大功率快充的要求与前景
2020年电动车与燃油车全方位的竞争，快充功率能否达标显得至关重要。
当前，大功率快充被认为是未来发展的必然趋势。随着新能源汽车的加速发展，大功率快充可以大大降低电动汽车的充电时间，提高出行效率，更好地满足用户的出行需求。截止2017年底，中国新能源汽车与充电桩的比例仅为3.5:1，充电时间长、充电设施服务能力不足等难题还存在。
为此，包括中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高在内的诸多业内人士曾指出，2020年电动车与燃油车全方位的竞争，快充功率能否达标显得至关重要。大功率快速充电就是采用高电压、大电流，短时间内将电动汽车充满电。一般认为，电动汽车“快充”是指电池从0%充电到80%的时间小于30分钟的充电技术，最快甚至达到10分钟以内。
目前，国外已经有推出350kw以上的大功率快充产品，而我国仅推出了公交大巴车应用的350kw充电桩，还未有应用在纯电动乘用车上的大功率快充产品。据了解，纯电动乘用车的大功率快充产品还存在电池发热、安全隔离等技术问题还待优化，同时充电站建设、电网供电等基础设施配套问题尚待解决。
01
大功率快速充电的前景
充电难题一直是新能源汽车大规模推广的一大障碍。一方面，全国各地建设的充电桩基础设施远不能满足新能源汽车充电需求，并且动辄3-4h的充电时间也降低了新能源汽车的行驶体验。
另一方面，大功率充电的应用能够大幅度提高充电效率，提升充电桩的利用率，同时可以适当降低车桩比。为此，业内人士表示，大功率快速充电技术能够解决用户充电时间长这一痛点，还可以降低车桩比例，未来的前景无限。
有业内人士表示，“如果将充电时间缩短至3-5分钟左右，那么电动汽车就具备了与传统燃油车相互竞争的能力。”不过，发展大功率快充技术目前还存在诸多难题。下面一起看下实现大功率快速充电需要满足哪些要求？目前还具备哪些挑战？
02
实现大功率快充的要求
➤对动力电池的要求
（1）对于乘用车而言，电池的单体能量密度要达到300wh/kg以上。同时，还需要兼顾安全性、电池寿命等。
（2）动力电池充电倍率也要在2-6c，否则无法保证充电时间。据悉，单独实现高能量密度或较大的充电倍率较容易，但同时兼具能量密度和充电倍率两种特性则需要解决许多难题。
（3）充电功率需要在300-600kw之间。
➤充电桩要求
（1）充电设备需要保证不同功率汽车的兼容性和保持全范围的高效性。既要兼容小功率充电，也要兼顾大功率充电。
（2）充电桩用igbt模块的尺寸、重量、耐压性等提出了更高的要求。
（3）充电模块输出电压设计需要与电动汽车的电压平台匹配。
➤电网系统
大功率充电对现有电网负担较大，可能会影响电网的稳定性，对于电网的安全性提出了更加严格的要求。
➤整车方面
如果要实现大功率直流快速充电（电压高于1000v，电流高于350a），整车的电压平台将会同步提高到1000v以上。同时，整车的高压防护等级、热管理等均需要全面提高。
在此背景下，电机、电控等的控制策略也需要重新开发，且开发周期较长。
03
大功率快充技术面临的挑战
➤大功率充电对车载igbt模块的尺寸、重量、耐压性能等提出了更高的要求。目前，以英飞凌为代表的全球前列的半导体供应商，尚难以解决大功率充电所带来的高频、高压等问题。
➤大功率快充技术对整车成本有较大影响。以碳化硅为例，目前碳化硅在产量、技术及成本上很难实现，且产品尚处于换代研发期，预计到2025年才有可能实现规模化。
➤大功率充电还需要解决充电桩本身的散热问题，包括模块、充电枪、电缆的技术突破等，都是与安全问题直接挂钩的重要因素。
➤从车型上来看，目前我国新能源汽车大多为a0级或a00级的车型，较小的空间导致较难安装尺寸更大的高电压零部件，对于使用大功率充电来说挑战不小。
04
国内技术现状
根据相关调研显示，目前我国还几乎没有实际输出功率达到150kw以上的快充桩，大部分额定功率120kw快充桩，实际输出功率仅有几十千瓦左右。
