充电桩被纳入新基建 你需要了解的几项充电技术「充电桩投建」

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2020年初，#充电桩#被正式纳入新基建范畴，今天我们从技术角度来剖析未来的新基建之星。

按照充电模式的分类来看，充电桩主要分为交流充电桩、直流充电桩和交直流一体桩。交流充电桩是通过交流电网、凭借电动汽车车载充电机对动力电池进行充电的装置，由于其充电速度较直流充电桩慢，也被称为慢充，满电状态根据电池容量在4-10个小时，充电功率和所需电流相对较低，设备生产和安装成本也较低。交流慢充适用于对充电时间要求不高的场景，如环卫车、作为代步工具的私家车等旅途短、充电频率低的电动汽车，以及在公共停车场、购物中心等长时间停车休整的场所。

直流充电桩是指通过交流电、对电动汽车动力电池直接进行充电的充电装置，直流模式的充电功率较大（一般大于30KW)，充电时间较短（一般在20到150分钟左右），因而也被称为“快充“，适用于对充电时间要求较高的场景，如出租车、公交车、物流车等运营车。直流桩相应的工作和安装成本较高。交直流充电桩在技术上的主要差异为是否直接对动力电池充电；在性能上直流充电功率大、速度快；在应用场景上，直流桩更适用于运營车，交流则适用于私家车。

充电桩硬件的核心在于充电模块。从充电桩的成本结构来看，充电机、充电模块是充电核心设备，其中充电模块占充电系统成本的近50％，其核心功能是将电网中的交流电转化成可以为电池充电的直流电。而充电模块的关键又在于IGBT功率开关，当充电模块工作时，三相交流电源经过整流滤波后，变成直流输入电压供给IGBT桥。控制器通过驱动电路作用于功率开关IGBT，使整流滤波后的直流电压转换成交流电压，这时的交流电压是脉宽调制的。接着，交流电压经高频变压器的变压隔离，再次经整流滤波得到直流脉冲，进而对电池组充电。充电桩的其余部件成本不高，APF有源滤波、电池维护设备、监控设备分别占据了成本的15％、10％和10％。需要指出的是，充电桩的塑料要求具备阻燃、耐候、耐低温、壳体绝缘、耐老化等性能，这样才能减轻事故伤害、经受极端恶劣天气而不改变材质、保证质量、不易老化。

在世界范围内充电技术创新活跃，大功率充电、无线充电、即插即充、自动插充等技术已开始实证试验．在我国，以华商三优、东软等企业为代表的即插即充方案开始示范化应用，以中兴为代表的立体车库无线充电方案有效降低了因线缆移动带来的安全隐患，科技部也积极布局无线充电技术研发，设立专顶课题研发无线快速充电技术；北汽、力帆、蔚来汽车等企业在特定领域积极推动换电模式，并积极促成多顼换电团体标准、行业标准立顶。我国《节能与新能源氵气车技术路线图》中规划，2020年实现无线充电、移动充电等新型充电技术试点运营，实现电网与车辆双向充电技术（V2G）；2025年实现无线充电、移动充电等新型充电技术大规模推广应用。

大功率群充群控是创新最活跃的领域，日美超快充研发走在世界前列·国外已经在积极开发，日本电动汽车用快速充电器协会（CHAdeMO）目前将快速充电功率定文在120一180kw，最大充电电流300A；到2020年充电功率将提高到150一200kW，最大充电电流400A，电压平台设定为500v；到2025年以后充电功率将进一步提高350一400kW，最大充电电流400A电压 台设定为1000v。美国当前的大功率充电技术是以特斯拉为应用案例的超级充电站，特斯拉新一代充电桩将配备350kw以上的输出功率，整机水冷散。美国电动车充电基础设施运营商Chargepoint发布ExpressPlus快充系统，输出电压200v一1000v，单桩最大输出功率可达500Kw。国内主流设备制造商积极开发大功率充电设备。目前许继、南瑞、普瑞特、鲁能、特来电、奥特迅、易事特、万马、中恒等主流设备制造企业都在积极开发大功率、智能化充电设备。例如，特来电大功率群控充电站配置最大1200Kw的充电箱变充电电压为200v一750v，奥特迅大功率群控充电堆，接入交流10kV电源，配电、充电、监控一体化集成，充电电压为200v一750v；易事特大功率群控充电站配置最大1080Kw的充电机，充电电压力200v一950v，一拖N大功率群控充电桩，单桩最大输出电流250A，最大功率可达720kw，一拖十二大功率群控充电机，单桩最大输出电流250A，最大充电功率180KW。

充电桩运营前景广阔，它是一项跨行业的综合服务业务，其主要由充电桩、通信模块、APN网络、充电APP及服务网站、资源监控、平台服务器及数据库等六大部分组成。充电桩是电动汽车充电服务平台的硬件基础，通过充电枪与电动汽车实现连接，进行充电。通信模块负责充电桩与后台管理系统的数据交互，一般采用的技术是在充电桩中集成双卡双待DTU，DTU模块中放置有两张不同运营商的SIM卡，当SIM卡1因故障通信中断时，DTU自动切换成SIM卡2进行通信。极端情况下，若DTU双卡均通信故障，充电桩启动离线模式，此时DTU会不断尝试与服务器进行通信，通信恢复后，上传离线交易数且充电桩启动离线模式10分钟后，监控平台会发出通信中断报警，值班员派发维修工单给运维人员，以确保离线交易记录达到上限之前修复故障。APN网络：是移动、联通和电信为企业客户提供的专用无线接入络，企业用户可按流量或带宽两种方式进行采购，从而免去基础络设施建设所需的时间和巨额运行维护费用。充电APP和服务网站：APP和服务网站使用对象为电动汽车用户，用户使用手机APP进行充电桩的搜索、定位、导航、交易结算和周边服务等，服务网站作为辅助，为APP提供服务补充，如电子发票打印等。资源监控，充电桩会实时上传运行状况数据、交易数据等，服务器将这些上传数据按照一定的规约处理后，会在资源监控大屏上展示实时的充电桩运行状况。平台服务器和数据库：平台服务器用于部署服务网站、管理平台程序以手机APP的webSerivice服务器端·数据库负责存储各类数据·服务器与数据库设计均支持扩展与负载均衡，可根据用户量和服务规模实时地进行容量和集群的扩充。在互联网流量逐渐枯竭的当下，考虑到未来新能源汽车的体量，充电运营APP有望成为下一个流量入口。我们一起拭目以待。