先進充電樁技術發展概述與展望

【摘要】隨著電動汽車續駛里程需求的不斷提升，動力電池技術的持續進步以及車載動力電池電量的逐步增大，電動汽車充電功率小、充電時間長的問題逐漸凸顯。縮短充電時間，提高充電效率，可以顯著提升電動汽車的使用體驗，有助于電動汽車的推廣應用。文章重點研究先進充電樁的技術發展現狀與未來趨勢，概述充電樁的工作原理，介紹充電樁的分類以及技術發展現狀。

【關鍵詞】電動汽車；充電樁；直流；交流；電源模塊中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）08-0009-03

【Abstract】With the continuous increase in the driving rangerequirements of electric vehicles，the continuous progressofpowerbaterytechnologyandthegradual increaseinthecapacityofon-boardpowerbateries，theproblemsof lowcharging power and long charging time havegradually emerged.Shortening thecharging timeand improving the chargingeffciencycansignificantlyenhance theuserexperienceof electricvehiclesandcontribute totheirpromotionand application.Thearticlefocusesonstudying thecurrnttechnologicaldevelopment statusandfuturetrendsofadvanced chargingpiles.Summarizetheworking principleof thechargingpile.Introduce theclasificationofcharging stationand the current status of technological development respectively.

【Key words】 electric vehicle；charging station；DC；AC； power supply module

0 引言

截至2024年底，全國新能源汽車保有量達3140萬輛，純電動汽車超2209萬輛。隨著電動汽車續航需求提升、動力電池技術進步，電動汽車充電功率小、時間長的問題凸顯1。私人車輛對城市及高速充電設施的功率需求大，提升充電效率可突破電動汽車發展瓶頸，拓展應用場景，推動產業發展。充電效率提升涉及多系統3，本文聚焦先進充電樁技術發展與趨勢。

1工作原理

充電樁主要提供電能轉換功能，將供電網的交流標準電能轉換為電動汽車需要的特定電壓的直流電能，同時還提供充電電纜和充電插頭，使之方便地與電動汽車連接與分離[4。除傳輸電能外，充電樁還通過解析電動汽車發送的通信報文，改變非車載充電機狀態，實現直流電能的受控傳輸5。充電樁的核心部件是充電機，也稱電源模塊。電源模塊并非充電樁所特有，在儲能、計算機、基站等各個領域均有涉及，因此，電源模塊的技術相對比較成熟。充電樁用電源模塊要求具有盡量寬的電壓輸出范圍，且高效率的區間大，這樣能覆蓋更廣泛的不同平臺電壓的電動汽車。在輸出功率方面，可通過電源模塊的疊加來實現。對于采用主動冷卻技術的充電樁，冷卻系統直接影響其充電功能和充電安全，成為充電樁的關鍵技術之一[8]

2 充電樁的分類

根據不同的分類標準，電動汽車用充電樁可以有以下幾種不同的分類方式[9-12]。

1）按照充電接口類型進行分類，車用充電樁主要可以分為交流充電樁（AlternatingCurrent，AC）和直流充電樁（DirectCurrent，DC）。其中，交流充電樁主要通過交流電源為電動汽車提供充電服務，其結構相對簡單，成本較低，但充電速度較慢，適用于家庭、辦公室或停車場等場所，為電動汽車提供慢速充電。而直流充電樁則通過直流電源為電動汽車提供充電服務，充電速度快，適合長途駕駛，但成本相對較高，通常安裝在專用充電站或高速公路充電站，為電動汽車提供快速充電。

2）按照充電功率進行分類，車用充電樁主要分為低功率充電樁（ ?7.7kW 和高功率充電樁 gt;7.7kW 。低功率充電樁的成本低，安裝方便，適合于家庭、辦公室等場景，為電動汽車提供慢速充電。高功率充電樁的充電速度快，更適合長途駕駛，主要應用于專用充電站或高速公路充電站。

3）按照充電網絡進行分類，車用充電樁可分為公共充電樁和專用充電樁。公共充電樁的分布廣泛，方便用戶隨時充電，主要面向所有電動汽車用戶開放，例如公共停車場。專用充電樁的充電效率高，用戶體驗好，屬于專門為特定品牌或類型的電動汽車提供的服務，可能只允許特定用戶使用，如企業內部停車場。

4）按照充電方式進行分類，充電樁分為掛槍充電和無線充電。其中，掛槍充電時，用戶需要將電動汽車與充電樁的充電接口對插，然后拔出充電槍進行充電，這是最常見的充電方式，適用于各種充電樁。無線充電的優點在于無需插拔充電槍，用戶只需將電動汽車停在充電樁附近即可充電，方便快捷，但其局限性在于僅有部分電動汽車和充電樁支持無線充電功能。

