厚势按:本文为笔者对 9 月 17 日厚势轻沙龙《充电桩发展现状与未来发展趋势》的干货整理版,演讲共分成三个部分,今天刊登出第二部分:
充电桩发展现状;
充电桩介绍;
充电桩技术发展趋势。
发展现状
可参见昨天推送的文章:《充电桩发展现状与未来发展趋势(上)》
充电桩介绍
充电桩基本介绍
在演讲的第一部分中,从宏观层面对充电桩做了许多描述,但对于「什么是充电桩?」,还没有给出一个明确的定义。江博士根据自己对充电桩的认识,给出了一个定义:
充电桩是「功能类似于加油站里的加油机,安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)、居民小区停车场或充电站内,为电动汽车充电的设备。」
按照接口类型的不同,充电桩可分为以下两类:
交流充电桩:功率较小,用于慢充,如特斯拉交流充电的功率为 7 kW;
直流充电桩:功率较大,用于快充,有 30 kW、60 kW 等多种规格;
图 3 充电桩应用示意图
如图 3 所示,电动汽车的充电过程涉及到三个环节:电网—充电桩—汽车(电池)。事实上,这与手机的充电过程是一样的:电网—充电器—手机(电池)。
就现有的两种充电模式而言:
交流充电模式:充电桩为「交流电进,交流电出」,只需一个开关即可,价格较便宜;
直流充电模式:充电桩为「交流电进,直流电出」,需要对电流进行整流,价格昂贵。
其中,高压配电盒实际上是一个高压继电器,起到开关的功能。此外,在直流充电模式下,由于充电机比较大比较重,一般集成在直流充电桩内,而不是像交流充电模式那样直接配置在车上。
充电桩构成
图 4 充电桩构成
图 4 中展示了一个完整的充电桩所需具备的各种功能。除了充电功能外,还需要交互、验证、计量、联网等功能:
触摸屏:如果充电过程像一个黑箱,驾驶员不知道充电的状态,用户体验必然不好,而触摸屏可以显示充电完成的情况;
刷卡:主要是为了对充电过程进行验证和计费;
计量:为了保证用电量计算的可信度,一般安装的是经过 MC 认证的电表,而不是个人设计的计量板;
联网:为了方便手机远程预约、扫码充电,和摩拜单车的使用方式类似。
图 5 常见电动汽车充电时长
图 5 中统计了市面上常见电动汽车的充电时长和续驶里程。虽然这些车型有点老,不过总体而言,电动汽车慢充的时间都设计在 8 小时左右,即一晚上可以充 50 ~ 60 度电,快充的时间在 1~2 小时。
交流充电桩
图 6 交流充电桩内部结构
交流充电桩,顾名思义,是给电动汽车提供交流电源的充电装置。如图 6 所示,交流充电桩主要由以下几个部分组成:
图 7 交流充电桩样机
对于交流充电桩的分类,按照不同的标准有不同的分类方法:
按照「充电枪的数量」,即一根充电桩上有几把充电枪:
单枪;
双枪;
多枪
按照「安装方式」:
便携式:买电动汽车时送的随车充电配件,充电电流一般为 10 安培,可以直接用家用的普通插座来充电,但每小时只能充 2 度电左右,速度太慢,通常用于应急;
壁挂式:充电桩安装在墙上;
落地式:充电桩安装在地上。
按照「容量」:
10 A 220 VAC:即上文提到的的「便携式充电桩」的容量(「AC」为交流电「Alternating Current」的缩写,下同);
16 A 220 VAC;
32 A 220 VAC:目前市场的主流产品,7 kW 的功率容量;
63 A 380 VAC。
需要指出的是,充电枪的数量与技术含量无关,且一根双枪的充电桩的价格和两根单枪的充电桩的售价是差不多的。
直流充电桩
按照前文中的模式,直流充电桩是「通过内部 AC-DC 充电模块,将交流电转换成直流,给电动汽车的动力电池进行充电」的充电装置。其中,「DC」为直流电「Direct Current」的缩写,下同。
图 8 直流充电桩样机
对于直流充电桩的分类,按照不同的标准,也有不同的分类方法:
按照「枪的数量 / 功率」:
单枪:30 KW / 60 KW / 120 KW;
双枪:120 KW (60 KW + 60 KW);
一拖四(八)。
按照「输出电压等级」:
200 ~ 500 VDC:乘用车;
350 ~ 750 VDC:商用车;
200 ~ 750 VDC:通用型。
图 9 直流充电桩内部电气结构
直流充电桩的内部电气结构如图 9 所示,三大核心器件是充电模块、主控制器和绝缘检测模块。其中,充电模块占充电桩成本的一半以上。
图 10 直流充电模块内部功能结构图
充电模块之所以这么贵,因为它可视为电源行业,需要 PFC (Power Factor Corrector)功率因数模块、DC-DC 变压器等部件。
(未完待续)
主讲人简介
江磊,2015 年获得上海交通大学车辆工程专业博士学位,现任上海工程技术大学电动汽车充换电研究所副所长,主要从事电动汽车智能充电桩、车载充电机、电池管理系统等方面的研究工作。
本文未经江磊博士本人审阅,内容仅供参考。
作者:厚势分析师伊龙马
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