与此同时，我国现有的动力电池技术水平，已经实现了乘用车用锂离子电池3c的充电倍率，4c也在推广验证阶段。而在保持高比能量的前提下实现6c的充电倍率，目前我国乘用车用锂离子动力电池市场上还没有类似的产品。
总体来看，相对于国际先进水平，我国大功率快充技术还存在一定的差距。一方面，从整车厂角度来看，目前自主品牌在售的新能源车支持的最大快充功率为60kw，尚较少新车支持150kw以上的快速充电，更不要说支持350kw以上的大功率快速充电。
另一方面，国外许多企业已经推出了150kw、甚至350kw以上的大功率快充产品，但国内由于受到技术、电网等限制，且相关标准尚未出台，目前进展相对较慢。
举例来说，国家电网的直流快充桩的电流为50a，一般1-2小时内可以将车充电80%。而特斯拉的超级充电站的充电插座最高电流能够达到80a，40分钟即可充电80%。
05
国外技术现状
根据统计，目前戴姆勒、宝马、福特、奥迪等车企都在加速布局大功率快充技术。其中，2017年底，戴姆勒、bmw、福斯、福特等四大车厂曾宣布将在欧洲联合部署电动车的“超快速充电站”，预计设立的 400 个充电站为联合充电系统 (ccs) ，最大功率为 350kw。
另外，瑞士abb公司也推出了terra high power dc快充充电桩，输出功率可以达到350千瓦，几乎是特斯拉超级充电桩的三倍。据悉，目前特斯拉的超级充电桩最高能提供120kw的输出功率。
而今年6月5日，奥迪旗下首款纯电动suv车型——奥迪e-tron正式在国内亮相。新车支持150kw的快速充电，最快可以30分钟充满，且满电续航达到500公里。
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另一方面，大功率充电的应用能够大幅度提高充电效率，提升充电桩的利用率，同时可以适当降低车桩比。为此，业内人士表示，大功率快速充电技术能够解决用户充电时间长这一痛点，还可以降低车桩比例，未来的前景无限。
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02
实现大功率快充的要求
➤对动力电池的要求
（1）对于乘用车而言，电池的单体能量密度要达到300wh/kg以上。同时，还需要兼顾安全性、电池寿命等。
（2）动力电池充电倍率也要在2-6c，否则无法保证充电时间。据悉，单独实现高能量密度或较大的充电倍率较容易，但同时兼具能量密度和充电倍率两种特性则需要解决许多难题。
（3）充电功率需要在300-600kw之间。
➤充电桩要求
（1）充电设备需要保证不同功率汽车的兼容性和保持全范围的高效性。既要兼容小功率充电，也要兼顾大功率充电。
（2）充电桩用igbt模块的尺寸、重量、耐压性等提出了更高的要求。
（3）充电模块输出电压设计需要与电动汽车的电压平台匹配。
➤电网系统
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如果要实现大功率直流快速充电（电压高于1000v，电流高于350a），整车的电压平台将会同步提高到1000v以上。同时，整车的高压防护等级、热管理等均需要全面提高。
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03
大功率快充技术面临的挑战
➤大功率充电对车载igbt模块的尺寸、重量、耐压性能等提出了更高的要求。目前，以英飞凌为代表的全球前列的半导体供应商，尚难以解决大功率充电所带来的高频、高压等问题。
➤大功率快充技术对整车成本有较大影响。以碳化硅为例，目前碳化硅在产量、技术及成本上很难实现，且产品尚处于换代研发期，预计到2025年才有可能实现规模化。
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