5）按照安裝方式進行分類，充電樁主要分成立式充電樁和壁掛式充電樁。立式充電樁的安裝無需靠墻，適用于戶外停車位或小區停車位；壁掛式充電樁必須依靠墻體固定，適用于室內或地下停車位。

6）按照安裝地點防護等級進行分類，主要分成室內充電樁和室外充電樁。室內充電樁的防護等級需要起碼達到IP32以上，主要用于室內停車場、私人車庫等。室外充電樁由于需要面臨風雨交加的惡劣環境，因此要有更好的絕緣性和避雷條件，其防護等級起碼要達到IP54才能保障人身安全、車身安全和充電設備安全，主要用于戶外停車場、路邊停車位等。

7）按照充電接口的數量進行分類，車用充電樁可分為一樁一充和一樁多充。一樁一充主要是指一臺充電樁只有一個充電接口，目前市場上充電樁多以一樁一充式為主。一樁多充指的是一臺充電樁有多個充電接口，在公共停車場這樣大型停車場中，需要多充式充電樁，同步支持多臺電動車充電，不但可以提高充電效率，也能更好地節省人工成本。

8）按照服務對象進行分類，充電樁主要分為公共充電樁、專用充電樁以及自用充電樁。公共充電樁主要由政府機關等具有公共服務性質的機構置辦，服務對象面向任何電動汽車，多用于公共停車場等公共場所。專用充電樁多為企業建造，服務對象為客戶和內部人員，主要出現在商場停車場、企業內部停車場等。自用充電樁為私人充電樁，安裝于私人領域，不對外開放，多適用于私人住宅、私人車庫等。

3技術發展現狀

受限于關鍵器件選型，充電樁的電壓均低于1000V，提升功率參數主要依靠充電電流[3]。目前，充電樁頭部企業的電壓輸出范圍為200～1000V，高效區間大，基本涵蓋了當前電動汽車的全部電壓需求。在液冷系統的加持下，充電樁的輸出電流最高可達到1500A，基本滿足了未來一段時間內的產品需求[14]。充電樁的實際輸出電流主要取決于充電連接裝置的載流和溫升標定。基于充電樁充電能力大于電動汽車接受能力，充電樁的輸出電流大小決定著充電目標參數。目前，在現行充電標準上進行的驗證表明，充電樁可實現最大約1500A的輸出能力，按照1000V輸出電壓計算，功率最高可到 1500kW^[15]"。制約電流大小的因素主要為導體的耐溫極限，而導體的溫度高低則遵循著產熱和散熱的基本規律，即溫度與充電輸出電流工況相關。溫度達到穩態時對應的電流低于溫度極限內電流可達到的短時值或瞬態值，因此，充電目標參數與未來定義的充電工況相關。

現階段，交流充電實現大功率的主要弊端為隔離式車載充電機的尺寸和質量超出整車承受極限，非隔離式車載充電機面臨難以解決的電氣安全風險[]。無線充電實現大功率的難點在于主動發射的電磁場存在較大的功率損耗，且難以控制對電氣設備的電磁兼容和對生物的電磁輻射影響]。因此，大功率充電通常是指基于直流充電系統的充電方式，即直流大功率充電[18]。目前，歐洲已開展兆瓦級車輛的示范充電工程，充電電流范圍在1000～1500A之間，遠超普通快充樁的500A水平。若結合當前主流的1000V電壓平臺，理論上可實現1000～1500kW的充電功率。在輸出電壓不變的情況下，與非液冷的250kW、200kW、150kW、80kW和40kW充電功率形成高低搭配的充電網絡。在國內，特斯拉、廣汽、小鵬、北京新能源等汽車企業也在大力開發大功率充電技術。特斯拉V4充電樁輸出功率在北美已支持500kW（國內為250kW）。華為與歐洲合作伙伴（如德國菲尼克斯）合作推廣全液冷超充技術，其方案已實現 600kW 單槍輸出，并計劃進一步擴展至更高功率。

4未來趨勢

充電樁作為新能源汽車的重要配套設施，其未來發展趨勢受到了廣泛關注。新能源汽車發展對高壓大功率直流充電樁需求迫切。2025年中國計劃將乘用車充電電壓升至800V，功率提至 350kW 。歐美加速布局兆瓦級充電網絡，目標實現1000～1500kW充電能力，長期或達 2000kW 。2026年前后的第3代超級快充技術將達 1500kW ，并解決熱管理問題。柔性充電堆與V2G（車輛到電網）技術也將進一步發展。

