电动汽车直流充电发展现状及趋势

丁克耘，马唯杰，吕 旺，李 蝶，衣丽君

（中汽数据有限公司，北京 100070）

国内电动汽车保有量的快速增长将释放电动车能源补给的巨大需求。未来5—10年电动汽车产品充换电技术的发展趋势已成为行业关注的热点问题。本文通过对15家企业（其中包括自主传统乘用车企业4家，新势力车企3家，合资乘用车企业2家，商用车企业3家，充换电运营企业3家）的调研，从新能源汽车发展战略、纯电动汽车车型规划、充换电布局规划三方面作为切入点，结合国家及地方政策、宏观形势，对未来几年的电动汽车直流充电的技术路线及相应的基础设施发展趋势做出研判论述。

1 充电基础设施发展现状

我国新能源汽车产业规模全球领先，产销量连续五年居世界首位，中国汽车工业协会的统计数据显示，截至今年三季度，我国新能源汽车保有量达到678万辆。新能源汽车突飞猛进的背后，充换电基础设施建设功不可没。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟发布的11月充电基础设施运营数据，截至2021年11月底，联盟内成员上报公共充电基础设施累计109.2万台，自2020年12月起，月均新增充电桩约3.3万台；联盟内整车企业随车配建充电设施累计129.2万台。截至2021年11月，全国充电基础设施累计数量为238.5万台，同比增加55%。2021年1—11月，充电基础设施增量为70.4万台，公共充电基础设施增量同比上涨59.1%，随车配建充电设施增量同比上升198.1%[1]，如表1所示。

表1 全国充电基础设施保有情况

充电基础设施的日益完善，为我国汽车电动化发展提供了良好的支持。

2 政策及标准法规趋势分析

2.1 补能政策法规现状

2015年，《国务院办公厅关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》（国办发〔2015〕73号）和国家发改委等四部委印发的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015—2020年）》（发改能源〔2015〕1454号）两份顶层设计文件对我国2015—2020年充电基础设施发展起到了重要推动作用。对于不同场景的充电基础设施建设指导，国家也出台了相应的政策。

当前，我国已经完成基础标准、传导充电、无线充电、电池更换、充换电站建设运行、充换电服务等相关标准制定，有效地覆盖了设备、建设、运营等主要场景，如表2所示。充电技术标准的国际化进程持续推进，中国在2015年提出的大功率充电标准，成为全球四个主要充电国际标准之一；2020年中国提出新一代ChaoJi大功率充电技术方案得到认可。

表2 大功率充电国家标准体系

2.2 政策趋势预判

从新能源乘用车补能的技术发展趋势看，以大功率传导充电和车网协同为主的充电技术将成为政策推动与标准制定的根基；从应用场景看，以智能有序慢充为主、应急快充为辅的居民区充电服务模式以及快充为主、慢充为辅的高速公路和城乡公共充电模式将成为政策的导向，如表3所示。

表3 2021—2035年新能源乘用车补能政策导向预判

3 电动汽车直流充电发展趋势

随着新能源汽车产业发展的步伐加快，汽车企业纷纷制定了新能源汽车发展战略及未来的新能源汽车车型规划，同时电动汽车的充换电策略也在制定及探索之中。根据调研的汽车企业的新能源汽车发展规划我们发现，到2025年传统中国品牌乘用车企业规划的新能源汽车销量占比均超过30%，合资乘用车企业的新能源车型占比超过35%，商用车新能源汽车销量占比大于20%。汽车企业的新能源发展规划，将很好地支撑未来5—10年中国新能源汽车产业持续发展，也将推动新能源汽车补能产业发展壮大。

3.1 直流充电功率提升趋势分析

直流充电指的是通过充电设置直接将电网中的交流电转化为直流电传输至汽车动力电池[2]。直流充电是电动汽车在高速公路和城乡公共场景补能的重要形式，汽车企业普遍对直流充电技术路线进行了布局。

如表4所示，从调研的9家乘用车企业的纯电动车型的直流充电功率分布情况来看，当前实际量产车型中，特斯拉直流充电功率最高，达到250 kW，小鹏汽车也推出了计划量产的最高直流充电功率达到480 kW的车型，剩余大部分车型的最大充电功率集中在100 kW以内，其中60 kW以内车型数量最多。到2025年，各车企规划的车型中，充电功率范围在60 kW～100 kW的车型和100 kW～120 kW的车型数量大幅度增加，同时车企也在积极与华为、百度等企业进行合作，最大功率达到180 kW以上的合作款车型数量也有大幅度增加。如图1所示，是以这9家为集合的最大直流充电功率车型布局情况。60 kW功率车型占比由原43.1%降低到23.9%，120 kW功率车型占比提升，由原12.3%提升至23.2%，180 kW车型占比由原7.7%提升至16.1%，功率段在100 kW～180 kW之间的车型占比从23.1%提升至46.2%。

表4 汽车企业直流充电功率布局

图1 最大直流充电功率车型分布

结合调研和专家访谈我们判断，随着未来充电相关标准在电压和电流上的进一步提升，以及碳化硅模块产能的发展，各个车企都将积极布局高电压平台，充电功率在中高端车型上会进一步提升。传统车企除保留原有100 kW以内车型外，正在开发一些更高功率的车型，或对现有车型增加更高功率的版本。 新势力车企在充电功率的提升上会更为积极。2025—2030年，支持250 kW乃至超过300 kW或更高充电功率的车型还会大幅提高。

