不夠“快”?深入探討新能源車快充趨勢

  糾錯  2019/5/29 14:29:00  糾錯 推薦指數: ★★★   加入收藏

大家都知道,繞過充電基礎設施談電動車普及的說法都是“耍流氓”,且正因為充電樁規模小數量少,導致電動車本身的毛病被無限放大。為解決這一問題,由寶馬大眾等合資成立的Ionity在歐洲投建輸出功率高達350kW的直流快充樁(匹配車型可實現10-15分鐘充至80%)。這讓中國電動車主們羨慕的同時,也想了解國內的快充樁發展如何了,尤其是充電如同加油一樣用時短且便捷的未來還有多遠,本文將對此進行深入探討。

什么是快充樁及哪些因素影響充電時長?

根據充電功率不同,充電樁分為直流快充樁和交流慢充樁兩類,也有集成、疊加兩類的交直流一體樁。那么快充有多快呢?汽車制造商通常這樣介紹旗下車型的快充時間,即從零充至滿電狀態的80%需要半小時左右。消費者對此很疑惑,為什么不直接告訴我充滿電需要多長時間呢?這是因為從零充至100%通常需要用時2小時左右,會讓用戶覺得不夠“快”。

快充樁與慢充樁對比

對比

快充樁

慢充樁

簡介

充電電流較大,對電網沖擊也較大;

一般充電電流為150-400A;

充電時間約為20分鐘-2小時。

充電電流較小,對電網沖擊較小;

輸出功率大約在3.3kW-20kW;

充電時間約為5-10小時。

優點

充電時間短;

可以輸出大功率充電等。

充電效率高;

對電池壽命影響小;

對緊急運行需求車輛難以滿足;

可利用電網低谷時段充電等。

缺點

充電效率低;

對設備的要求高等。

充電時間長

相比慢充需要充電5-10小時而言,快充依然存在優勢。不過對于用戶來說,他們想要知道的是什么在影響充電時間的快慢?能否解決充電慢的問題,在體驗上媲美汽車加油速度?很不幸,目前還無法達到像加油一樣的充電速度,這是因為充電快慢與車載電池容量與電池溫度、車端能承受的充電電壓、充電樁充電功率等息息相關。

首先,電池容量影響充電速度,這個很好理解,在其他條件不變的情況下,電池容量越大充電時間越長。不過在同等電池容量情況下,不同車型充電時間也會不同,這取決于電池溫度及電池BMS管理系統等;其次,車端能承受多大的充電功率是目前影響充電時長較為直接的因素之一,充電功率大小則與車輛本身的電池電壓密切相關。這是因為在一定的充電電流情況下,充電電壓越大,充電功率也越大,充電時間就越短。

據統計,國內外電動車及插電式混合動力車型的電池電壓大多集中在280V-400V之間,少數車型通過升壓裝置,可達到500V以上。比如比亞迪秦Pro EV通過自帶升壓系統,可將電池電壓升至600V左右;保時捷Taycan電壓平臺則可承受高達800V,因此該車在NEDC續航超500km的情況下,快充15分鐘可恢復續航400公里。但目前能達到800V電壓平臺的車型少之甚少,而且限于中國法規,操作人員不穿特殊防護服的話,只能操作700V以下的電氣設備。因此即便接上輸出電壓為800V的快充樁,也不是誰都能隨隨便便操作的。

最后,想要縮短充電時間,大功率充電樁必不可少,不然即便擁有高壓電池包的保時捷Taycan在7kW充電樁面前也只能以“涓涓細流”流淚至天亮。一方面,臨時性應急性的充電需求,需要大功率充電作關鍵技術支撐;另一方面,隨著當前電動車續航里程及充電功率的提升,對更大功率的充電樁需求也越來越高。那么目前快充樁到底發展到什么樣的水平了?

◆快充樁仍面臨功率小、規模小等問題

雖然我們經常聽到國內外發布350kW、475kW甚至600kW大功率充電樁的消息,但目前市面上的快充樁仍以30、60kW的直流樁為主。值得一提的是,目前國內對充電樁功率界定并不清晰,業內主流看法是,2017年以前基本認為50kW即為大功率,但隨著快充技術的發展,如今充電樁功率達到100kW以上才可以被稱為大功率,不過多數樁企認為60kW以上即為大功率充電樁。

若以100kW為界限,那么我國目前的快充樁多數稱不上大功率,比如在國內提升充電樁功率較為激進的小鵬汽車,據其工作人員介紹,目前小鵬超級充電站以60kW直流快充樁為主,下一步將啟動建設180kW雙槍直流快充樁,單槍最高功率可實現120kW;此外,國家電網、特來電等充電運營商企業的120kW快充樁也已投入使用,不過這些大功率充電樁目前仍是少數。特斯拉下一步將把其快充樁由當前的120kW升級到150kW,不過特斯拉充電樁為品牌車主專用,這里不再細說;

