首先，重点强化锂离子的接收能力，提高锂离子的传输能力，确保锂电池的4~6C高倍率充电的实现。其次，重点提高电池使用的可靠性，确保电池即便是处于更加恶劣、复杂的气候温度条件下，也能够在一定程度上消除电池快充过程中产生的高温热量，或者在电池电量达到一定标准时，直接由快充模式调整为涓流充电模式，起到延长电池使用寿命的作用。

3.充电设备层面

在未来的一段时间内，充电设备生产企业将会把更多的资源和资金投入大功率快速充电桩的研发中，并逐步加大大功率快速充电模式的市场化推广力度。首先，加大1400VIGBT等关键零部件的开发力度，强化这些关键零部件的耐高压能力和绝缘性能，从而为机械设计与电气设计安全性的提高打好基础。其次，加强全新充电接口或转换接口的设计，提高新充电模式与旧电动车辆的兼容度。最后，对液冷泵、液冷管道的应用予以高度的重视，确保这些设备的充电温度始终不超过120 ℃。同时，对充电线缆、充电枪头等设备进行轻量化和小型化处理，以提高充电操作的便捷性。

（二）大功率快速充电技术的未来应用场景

目前，大功率快速充电标准已经与2015版的充电标准相协同，市场上的充电设备越来越多，充电网络也越来越完善。同时，充电运营商也开始关注充电市场的实际需求，并在此基础上预测了企业未来的盈利情况，然后展开了相应的布局建设。近几年来，大功率快速充电模式的应用场景已经变得非常广泛。

1.城市公共充电场景

在未来的一段时间内，长续驶里程的电动乘用车在运行过程中对电池的续驶要求也会越来越高。大容量动力电池的市场应用前景极为广阔。另外，城市公共充电场所也会增设一定数量的大功率充电设备，尽可能满足电动乘用车车主的充电需求，并保证充电等待时间更短，充电体验感更好。

2.运营类车辆的充电场景

电动公交、出租车、网约车和物流车等都是主流的运营车辆。这些运营车辆都高度重视充电时间的长短。而大功率快速充电桩的普及与应用，能够进一步缩短这些运营车辆的充电时间，使其将更多的时间和精力投入运营当中，实现运营效率的提高。

3.高速公路充电场景

在高速公路服务区和国道服务区，要加大大功率快速充电设备的安装力度。这一建设行为，有助于最大限度地满足电动汽车长距离出行模式下的充电需求，为电动汽车的使用范围拓展提供有力保障。

五、结语

  综上所述，大功率快速充电技术的应用与普及，对电动汽车领域的发展有着积极的影响。但是，只有从整车层面、动力电池层面和充电设备层面出发，加大对大功率快速充电技术的研究力度，并将这一技术普及到城市公共充电场景、运营类车辆的充电场景和高速公路充电场景中，才能够从整体上提升这一技术的应用水平，为我国电动汽车及其相关产业的发展提供保证。