5結束語

本文針對先進充電樁的技術發展現狀與未來趨勢進行了詳細介紹。

首先，概述了充電樁的工作原理，通過解析電動汽車發送的通信報文，改變非車載充電機狀態，實現直流電能的受控傳輸。

其次，介紹了先進充電樁的分類以及各自的使用場景：按照充電接口類型分為交流充電樁和直流充電樁；按照充電功率分為低功率充電樁和高功率充電樁；按照充電網絡分為公共充電樁以及專用充電樁；按照充電方式分為掛槍充電和無線充電；按照安裝方式分為立式充電樁和壁掛式充電樁；按照安裝地點防護等級分為室內充電樁和室外充電樁；按照充電接口的數量分為一樁一充和一樁多充；按照服務對象分為公共充電樁、專用充電樁以及自用充電樁。之后介紹了充電樁的技術發展現狀，充電樁可實現最大約1500A的輸出能力，按照1000V輸出電壓計算，功率最高可到 1500kW ，現階段大功率充電通常基于直流充電系統，目前歐洲已開展兆瓦級車輛的示范充電工程，中國新能源汽車企業也在大力發展大功率充電技術。

最后，對充電樁的未來發展趨勢進行了展望，2025年中國計劃將乘用車充電電壓從500V升級到800V，單槍充電功率從60kW提升到 350kW ，預計2026年前后的第3代超級快充技術將實現 1500kW 的充電功率，此外，柔性充電堆技術以及V2G技術也將得到進一步發展應用。

參考文獻

[1] 秦瑋，孫健，王新艷.新能源汽車的電池管理與充電技術 研究[J].大眾汽車，2024（2）：91-93.

[2] LinW.M.，Wei H.Technological ReviewofChargingDemandand Distribution ModelsforElectric Vehicles[J].International Conference on Transportation and Development， 2023.

[3] Chawrasia S.K.，Bose D.，Chanda C. K.A Thorough Survey and Analysis of Advancements in Electric Vehicle Charging Energy and Technological Advancements.2024.

[4]王旭，齊向東.電動汽車智能充電樁的設計與研究[J].機電 工程，2014，31（3）：393-396.

[5]付軼恒，吳臣.大功率充電樁技術研究與應用[J].電力設備 管理，2024（21）：198-200.

[6]張海艷，呂志偉，左延婷，等.電動汽車大功率充電技術研 究與應用[J].北京汽車，2020（1）：31-34.

[7]Sheng L. W.， Jiang X. X.， Chun Z. J.，et al.A Large Power Charging Supply Designed for New Type Energy-Model[J]. Power Electronics，2003，37（2）：23-26.

[8]李雪利.新能源汽車充電樁熱管理系統控制器研發[D].天 津：天津工業大學，2022.

[9]曹佳佳，王淳，霍崇輝，等.考慮負荷波動與電壓偏移的城 市充電樁分類優化配置[J].南昌大學學報（工科版）， 2021，43（2）：197-204.

[10] Li Y.Q.，Jia Z.H.，Wang F.L.，et al.Demand Forecast of Electric Vehicle Charging Stations Based on User Classification[J].Applied Mechanicsamp; Materials，2013，2279（585）： 855-860.

[11]Mohanty A.K.，Perli S.B.Fuzzy-based optimal network reconfiguration of distribution system with electric vehicle charging stations，distributed generation，and shunt capacitors[J].Advances in Electrical amp; Electronic Engineering， 2023.

[12] Creanga A.，Filote C.，Ra M.，et al.An overview and performance evaluation of open charge point protocol from an electromobility concept perspective[J]. International Journal of Energy Research，2022，46（2）：523-543.

[13]Quddus M.A.，Yavuz M.，Usher J.M.，et al.Managing Load Congestion in Electric Vehicle Charging Stations under Power Demand Uncertainty[J].Expert Systems with Applications， 2019，125（JUL.）：195-220.

[14] Hu X.，Lei H.，Deng D.，et al.A two-stage approach to siting electric bus charging stations considering future-current demand[J].Journal of cleaner production，2024，434（Jan.1） ： 139962.1-139962.16.

[15]Rafi M.A.H.，Bauman J.A Comprehensive Review of DC Fast-Charging Stations With Energy Storage：Architectures， Power Converters，and Analysis[J]. IEEE Transactions on Transportation Electrification，2021，7（2）：345-368.

[16]廉玉波，王洪軍，武云龍.抑制大功率交流充電傳導騷擾 的濾波設計[J].客車技術與研究，2016，38（4）：26-30.

[17]林翌臻，黃葉春，章哲成，等.基于擴頻的大功率無線充電 EMI抑制研究[J].電力電子技術，2024，58（8）：53-56.

[18]周特威，沈旖旎，舒瑛，等.大功率直流充電系統設計及短 路保護分析[J].船電技術，2024，44（9）：25-30.

（編輯凌波）