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我国充电基础设施类型占比
随着新能源汽车的爆发式增长,充电基础设施保有量发展态势将进一步提升,无序充电势必加重电网压力。据统计,目前家用电动汽车充电量75%是通过慢充获得,因此交流慢充带给电网的考验尤为严重。有序充电能够帮助实现削峰填谷,减小电网负荷峰谷差,提高电力资源利用率,并有助于降低碳排放。目前,全国多地正在加快开展有序充电试点示范,以逐步提高有序充电桩比例。
(二)直流充电或将两极分化:公共领域-大功率充电,私人领域-直流小功率慢充。
直流充电又称“快充”,充电电流大、充电快,功率通常在60kW以上,满电状态仅需要20-150分钟,适合对充电时长要求较高的场景,如出租车、公交车、物流车等运营车充电站,以及乘用车公共充电桩。直流充电桩需要大体积变压器和交直流转换模块,因此造价远超交流桩。通常直流充电桩制造安装成本约0.8元/W,60kW直流桩总价约5万元(不含土建、扩容)。
随着新能源汽车续驶里程增加,动力电池电量普遍较大,电动汽车“充电慢”的问题更加凸显,用户对快速补能的需求日益增强,大功率充电成为高续航车型的必然选择。大功率充电现有两种技术路线:大电流路线,典型代表为特斯拉;高电压路线,典型代表为保时捷的800V高压技术。大电流技术路线下,充电时会释放更多热量,高温会导致动力电池容量骤减、电芯永久性损害等现象,影响充电效率,甚至可能引起安全风险。此外,大电流对充电桩硬件设备以及线缆有较高要求,粗线缆会降低充电便利性。高电压路线能够缓解以上问题,但存在零部件成本高的缺点。尽管如此,国内外车企还是普遍选择高电压路线,2021年起,多家车企相继发布了基于800V高电压平台打造的量产车型和超级快充解决方案,如保时捷、现代、奔驰、比亚迪等。
另一方面,在充电基础设施运营商和设备制造商的积极探索下,小功率充电出现了“直流化”趋势。运营商认为,小功率直流充电桩输出功率较低、安全性更高;与交流慢充相比,无需经过车载充电机转化,电能输出可调度,更适应于V2G技术;若推广小功率直流充电,可取消车载充电机装置,降低整车成本,节省整车空间。某充电运营商已在青岛、南京、成都等地面向住宅区和产业园区开展了小功率直流充电的试点工作,并表示未来在住宅区不再建设交流充电桩,转为建设小功率直流智慧充电网络。据悉,国家电网也在开展小功率直流试点工作。2021年12月22日,国家能源局发布行业标准《20kW及以下非车载充电机技术条件及安装要求》(NB/T 10902-2021),将于2022年3月22日开始实施。参照《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,小功率直流充电技术或将在2025年前后大批量商业应用。
(三)换电技术是电动汽车电能补给的重要补充,未来有望趋于标准化、共享化发展
从电能补给的发展趋势来看,充电仍是电动汽车补能的主流方式。但是,换电作为电动汽车电能补给的路线之一,具备其特殊的优势。
首先,国家鼓励多元化的补能方式,政府主管部门将长期推动充、换电产业发展。2020年以来,国家发改委、工信部、能源局等主管部门相继发布政策文件,重点推动主要应用领域形成统一的换电标准,提升换电模式的安全性、可靠性与经济性,加快换电模式推广应用。第二,由于充电补能方式的发展尚有一些问题亟待解决,比如土地资源的紧缺,集中充电对电网的冲击,未来大功率充电电价的上涨,这些问题的存在或有助于换电模式的进一步发展。第三,换电模式具有统一管理动力电池的优势,能使所用电池处于最佳运行工况,从而减少电池数量投入,延长服役时间,增厚资产回报。
与此同时,换电产业面临的挑战也同样明显。首先,换电标准和电池标准的不统一。目前底盘换电、分箱换电、侧方换电等换电方式造成电池规格型号及参数各异,车企之间难以实现电池及换电设备的共享。第二,高昂的建设运营投入。单个换电站的建设成本约为200万元左右,并且电池重资产运营压力非常大。
综合分析,充电为主、换电为辅的补能路线短期内不会改变。短期内,在特定领域应用换电,比如在港口外驳、物流园区及钢厂短驳等短途高频使用场景中推广换电重卡。从长远角度看,共享换电是未来的发展趋势,国家必然会在标准层面积极推动换电技术的统一。
(四)无线充电技术尚处于探索阶段,或将于2025年前后开始小规模商业化运营。
电动汽车无线充电技术涉及到地面端设备、车载端设备、地面端与车载端之间的通信,以及无线充电系统与电动汽车和电网之间的交互。目前,我国已率先完成无线充电技术的标准编制工作,从系统设计、设备拓扑、通信协议、工作频率、电磁环境等方面,对电动汽车无线充电系统功能和性能提出要求。
无线充电相比有线充电具有安全可靠、便捷性高、操作简单等优点,并且与电网的互动能力更强。目前,国内外众多主流车企已布局无线充电技术研发工作,如大众、沃尔沃、丰田、一汽、吉利、上汽、比亚迪等。但现阶段无线充电技术规范和商业模式都不够成熟,应用场景尚不明确,仍处于探索应用阶段。预计2025年前后,无线充电技术才能逐步实现小规模商业化运营。
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