中國電動汽車充電技術(shù)發(fā)展趨勢研判

近年來，在政策和市場共同作用下，中國充電基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展，充電技術(shù)不斷提升，已建成世界上保有量最大、輻射面積最廣、服務(wù)車型最全的充電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。截止2021年底，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施保有量達(dá)261.7萬臺，其中公共充電基礎(chǔ)設(shè)施為114.7萬臺，私人充電基礎(chǔ)設(shè)施為147.0萬臺，國內(nèi)主要換電運營商換電站(不含重卡)約1300座。根據(jù)電能傳遞方式的不同，目前電動汽車充電技術(shù)主要包括傳導(dǎo)充電方式的交流充電和直流充電，快速更換方式的共享換電技術(shù)，以及無線充電技術(shù)。

(一)未來一段時間內(nèi)，交流充電仍是我國主要補能技術(shù)，有序充電占比將逐步提高。

交流充電也稱“慢充”，通常為小電流充電，功率一般為7kW，由于充電功率較低，充電速度慢，充電所需的時間較長，一般需要8-15小時，主要面向乘用車，應(yīng)用場景為居民小區(qū)停車場或公共停車場、大型購物中心。交流充電技術(shù)成熟，充電樁結(jié)構(gòu)簡單、體積小，安裝成本低，不含線路改造和擴容時每個交流充電樁的安裝成本僅需800-1200元。

截止2021年底，我國充電基礎(chǔ)設(shè)施中私人充電樁約占比56.2%，均為交流充電樁，公共充電樁約占比43.8%，其中交流公共樁約占比25.9%，總體而言，我國充電基礎(chǔ)設(shè)施中交流充電樁的占比約為82%。由于交流充電樁充電電流小，對動力電池的損傷小，安全性高，未來仍將是我國充電基礎(chǔ)設(shè)施中支撐電動汽車補能的主力軍，尤其是在私人領(lǐng)域。

我國充電基礎(chǔ)設(shè)施類型占比

隨著新能源汽車的爆發(fā)式增長，充電基礎(chǔ)設(shè)施保有量發(fā)展態(tài)勢將進(jìn)一步提升，無序充電勢必加重電網(wǎng)壓力。據(jù)統(tǒng)計，目前家用電動汽車充電量75%是通過慢充獲得，因此交流慢充帶給電網(wǎng)的考驗尤為嚴(yán)重。有序充電能夠幫助實現(xiàn)削峰填谷，減小電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，提高電力資源利用率，并有助于降低碳排放。目前，全國多地正在加快開展有序充電試點示范，以逐步提高有序充電樁比例。

(二)直流充電或?qū)蓸O分化：公共領(lǐng)域-大功率充電，私人領(lǐng)域-直流小功率慢充。

直流充電又稱“快充”，充電電流大、充電快，功率通常在60kW以上，滿電狀態(tài)僅需要20-150分鐘，適合對充電時長要求較高的場景，如出租車、公交車、物流車等運營車充電站，以及乘用車公共充電樁。直流充電樁需要大體積變壓器和交直流轉(zhuǎn)換模塊，因此造價遠(yuǎn)超交流樁。通常直流充電樁制造安裝成本約0.8元/W，60kW直流樁總價約5萬元(不含土建、擴容)。

隨著新能源汽車?yán)m(xù)駛里程增加，動力電池電量普遍較大，電動汽車“充電慢”的問題更加凸顯，用戶對快速補能的需求日益增強，大功率充電成為高續(xù)航車型的必然選擇。大功率充電現(xiàn)有兩種技術(shù)路線：大電流路線，典型代表為特斯拉;高電壓路線，典型代表為保時捷的800V高壓技術(shù)。大電流技術(shù)路線下，充電時會釋放更多熱量，高溫會導(dǎo)致動力電池容量驟減、電芯永久性損害等現(xiàn)象，影響充電效率，甚至可能引起安全風(fēng)險。此外，大電流對充電樁硬件設(shè)備以及線纜有較高要求，粗線纜會降低充電便利性。高電壓路線能夠緩解以上問題，但存在零部件成本高的缺點。盡管如此，國內(nèi)外車企還是普遍選擇高電壓路線，2021年起，多家車企相繼發(fā)布了基于800V高電壓平臺打造的量產(chǎn)車型和超級快充解決方案，如保時捷、現(xiàn)代、奔馳、比亞迪等。

