電動汽車直流充電發展現狀及趨勢

丁克耘，馬唯杰，呂 旺，李 蝶，衣麗君

（中汽數據有限公司，北京 100070）

國內電動汽車保有量的快速增長將釋放電動車能源補給的巨大需求。未來5—10年電動汽車產品充換電技術的發展趨勢已成為行業關注的熱點問題。本文通過對15家企業（其中包括自主傳統乘用車企業4家，新勢力車企3家，合資乘用車企業2家，商用車企業3家，充換電運營企業3家）的調研，從新能源汽車發展戰略、純電動汽車車型規劃、充換電布局規劃三方面作為切入點，結合國家及地方政策、宏觀形勢，對未來幾年的電動汽車直流充電的技術路線及相應的基礎設施發展趨勢做出研判論述。

1 充電基礎設施發展現狀

我國新能源汽車產業規模全球領先，產銷量連續五年居世界首位，中國汽車工業協會的統計數據顯示，截至今年三季度，我國新能源汽車保有量達到678萬輛。新能源汽車突飛猛進的背后，充換電基礎設施建設功不可沒。根據中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟發布的11月充電基礎設施運營數據，截至2021年11月底，聯盟內成員上報公共充電基礎設施累計109.2萬臺，自2020年12月起，月均新增充電樁約3.3萬臺；聯盟內整車企業隨車配建充電設施累計129.2萬臺。截至2021年11月，全國充電基礎設施累計數量為238.5萬臺，同比增加55%。2021年1—11月，充電基礎設施增量為70.4萬臺，公共充電基礎設施增量同比上漲59.1%，隨車配建充電設施增量同比上升198.1%[1]，如表1所示。

表1 全國充電基礎設施保有情況

充電基礎設施的日益完善，為我國汽車電動化發展提供了良好的支持。

2 政策及標準法規趨勢分析

2.1 補能政策法規現狀

2015年，《國務院辦公廳關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》（國辦發〔2015〕73號）和國家發改委等四部委印發的《電動汽車充電基礎設施發展指南（2015—2020年）》（發改能源〔2015〕1454號）兩份頂層設計文件對我國2015—2020年充電基礎設施發展起到了重要推動作用。對于不同場景的充電基礎設施建設指導，國家也出臺了相應的政策。

當前，我國已經完成基礎標準、傳導充電、無線充電、電池更換、充換電站建設運行、充換電服務等相關標準制定，有效地覆蓋了設備、建設、運營等主要場景，如表2所示。充電技術標準的國際化進程持續推進，中國在2015年提出的大功率充電標準，成為全球四個主要充電國際標準之一；2020年中國提出新一代ChaoJi大功率充電技術方案得到認可。

表2 大功率充電國家標準體系

2.2 政策趨勢預判

從新能源乘用車補能的技術發展趨勢看，以大功率傳導充電和車網協同為主的充電技術將成為政策推動與標準制定的根基；從應用場景看，以智能有序慢充為主、應急快充為輔的居民區充電服務模式以及快充為主、慢充為輔的高速公路和城鄉公共充電模式將成為政策的導向，如表3所示。

表3 2021—2035年新能源乘用車補能政策導向預判

3 電動汽車直流充電發展趨勢

隨著新能源汽車產業發展的步伐加快，汽車企業紛紛制定了新能源汽車發展戰略及未來的新能源汽車車型規劃，同時電動汽車的充換電策略也在制定及探索之中。根據調研的汽車企業的新能源汽車發展規劃我們發現，到2025年傳統中國品牌乘用車企業規劃的新能源汽車銷量占比均超過30%，合資乘用車企業的新能源車型占比超過35%，商用車新能源汽車銷量占比大于20%。汽車企業的新能源發展規劃，將很好地支撐未來5—10年中國新能源汽車產業持續發展，也將推動新能源汽車補能產業發展壯大。

3.1 直流充電功率提升趨勢分析

直流充電指的是通過充電設置直接將電網中的交流電轉化為直流電傳輸至汽車動力電池[2]。直流充電是電動汽車在高速公路和城鄉公共場景補能的重要形式，汽車企業普遍對直流充電技術路線進行了布局。

如表4所示，從調研的9家乘用車企業的純電動車型的直流充電功率分布情況來看，當前實際量產車型中，特斯拉直流充電功率最高，達到250 kW，小鵬汽車也推出了計劃量產的最高直流充電功率達到480 kW的車型，剩余大部分車型的最大充電功率集中在100 kW以內，其中60 kW以內車型數量最多。到2025年，各車企規劃的車型中，充電功率范圍在60 kW～100 kW的車型和100 kW～120 kW的車型數量大幅度增加，同時車企也在積極與華為、百度等企業進行合作，最大功率達到180 kW以上的合作款車型數量也有大幅度增加。如圖1所示，是以這9家為集合的最大直流充電功率車型布局情況。60 kW功率車型占比由原43.1%降低到23.9%，120 kW功率車型占比提升，由原12.3%提升至23.2%，180 kW車型占比由原7.7%提升至16.1%，功率段在100 kW～180 kW之間的車型占比從23.1%提升至46.2%。

表4 汽車企業直流充電功率布局

圖1 最大直流充電功率車型分布

結合調研和專家訪談我們判斷，隨著未來充電相關標準在電壓和電流上的進一步提升，以及碳化硅模塊產能的發展，各個車企都將積極布局高電壓平臺，充電功率在中高端車型上會進一步提升。傳統車企除保留原有100 kW以內車型外，正在開發一些更高功率的車型，或對現有車型增加更高功率的版本。 新勢力車企在充電功率的提升上會更為積極。2025—2030年，支持250 kW乃至超過300 kW或更高充電功率的車型還會大幅提高。