随着车企在车端对最大充电功率要求的提升，充电桩运营企业在桩端对充电功率也在升级。此次调研的三家桩企当前桩端的充电功率集中在60 kW和120 kW，配建比例接近1:1，但在后续计划中，将不再配建新的60 kW功率的充电桩，后续将以120 kW和180 kW为主，也将配建部分360 kW甚至更高功率的充电桩。考虑到充电功率的向下兼容特性，且车企开发的车型的充电功率段仍集中在180 kW以内，桩企对大功率充电桩有规划，但数量在5年内并不大，所以2025年120 kW～180 kW的充电桩将成为主流。根据专家的判断，到2030年250 kW、360 kW功率的直流充电桩占比会大幅增加。

3.2 大功率充电技术路线分析

行业内将充电功率大于 350 kW，电压达到1 000 V，电流达到350 A的充电方式定义为大功率充电[3]。未来，大功率充电将作为现有充电模式的补充和提升，进一步完善电动汽车充电环境，对电动汽车的推广和充电业态的发展产生积极影响[4]。

从大功率充电的技术路线来看，在我们调研的汽车企业中，特斯拉将提高电流作为主要技术路线。大电流路线的技术要求较高，因为随着电流的提升，设备散热将大幅提升，不仅会降低充电效率，也增加安全风险；为了满足电流的增大，需配备更粗的充电线缆，对冷却的要求也更高；在现有的400 V电压平台下，电流提升至500 A已经达到上限，无法满足未来功率的进一步提升的需求。我们调研的12家汽车企业中，除特斯拉外，其它11家均选择提高电压作为大功率充电的技术路线，在相同的电流下，提高电压，充电功率的提升空间大是其优势，但部分整车零部件需要根据高电压平台做出升级，将会提高整车的成本，所以企业普遍规划将大功率充电应用于高级别车型。我们调研的充电运营企业则顺应汽车企业的规划，普遍将高电压技术路线作为提高充电功率的主要布局。根据企业规划情况，我们判断未来5—10年高电压将是电动汽车大功率直流充电的主要技术路线。

大功率充电产生的高电压、大电流，容易积累大量热量，不仅会加速电缆绝缘或护套的老化，甚至损坏充电设施，带来生命和财产安全威胁[5]。在大功率直流充电安全方面，当前车企端在逐渐完善电池管理系统，桩企在当前60 kW、120 kW的充电桩采用风冷等自然冷却方式。未来在大功率直流充电安全方面，主要从以下几方面进行提升：车端将提高内部高压系统等热管理能力；桩端需要提高充电机对内部高压系统、充电电缆、车辆插头等温度监测水平；充电枪采用液冷方式，采用高闪点高燃点的冷却介质并提升充电桩的IP等级；在充电场站使用智能感测设备、摄像头、温控感应装置等辅助设备保障安全以及通过网络智能运维预警和车桩互动预警等网络保护措施保障充电安全。

3.3 小功率直流充电发展趋势

小功率直流，充电功率一般在7 kW～20 kW，比慢充高，而充电连接器用直流充电接口，在车端可去掉车载充电机（On-Board Charger, OBC），使电动汽车结构更加简单、整备质量下降、成本降低。小功率直流充电为替代交流充电桩提供了一个新的 技术选择，目前还处在标准预研阶段，业内各方对该技术还处于观望阶段[6]。

如表5所示为调研的车企和运营商企业对小功率直流充电的现状及规划。

表5 汽车企业小功率直流充电现状及规划

车企普遍具备了小功率直流充电的技术储备，但除蔚来外，其它车企对小功率直流充电态度普遍比较保守，目前还少有去掉OBC的车型规划。

如表6所示，从运营商的角度分析，小功率直流充电在某些场景有其优势，如小区配电不支持给所有的电动汽车安装单独的充电桩，建小型小功率直流充电服务站成为一个可行的解决方案。特来电目前已经在全国多个区域开展试点，提供“有序充电+群管群控+小功率直流”的整套解决方案，能够在满足车主充电需求的同时保证区域内的用电负荷在安全峰值以下。另外4S店等服务场所也有类似的需求。但目前由于小功率充电桩成本高、且少有车型支持，运营商发展小功率直流充电的积极性不高。

表6 充电运营企业小功率直流充电现状及规划

本文判断，小功率直流充电短期内会应用于小区群充服务等特定场景，不会大规模普及。但是小功率直流充电桩比交流桩更易实现数据交换，可对V2G的应用提供支持，所以其未来的普及程度依V2G的普及速度而定。

4 结语

在电动汽车高速发展的大背景下，充换电基础设施的建设将迎来高速发展。汽车企业在新能源车型及充换电领域积极布局，专业运营商则参照汽车企业的规划及具体充换电场景对充换电基础设施进行布局。

就充电功率而言，到2025年100 kW～180 kW功率充电车型将成为主流，2025—2030年，支持250 kW乃至超过300 kW或更高充电功率的车型会大幅增加。2025年桩企充电桩功率集中在120 kW～180 kW，到2030年250 kW、360 kW功率的直流充电桩占比会大幅增加。在公共领域，大功率充电是未来趋势。在提升直流充电功率的技术路线方面，提高电压为多数企业选择的技术路线。小功率直流充电短期内会应用于小区群充服务等特定场景，不会大规模普及，未来的普及程度则依V2G的普及速度而定。