但國外目前啟動投建的快充樁功率已高達300kW。比如由寶馬、戴姆勒、福特、大眾等汽車制造商聯合成立的合資公司Ionity,其投建的充電樁功率最高可達350kW,輸出功率是特斯拉目前運營的120kW快充樁的3倍;此外,澳大利亞制造商Tritium去年8月發布了充電功率高達475kW的充電樁,不過該超大功率充電樁并未投建,該企業目前啟動建設的快充樁功率也是350kW。不過就我國而言,投建200kW快充樁的環境尚不完善,一方面用戶需求、運營需求及動力電池需求不足,另一方面國家標準也不允許。

除了與國外在輸出功率上存在差距外,我國快充樁如今的建設規模也相對較小。充電聯盟數據顯示,截至2019年4月,我國公共充電樁保有量達39.1萬臺,其中快充樁數量為16.85萬,占比為43%;若加上私人充電樁保有56.2萬臺,快充樁則僅占比整體充電設施的18%。但我國無論是快充樁還是整體充電樁,保有量都是全球最大的,這得益于國家一系列的政策支持及鼓勵民營資本進入等有利環境。

快充樁與慢充樁成本對比

對比

快充樁

慢充樁

設備成本

5-7萬元(功率不同價格存在差異,此處以40kW快充樁為例)

3000-6000元

安裝成本

3-4萬元

1-1.2萬元

充電信息服務和后期維護費用

1000-3000元

1000-3000元

合計

8.1-11.3萬元

1.4-2.1萬元

快充樁建設速度較慢,原因主要有以下兩點:一方面,從成本角度看,快充樁從建設到運營都需要較高的成本,而大多數充電運營商主要采用收服務費的方式,導致投入與產出極不平衡,打消了樁企建設大功率快充樁的積極性;另一方面,快充樁建設對場地及用電環境等要求較高。由于快速充電時需要瞬時強大的功率電力做支撐,常規電網無法滿足,因此快充站必須靠近或建設專用充電網絡,這進一步增加了快充站的選址難度。

快充樁與慢充樁不同場景下成本回收期對比

用車場景

城市

高速公路

快充樁

慢充樁

中型快充站

設備配置

1臺30kW

1臺7kW

2臺120kW;

4臺60kW;

8臺5-10kW

服務類型

私家車

私家車

電動乘用車

建設場所

公共停車場

家庭、單位、公共場所停車位

高速公路服務區

占地面積(平方米)

0.5

0.3

1000

投資成本(萬元)

9

1.2

450

收益

年利潤/萬元

1.3

0.31

17.5

成本回收周期/年

6.9

3.9

25.7

數據來源:長城國瑞證券研究所

按照國家發展規劃,到2020年擬達成新能源汽車保有500萬輛,建設充電樁480萬臺,完成車樁比1:1的建設目標;但截至2019年4月,我國新能源汽車保有量為297萬輛,充電樁保有95.3萬臺,車樁比為3:1,而快充樁與新能源車比例則為18:1。如今伴隨車輛本身充電功率提升及國家對快充倍率要求的提高等,包括國家電網在內的充電運營商自2017年起逐步放棄在公共領域投建慢充樁轉而加強快充樁建設。

歷年新能源補貼政策對快充類純電動客車快充倍率要求一覽

2017年

3C-5C(含)

5C-10C(含)

10C以上

補貼系數

0.8

1

1.4

2018年

3C-5C(含)

5C-15C(含)

15C以上

補貼系數

0.8

1

1.1

2019年

3C-5C(含)

5C-15C(含)

15C以上

補貼系數

0.8

0.9

1

值得一提的是,目前新能源補貼政策僅對快充類純電動客車的快充倍率提出了要求,電動乘用車的補貼與快充倍率互不掛鉤,不過可側面看出國家對快充技術的要求正逐步提高。更高的建設要求也有著更高的支持力度,自2019年起,新的補貼政策將取消地補,這部分資金將用來支持充電基礎設施建設和運營。雖然此前部分地方政府對充電基礎設施建設也真金白銀地支持,但隨著國家政策的明確,可以預見全國對充電基礎設施的資金及支持力度均將進一步增大。