隨著車企在車端對最大充電功率要求的提升，充電樁運營企業在樁端對充電功率也在升級。此次調研的三家樁企當前樁端的充電功率集中在60 kW和120 kW，配建比例接近1:1，但在后續計劃中，將不再配建新的60 kW功率的充電樁，后續將以120 kW和180 kW為主，也將配建部分360 kW甚至更高功率的充電樁。考慮到充電功率的向下兼容特性，且車企開發的車型的充電功率段仍集中在180 kW以內，樁企對大功率充電樁有規劃，但數量在5年內并不大，所以2025年120 kW～180 kW的充電樁將成為主流。根據專家的判斷，到2030年250 kW、360 kW功率的直流充電樁占比會大幅增加。

3.2 大功率充電技術路線分析

行業內將充電功率大于 350 kW，電壓達到1 000 V，電流達到350 A的充電方式定義為大功率充電[3]。未來，大功率充電將作為現有充電模式的補充和提升，進一步完善電動汽車充電環境，對電動汽車的推廣和充電業態的發展產生積極影響[4]。

從大功率充電的技術路線來看，在我們調研的汽車企業中，特斯拉將提高電流作為主要技術路線。大電流路線的技術要求較高，因為隨著電流的提升，設備散熱將大幅提升，不僅會降低充電效率，也增加安全風險；為了滿足電流的增大，需配備更粗的充電線纜，對冷卻的要求也更高；在現有的400 V電壓平臺下，電流提升至500 A已經達到上限，無法滿足未來功率的進一步提升的需求。我們調研的12家汽車企業中，除特斯拉外，其它11家均選擇提高電壓作為大功率充電的技術路線，在相同的電流下，提高電壓，充電功率的提升空間大是其優勢，但部分整車零部件需要根據高電壓平臺做出升級，將會提高整車的成本，所以企業普遍規劃將大功率充電應用于高級別車型。我們調研的充電運營企業則順應汽車企業的規劃，普遍將高電壓技術路線作為提高充電功率的主要布局。根據企業規劃情況，我們判斷未來5—10年高電壓將是電動汽車大功率直流充電的主要技術路線。

大功率充電產生的高電壓、大電流，容易積累大量熱量，不僅會加速電纜絕緣或護套的老化，甚至損壞充電設施，帶來生命和財產安全威脅[5]。在大功率直流充電安全方面，當前車企端在逐漸完善電池管理系統，樁企在當前60 kW、120 kW的充電樁采用風冷等自然冷卻方式。未來在大功率直流充電安全方面，主要從以下幾方面進行提升：車端將提高內部高壓系統等熱管理能力；樁端需要提高充電機對內部高壓系統、充電電纜、車輛插頭等溫度監測水平；充電槍采用液冷方式，采用高閃點高燃點的冷卻介質并提升充電樁的IP等級；在充電場站使用智能感測設備、攝像頭、溫控感應裝置等輔助設備保障安全以及通過網絡智能運維預警和車樁互動預警等網絡保護措施保障充電安全。

3.3 小功率直流充電發展趨勢

小功率直流，充電功率一般在7 kW～20 kW，比慢充高，而充電連接器用直流充電接口，在車端可去掉車載充電機（On-Board Charger, OBC），使電動汽車結構更加簡單、整備質量下降、成本降低。小功率直流充電為替代交流充電樁提供了一個新的 技術選擇，目前還處在標準預研階段，業內各方對該技術還處于觀望階段[6]。

如表5所示為調研的車企和運營商企業對小功率直流充電的現狀及規劃。

表5 汽車企業小功率直流充電現狀及規劃

車企普遍具備了小功率直流充電的技術儲備，但除蔚來外，其它車企對小功率直流充電態度普遍比較保守，目前還少有去掉OBC的車型規劃。

如表6所示，從運營商的角度分析，小功率直流充電在某些場景有其優勢，如小區配電不支持給所有的電動汽車安裝單獨的充電樁，建小型小功率直流充電服務站成為一個可行的解決方案。特來電目前已經在全國多個區域開展試點，提供“有序充電+群管群控+小功率直流”的整套解決方案，能夠在滿足車主充電需求的同時保證區域內的用電負荷在安全峰值以下。另外4S店等服務場所也有類似的需求。但目前由于小功率充電樁成本高、且少有車型支持，運營商發展小功率直流充電的積極性不高。

表6 充電運營企業小功率直流充電現狀及規劃

本文判斷，小功率直流充電短期內會應用于小區群充服務等特定場景，不會大規模普及。但是小功率直流充電樁比交流樁更易實現數據交換，可對V2G的應用提供支持，所以其未來的普及程度依V2G的普及速度而定。

4 結語

在電動汽車高速發展的大背景下，充換電基礎設施的建設將迎來高速發展。汽車企業在新能源車型及充換電領域積極布局，專業運營商則參照汽車企業的規劃及具體充換電場景對充換電基礎設施進行布局。

就充電功率而言，到2025年100 kW～180 kW功率充電車型將成為主流，2025—2030年，支持250 kW乃至超過300 kW或更高充電功率的車型會大幅增加。2025年樁企充電樁功率集中在120 kW～180 kW，到2030年250 kW、360 kW功率的直流充電樁占比會大幅增加。在公共領域，大功率充電是未來趨勢。在提升直流充電功率的技術路線方面，提高電壓為多數企業選擇的技術路線。小功率直流充電短期內會應用于小區群充服務等特定場景，不會大規模普及，未來的普及程度則依V2G的普及速度而定。