新基建之电动汽车充电桩及其核心模块
近海
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2020.05.28
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2020年3月4日,中共中央政治局常务委员会召开会议,研究当前新冠肺炎疫情防控和稳定经济社会运行重点工作,要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。新能源充电桩纳入新基建,成为国家基础设施建设的重点。

1 新能源汽车充电桩现状

中国电动充电基础设施促进联盟1月13日发布最新的充电桩运营数据显示,2019年12月公共类充电桩较上月增加1.2万台,同比增长55.9%。截至2019年12月,全国公共充电桩和私人充电桩总计保有量为121.9万台,同比增长50.8%。

2015年印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》中提出,到2020年规划车桩比基本要达到1:1。目前我国新能源车与公共充电桩的比例为8.7:1,加上私人充电桩的车桩比为3.4:1,与规划目标仍有不小的差距。

随着电动汽车动力电池技术的快速发展,主流电动汽车的续航里程已经升级到400公里起步,500、600甚至700公里续航的车型不断面世,可以预见在不久的将来1000公里续航的电动汽车也将出现。因此,单从续航里程来说,电动汽车已完全可以与燃油车相媲美,这已不构成消费者用车过程中的痛点。所以目前在新能源车主用车过程中的真正痛点是充电时间,与燃油车的几分钟的加油时间相比还是太过漫长。

电动汽车的充电时间除了与动力电池的输入功率有关外,还与充电设备也就是充电桩的输出功率有关。充电桩的输出功率直接决定了电动汽车的充电速度,因此高功率的公共快充桩尤为重要,这在高速公路中途补充能量的应用场景中非常明显。以50kwh为例,要把充电时间缩短至30分钟,至少需要100kw的充电功率,而对更大容量的动力电池来说,对应的充电功率至少在150kw-200kw之间,这就对充电桩的技术条件提出了较高的要求。

2 充电桩的技术发展趋势

2020年5月12日,华为技术有限公司作为企业代表出席了主题为“新基建 充电板块在行动”的新闻发布会,并由数字能源产品线副总裁张峰发表“华为助力新基建充电基础设施快速、健康发展”的主题演讲,发布了面向2025年的充电基础设施八大趋势,并分享了最新上市的HUAWEI HiCharger 30kw充电模块给客户带来的六大价值。

趋势一:充电接近加油体验

从现在到接下来的几年时间内,乘用车充电电压将从500V提升到800V,单枪充电功率从60kw到支持350kw,充电时间从1个小时左右缩短到10-15分钟,接近燃油车加油时间,提升电动汽车充电体验。

趋势二:充电设施有更好的可用度

充电基础设施要有更好的可用度,具备高可靠、高质量的特性,能够在高温高湿、盐雾、粉尘等恶劣环境下运行。充电设备可以不断迭代升级,支持未来乘用车所需的更高充电功率和充电电压,避免设备无法升级而导致的整体更换。

趋势三:更节能更绿色

预计到2025年,中国电动汽车保有量将达到3000万台,年充电量超过2500亿度。如果充电效率提升3个百分点,将节省85亿度电,减少600万吨二氧化碳排放,节约电费超过60亿元。要通过技术和电站设计双重驱动使充电基础设施变得更节能更绿色,技术方面要有固态变压器、新拓扑器件及新算法的使用,在电站设计上要支持光伏、储能的本地接入和综合调度。

趋势四:核心部件标准化

当前的充电基础设施形态各异,存在厂家多、产品型号多、部件尺寸多等特点。就充电模块来说,不同厂家的型号、尺寸都不一样,不能互换和兼容,很多充电桩可能由于没有备件或备件太贵、无厂家维护等问题而被迫更换,给投资方和社会带来巨大损失。所以,在充电桩的常用、易损、核心部件上一定要持续推进标准化的工作,做到标准化、可替换、可演进。

趋势五:无处不在,环境友好

随着电动汽车的普及,充电基础设施将变得无处不在,商场、办公区、居民区都将有充电基础设施的覆盖,所以一定要做到环境友好。首先,要做到低噪音,比如不能高于空调室外机的噪音。其次,要低辐射,减少对电气设备特别是对人体的影响。最后,要做到电网友好,减少充电对公共电网的冲击。要做到以上这三个友好,一方面要采用新技术、提高系统工程能力,另一方面要提高标准,严格实施。

趋势六:设施智能化

物联网、大数据、云计算、人工智能等技术将改变充电基础设施在充电体验、运行维护、网络协同等方面的体验,使充电基础设施数字化、智能化,实现充电体验安全快捷、充电设施安全高效和无人值守、充电网络智能调度。

趋势七:更严格的安全可信与隐私保护

充电基础设施是用电设备,也是网络设备,还接收电网的调度和管理,需要有高可靠性、高设备安全性、高网络安全性、高可用性及高韧性,同时要实施严格的隐私保护,合规使用人和车的隐私数据。要从社会认识、行业标准、技术要求与实现等方面共同努力,实现在充电基础设施方面的数字信任,保证这一产业长期健康发展。

趋势八:充电基础设施是多网融合的节点,能源互联网的入口

电网、充电网、互联网等多个网络都汇聚在充电基础设施这一个节点上。电网方面,本地配电网会有光伏、储能协同,会有VPP虚拟电厂的调度使用,要支持电网的调频、调峰。充电网方面,支持有序充电,会采用区块链等技术,支持市场交易。车辆网方面,会做到人、车、桩协同,实现云BMS管理等。

3 充电桩的核心—直流快充模块

2020年4月24日,华为推出了面向新能源领域的直流快充模块HiCharger,分为国内版30kw和国外版20kw两个版本。其中,30kw快充模块效率最高达96.4%,20kw的快充模块效率最高达96.55%。这两个版本的模块尺寸相同,支持充电桩同尺寸扩容,能实现300—1000V范围的全段恒功率输出,满足400V和800V两种车辆电压工作平台。该模块具有“可靠高效、智能低噪”的特点,将为充电运营商带来全新解决方案。

HiCharger直流快充模块采用全灌胶、全隔离的防护技术,解决了风冷充电模块易受环境影响失效的问题。

目前,不少直流充电桩存在噪音较大的问题,而HiCharger提供了静音模式,可以根据温度变化精准调节风扇转速,当温度降低时,风扇转速下降,降低噪声,做到低温低噪。

另外,通过内置的温度传感器并结合人工智能技术,HiCharger可以识别充电柱的防尘网堵塞以及模块风扇的堵转状态,可帮助运营商实现远程故障诊断及维护,能够极大提升整个系统的运营效率,降低运维费用。

小结:随着电动汽车充电桩纳入新基建计划,将会迎来新一轮的充电桩投资热潮,提高充电基础设施的覆盖率,并带动电动汽车的普及。而直流快充模块是直流充电桩的核心部件,为了提升消费者的充电体验、降低运营商的运维成本,直流快充模块也将朝着“高功率、高效率、高可靠、高智能”的方向发展。

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2020.10.02
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