充电桩:进入发展快车道,向智慧、大功率充电发展(二)

在上一篇文章“充电桩:进入发展快车道,向智慧、大功率充电发展(一)”中,我们对充电桩技术发展趋势和充电桩的类别做了详细介绍,本文我们将介绍充电桩的充电方式。

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一般充电桩有两种充电方式,分别是:

恒流充电法

恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻,以保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单,但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的。到充电后期,充电电流多用于电解水,产生气体,使出气过甚;因此,常选用阶段充电法。

恒压充电法

充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值,随着蓄电池端电压的逐渐升高,电流逐渐减少。与恒流充电法相比,其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电,由于充电初期蓄电池电动势较低,充电电流很大。随着充电的进行,电流将逐渐减少;因此,只需简易控制系统。

调查显示接近94%的电动汽车车主单日行驶里程在100km以内。按照百公里20kwh耗电量推算,平均每天消耗电量20kwh,使用7kw交流充电桩仅需要3个小时即可充满;而且有41%车主使用小区私人桩充电。此外有37%车主通过家里排插拉线充电(俗称“飞线充电”),远高于其他充电方式,表明居住地充电仍是车主首选。

以这样的趋势看,围绕日常生活和工作场景的交流慢充桩仍然是电动汽车最主要的充电方式;而工作、娱乐和消费场所的公共慢充桩,则可以依托生活和工作场景,弥补私人桩不足。

另外,智慧充电系统也将流行。它通过有序充电和调整功率实现错峰充电,可在电力不扩容的情况下实现“一车一桩”的电力配置。智慧充电系统包含三个部分:

1、按照电动汽车“先来先到”原则制定充电排序计划,避免车主同时充电增加电网负荷

2、“车-桩-网”互联互动调整充电桩输出功率,避免充电高峰和生活用电高峰叠加

3、充分利用夜间用电波谷充电

不过采用目前的60kw的直流桩,其动力电池充电时长仍高达1.5-10个小时,很难满足应急性充电需求,导致电动汽车使用便利性远不及燃油车。为此,换电、无线充电和大功率快充技术需求应运而生。

换电就是换电站对电池集中存储和充电,并且为电动汽车更换电池,仅需3-5分钟即可补给300-500公里续航里程。目前北汽新能源和蔚来汽车均已投建换电站。

无线充电是利用磁场传递能量对电池充电,无需高压电线连接,避免安全隐患,实现停车即充,未来有望实现边开边充。

大功率快充则是采用250kw及以上大功率充电机对电池充电,实现充电10-15分钟、续航300公里。如瑞士ABB集团已经开发出了能在15s内完成汽车充电的电动巴士技术,即“闪速充电(FlashCharging)”。“闪速充电”的充电功率可以达到400kW。它的设计理念是,让电动巴士在一次充电后有足够动力行驶至下一个充电站,而在线路终点站可允许巴士长时间充电,当满电后汽车可行驶更长距离。

这三种技术路径各有优劣,不过从行业巨头动态、技术可行性和配套标准来看,大功率充电技术是未来发展趋势。不过现阶段大功率充电技术仍然面临技术瓶颈和标准不统一问题。技术方面,大功率充电引起电网波动,由此对充电设备可靠性提出更高要求;目前乘用车电池最大倍率仅0.5C、1.5C,难以承受大功率充电;350kw充电桩仅模块散热就达17.5kw,散热和冷却技术要求高;大电流、高电压增加电缆载流量和横截面体积,电缆重量影响用户体验。标准统一方面,2015年版充电桩国标中的直流充电桩额定电压仅有80A/125A/200A/250A四种口径,而大功率充电桩电流高达350-500A,且大电压、大电流对设备绝缘、冷却以及充电接口标准等带来了一系列变化,大功率充电技术国标亟待制定。

目前,整车企业和充电运营商巨头积极布局大功率充电技术,我国大功率充电国家标准制定工作即将启动。目前很多跨国车企都已经着手规划建设超级充电基础设施,而且提出的是350kW、1000V/350A的大功率充电。戴姆勒、大众、福特、宝马等汽车产业巨头组建的欧洲快速充电联盟Ionity的首个超快速充电站也已启用,该充电桩通过联合充电系统进行充电,充电功率高达350KW,能有效节约充电时间。

日本CHAdeMO协会也正在推进大功率充电技术的研发。CHAdeMO则表示,在2020年时,不会直接建设350kW的大功率充电设施,但是会积极的实验验证350kW的大功率充电技术。

从国内来看,包括国网、星星充电和特来电在内的充电桩巨头和小鹏汽车等新造车势力正在发力大功率充电技术,其中小鹏汽车120kw充电桩已投入运营。

随着技术的进步,电池的充电倍率特性、电池容量、续驶里程会逐渐增加,因此大功率充电也将快速发展。

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