张孩黎
（浙江八达电子仪表有限公司时通电气分公司浙江省金华市321018）
摘要：近年来，随着国家政策的引导，中国新能源汽车得到快速发展。据中国汽车工业协会发布的数据，2018年，中国新能源汽车产销均接近80万辆，同比增长超过53%；预计2019年中国新能源汽车的销售增长将达到40%左右，销量将达到100万辆。作为与电动汽车行业“相辅相成”的充电桩行业，近几年来，随着新能源汽车保有量的增长，充电桩建设也相应得到发展。。
关键词：充电桩；应用；模式
早在2015年10月，国家发改委、工信部等相关部委就联合下发《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》，提出要在5年内建成集中式充换电站超过1.2万座、分散式充电桩超过480万个。截至2017年底，我国充电桩建设数量已达到45万个，其中，公共充电桩达21万个。在政策和市场双重作用下，充电桩的经济效益初步形成，更多的社会资本争相介入，给充电桩产业注入活力，带动了充电基础设施的发展。
1、充电桩技术现状
1.1充电桩介绍
充电桩分为交流充电桩和直流充电桩。交流充电桩本质是提供可控制的交流电源，输出电压是交流电，需要车载充电机变压整流。其输出功率受限于车载充电机，主流功率以3.3kW和7kW为主，充电速度较慢，通常称之为“慢充”。直流充电桩则是自带变压整流充电管理系统，输出电压就是电池可以直接用的高压直流电。直流充电模块可以多个并联，直流充电桩的输出功率比较大，主流功率以30kW和60kW为主，充电速度较快，通常称之为“快充”。
1.2充电桩的分类
为了适应市场应用需求，充电桩可分为多种类别：按安装条件可分为立柱式充电桩与壁挂式充电桩；按安装地点可分为室内充电桩与户外充电桩；按服务对象可分为公用充电桩、专用充电桩及自用充电桩；按充电接口数量可分为一桩一充充电桩与一桩多充充电桩；按充电类型可分为交流充电桩与直流充电桩；还有专门为充电服务而建的充电站，有常规充电站及光伏充电站，常规充电站电力来自国网；光伏充电站主电力来自国网，辅助电力来自太阳能发电。
1.3现有充电桩采用的技术
充电桩由电气控制单元、充电控制器、充电单元、人机界面模块、通信模块、读卡器、增值服务、电度表及监控运营系统等构成，其中，电气控
制单元是充电的核心部分。充电桩核心充电模块结构原理如图1所示：三相交流电380V输入，经过抗电磁干扰（EMI）处理→三相全桥整流→功率因数校正（PFC）→DC/DC转换→二次整流滤波，再经抗电磁干扰后检测输出。其中，辅助电源从PFC输出端取电，通过降压整流为DC/DC控制单元提供稳定的电源。在输入端、输出端检测电压、电流、温度等参数反馈给DC/DC控制单元；DC/DC控制单元综合了各检测单元的反馈参数及CAN总线的实时需求，实时对DC/DC转换器控制。充电模块可多路并联，组成不同功率的充电桩。
图1
2、充电桩技术发展趋势
新能源汽车要真正成为人们绿色出行的交通工具，成功取代燃油车，必须提高新能源汽车的续航能力，降低新能源汽车的充电时长。影响汽车电池充电速度的因素有两点：1）充电桩自身的输出功率；2）取决于电池密度、材质、容量、电池组管理系统BMS的能力。因此，要实现汽车电池快速充电，必须使充电桩技术与电池技术有机结合、共同发展。然而，作为配套设备的充电桩技术的发展，很大程度上又取决于汽车电池技术的发展。随着电池技术的进步，电池系统能量密度的持续提升，给新能源汽车配置100kWh以上的电池组是未来的趋势。要实现高倍率充电，必须以大功率充电桩与之相匹配。因此，大功率充电桩的研发是未来发展趋势，350kW以上的充电机功率配置将是未来的主流。
2.1大功率充电桩发展的技术瓶颈
目前，发展大功率充电桩存在一定的技术瓶颈：
1）现有市区停车场配电容量不满足需求。充电桩属于三级电力用户，设备容量＞100kW的充电站，可采用10～20kV电压等级供电；设备容量＜100kW的充电站，可采用380V电压等级供电。例如：某充电站配备有10台500kW充电桩，单台充电桩的配电容量为：