另一方面，在充電基礎(chǔ)設(shè)施運營商和設(shè)備制造商的積極探索下，小功率充電出現(xiàn)了“直流化”趨勢。運營商認(rèn)為，小功率直流充電樁輸出功率較低、安全性更高;與交流慢充相比，無需經(jīng)過車載充電機轉(zhuǎn)化，電能輸出可調(diào)度，更適應(yīng)于V2G技術(shù);若推廣小功率直流充電，可取消車載充電機裝置，降低整車成本，節(jié)省整車空間。某充電運營商已在青島、南京、成都等地面向住宅區(qū)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)開展了小功率直流充電的試點工作，并表示未來在住宅區(qū)不再建設(shè)交流充電樁，轉(zhuǎn)為建設(shè)小功率直流智慧充電網(wǎng)絡(luò)。據(jù)悉，國家電網(wǎng)也在開展小功率直流試點工作。2021年12月22日，國家能源局發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《20kW及以下非車載充電機技術(shù)條件及安裝要求》(NB/T 10902-2021)，將于2022年3月22日開始實施。參照《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，小功率直流充電技術(shù)或?qū)⒃?025年前后大批量商業(yè)應(yīng)用。

(三)換電技術(shù)是電動汽車電能補給的重要補充，未來有望趨于標(biāo)準(zhǔn)化、共享化發(fā)展

從電能補給的發(fā)展趨勢來看，充電仍是電動汽車補能的主流方式。但是，換電作為電動汽車電能補給的路線之一，具備其特殊的優(yōu)勢。

首先，國家鼓勵多元化的補能方式，政府主管部門將長期推動充、換電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2020年以來，國家發(fā)改委、工信部、能源局等主管部門相繼發(fā)布政策文件，重點推動主要應(yīng)用領(lǐng)域形成統(tǒng)一的換電標(biāo)準(zhǔn)，提升換電模式的安全性、可靠性與經(jīng)濟性，加快換電模式推廣應(yīng)用。第二，由于充電補能方式的發(fā)展尚有一些問題亟待解決，比如土地資源的緊缺，集中充電對電網(wǎng)的沖擊，未來大功率充電電價的上漲，這些問題的存在或有助于換電模式的進(jìn)一步發(fā)展。第三，換電模式具有統(tǒng)一管理動力電池的優(yōu)勢，能使所用電池處于最佳運行工況，從而減少電池數(shù)量投入，延長服役時間，增厚資產(chǎn)回報。

與此同時，換電產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)也同樣明顯。首先，換電標(biāo)準(zhǔn)和電池標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一。目前底盤換電、分箱換電、側(cè)方換電等換電方式造成電池規(guī)格型號及參數(shù)各異，車企之間難以實現(xiàn)電池及換電設(shè)備的共享。第二，高昂的建設(shè)運營投入。單個換電站的建設(shè)成本約為200萬元左右，并且電池重資產(chǎn)運營壓力非常大。

綜合分析，充電為主、換電為輔的補能路線短期內(nèi)不會改變。短期內(nèi)，在特定領(lǐng)域應(yīng)用換電，比如在港口外駁、物流園區(qū)及鋼廠短駁等短途高頻使用場景中推廣換電重卡。從長遠(yuǎn)角度看，共享換電是未來的發(fā)展趨勢，國家必然會在標(biāo)準(zhǔn)層面積極推動換電技術(shù)的統(tǒng)一。

(四)無線充電技術(shù)尚處于探索階段，或?qū)⒂?025年前后開始小規(guī)模商業(yè)化運營。

電動汽車無線充電技術(shù)涉及到地面端設(shè)備、車載端設(shè)備、地面端與車載端之間的通信，以及無線充電系統(tǒng)與電動汽車和電網(wǎng)之間的交互。目前，我國已率先完成無線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)編制工作，從系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備拓?fù)?、通信協(xié)議、工作頻率、電磁環(huán)境等方面，對電動汽車無線充電系統(tǒng)功能和性能提出要求。

無線充電相比有線充電具有安全可靠、便捷性高、操作簡單等優(yōu)點，并且與電網(wǎng)的互動能力更強。目前，國內(nèi)外眾多主流車企已布局無線充電技術(shù)研發(fā)工作，如大眾、沃爾沃、豐田、一汽、吉利、上汽、比亞迪等。但現(xiàn)階段無線充電技術(shù)規(guī)范和商業(yè)模式都不夠成熟，應(yīng)用場景尚不明確，仍處于探索應(yīng)用階段。預(yù)計2025年前后，無線充電技術(shù)才能逐步實現(xiàn)小規(guī)模商業(yè)化運營。