部分明確充電補貼標準的省市一覽

北京順義

《順義區電動汽車充電設施補貼實施細則(暫行)》

投資建設單位可申請不高于項目總投資30%的政府固定資產補助資金支持;新能源汽車使用順義區境內公用充電樁進行充電,給予充電服務費用0.4元/千瓦時補貼。

武漢

《武漢市新能源汽車充電基礎設施補貼實施方案》

對投資額在50萬元以上的獨立式公共充(換)電站,按照投資額(不含土地費用)的20%給予一次性財政補貼,最高補貼金額不超過300萬元/站;對分散式公共充(換)電設施,綜合投資成本和充電樁功率進行一次性財政補貼,直流樁補貼600元/千瓦,交流樁補貼400元/千瓦。

貴州

《貴州省支持電動汽車充電基礎設施加快建設若干政策措施》

對非財政性資金投資、符合國家標準、接入全省統一信息服務平臺的公用或專用充電設施,按直流樁200元/千瓦、交流樁100元/千瓦的標準,由省級財政給予建設企業一次性建樁補貼,市、縣級財政參照省級做法給予一定補貼,并納入年度財政預算;按為公交等特定行業服務的充電設施0.1元/千瓦時、其它為社會車輛服務的公用充電設施0.2元/千瓦時的標準,由省級財政根據充電量給予運營補貼。

濟南

《濟南市電動汽車充電基礎設施建設實施方案》

濟南市按設備投資總造價20%的比例對充電站進行財政補貼,每年列支專項補貼資金500萬元,具體補貼辦法另行制定。

海南

《海南省電動汽車充電基礎設施建設運營省級補貼實施暫行辦法的通知》

對外運營并接入省級充電基礎設施信息平臺的充電設施,運營階段按充電電量,給予運營度電補貼,暫定補貼期限為5年;補貼標準為0.10元/千瓦時;每個充電樁(站)補貼上限,按照安裝額定功率為基數,每千瓦補貼不超過200元/年。按屬地原則,補貼費用由省、市(縣)各承擔50%;對省級充電基礎設施信息平臺投資和運營給予補貼。對2016年至2020年省級平臺設備投資及App應用平臺等相關研發費用,給予30%財政資金補貼,補貼上限不超過500萬元;對省級平臺運營涉及的公共網絡租賃等公共服務費用,給予財政資金補貼,每年補貼上限不超過100萬元。補貼費用由省級財政承擔。

海南五指山

《五指山市電動汽車充電基礎設施實施方案》

對2016年至2020年市級充電基礎設施信息平臺投資及研發費用,給予30%財政資金補貼,補貼上限不超過300萬元。鼓勵支持自用和專用充電設施建立充電服務分時共享模式,補貼對外運營并接入市級充電基礎信息平臺的充電設施,標準為0.10元/千瓦時,按照安裝額定功率為基數,每千瓦補貼不超過200元/年。

在快充站建設方面,目前我國快充樁集中東部沿海地區,“九橫九縱兩環”高速快充網絡已初步建成。據國家電網介紹,“九橫九縱兩環”快充網絡可為用戶提供高速公路上的直流快充服務,快充網絡覆蓋19個省、150個城市、里程3.1萬公里,且充電樁接口采用國標直流接口,單臺最大功率可達120kW。此外,為了提升電動車主的充電體驗,以國家電網為首的運營商已逐步放棄在公共領域投建慢充樁。

◆十分鐘充電時代何時到來?

雖然大多數車主迫切想要更快速的充電時間,但目前橫在十分鐘充電前面的是車端充電功率不夠高,國內能承受100kW充電功率的車型更是屈指可數。就目前而言,國內主流高端電動車電池電壓在400V左右,120kW的快充樁足夠其使用。

若想要邁入十分鐘充電時代,接下來的主流電動車性能要達到電池容量超50kWh、續航里程超500km、充電倍率達到3-15C等。在此基礎上,快充樁則要不斷提升輸出功率。特約評論員朱玉龍認為,快充樁未來的發展趨勢是,未來主流快充樁輸出功率將達到300kW左右,屆時10-15分鐘充滿電將成為可能。不過技術的發展并不能一蹴而就,初步實現10-15分鐘的充電時長也需等到2020年后。

總結全文:電氣化是汽車的發展趨勢,更快的充電速度則是充電樁的未來,未來10-15分鐘充滿電也不是不可能。但是更快的充電速度需要車企、樁企及國家電網之間的共同配合,車企需做出可支持更大充電功率、更大電池容量及更好BMS管理系統的車型,因為更大電池容量可顯著減少充電次數,結合更完善的電池BMS管理系統有效延長電池壽命;樁企則需要做出更高功率的充電樁,國家電網需為大功率充電做基礎支撐。用戶充電更快更便捷之時,就是汽車電氣化時代真正來臨之時,屆時人們會像最初淘汰馬車一樣淘汰燃油車,轉而擁抱電氣化車型。

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