式中，S为单台充电桩的输入容量；P为单台充电桩的输出功率；η为充电桩的效率，取0.9；cosϕ为充电桩的功率因数，取0.9。
充电设备输入总容量为：
SΣ=K（S1+S2+…+Sn）=0.8×617×10=4936kW（2）
式中，K为充电设备同时系数，取0.8。
公式2中的充电设备同时系数K取值较难，必须根据现场用电情况合理选取，一般K的取值范围在0.5～0.8之间。根据计算结果，充电站的配电容量约为5000kVA。按国标要求，需建独立的变电站，在市区内的多数停车场无法满足该配电需求，因此，只有城市郊区才适合建设快充充电站。
2）可承受大电流充电的导体材料及接头工艺技术尚不成熟。
要满足快速充电，以现有的充电桩技术必须加大输出电流，导体材料和接头必须满足几百安培的通电需求。根据欧姆定律可推导得到导体的自身损耗P=I2R，可见，导体的损耗是随电流的平方值而增大，所以在几百安培的充电电流情况下，必须降低导体材料自身电阻及接头触电阻，才能使导体及接头在充电过程中不产生过大的热量，确保车辆充电安全可靠。
2.2充电桩技术前沿
1）“柔性充电”概念
制定标准的充电模块，组成超大功率充电堆，利用功率动态分配技术，对集中停放的纯电动车“柔性充电”。“柔性充电”是国内某公司提出的新名词，即可根据现场实际情况灵活动态分配充电功率[2]；当需要大功率充电，电流很大时，将其他模块集中过来使用；当充电车辆多的时候又可以分开使用。这样可以充分利用有限的充电资源，实现资源共享。因此，“柔性充电”在实际应用中可节约成本、提高充电效率，未来在集中停车区可广泛推广应用。
2）“闪速充电（FlashCharging）”概念
据报道，瑞士ABB集团已开发了一种新的电动巴士技术，能在15s内完成汽车充电。而其他公司的电池技术尚无法实现这一功能。ABB开发的名为“闪速充电（FlashCharging）”的技术，乘员135人的电动巴士能利用行驶路线上的充电点进行充电。充电点位于车辆上方，充电功率达到400kW。充电点与由激光控制的移动臂相连，能在15s内为汽车电池充电，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，线路终点站将允许长时间的完整充电，而完整充电后
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汽车可行驶更长距离。受此启发，随着未来电池技术的发展，大功率充电技术的成熟，实现电动车快速充电（就是与普通汽车加油时间相仿）是可能的。
3）“无线充电”概念
目前，欧美的无线充电技术也得到了发展，美国能源署网站上公布了一项新型无线充电技术，可实现20kW的充电功率，并且已经开始对50kW的无线充电系统进行研发。无线充电技术虽然比有线充电慢，但也有其优点：它没有充电桩线缆的束缚，使用起来更加安全、方便，并且可以应用在更多场景中，比如升降机、停车场、车库等等。将来如果研发更高功率的无线充电系统，也可以使其应用于卡车、公交车等车型，甚至在未来汽车行驶中充电，达到无限续航能力。
2.3充电桩技术的发展趋势
大功率快充充电桩是充电桩的发展方向，但充电桩的发展受限于充电场所的电网容量配置、汽车电池技术，以及可承受大电流充电的导体材料等因素，未来必定往多样化，快充、慢充相结合的方向发展：市区停车场由于停车时间较长，可以使用慢充充电桩；高速服务区及城市郊区可建快充充电站，专为电动车续航而充电；闪速充电与无线充电为补充，在城市的各路段设置闪速充电区，为电动车续航充电。此外，还必须从技术标准化，应用多样化、智能化，管理网络化的方向发展，借助于互联网＋、大数据等技术手段，促进信息的开放共享、互联互通，让车辆和充电桩网络更加匹配，组织推动国家级充电服务平台建设，共同推动充电基础设施健康可持续发展，使新能源汽车成为安全、快捷、绿色的交通工具。
参考文献：
[1]董建伟.小区智能新能源产业发展的制约因素与对策[J].财经问题研究，2014，2.
[2]陈柳钦，陈翌，孔德洋.小区智能新能源产业政策及其启示[J].德国研究，2014，01.