浅析新能源汽车充电技术现状与趋势

浅析新能源汽车充电技术现状与趋势

新能源汽车是指以新型动力系统为主要动力，或者以新型动力系统与传统动力系统相结合的汽车，包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等。新能源汽车具有节能减排、提高能源利用效率、降低对石油资源的依赖等优点，是未来汽车产业的发展方向。然而，新能源汽车的发展也面临着一些挑战，其中最重要的就是充电技术的问题。充电技术是影响新能源汽车性能、安全性、便利性和经济性的关键因素，也是制约新能源汽车市场化和普及化的瓶颈。因此，探讨新能源汽车充电技术，对于促进新能源汽车产业的健康发展具有重要意义。



1、新能源汽车充电技术的分类与特点

根据电能传递方式的不同，目前新能源汽车充电技术主要包括传导充电方式、快速更换方式和无线充电方式。



（1）传导充电方式

传导充电方式是指通过有线连接将外部充电设备与车载储能装置相连，实现电能传输的方式。传导充电方式又分为交流充电和直流充电两种。

交流充电是指通过交流充电桩为车载充电机提供交流电源，再由车载充电机将交流电转换为直流电给动力电池供电的方式。交流充电技术成熟，设备结构简单、体积小、安装成本低，但需要配置车载充电机，且功率受限于单相或三相交流供电。交流充电一般为小功率或中功率充电，功率一般为7kW~21kW，适合于住宅区、公共停车场等场景。

直流充电是指通过直流充电桩为动力电池直接提供直流电源的方式。直流充电桩不需要配置车载充电机，可根据需要调节输出功率和参数，但设备体积大、造价高、运维复杂。直流充电一般为大功率或超大功率充电，功率一般在60kW以上，甚至达到350kW以上，适合于高速公路服务区、城市快速补能站等场景。



2）快速更换方式

快速更换方式是指通过专用设备将车辆用完的电池组快速更换为充满电的电池组的方式。快速更换方式可以实现短时间内完成充电，节省用户等待时间，同时可以解决动力电池的老化、回收、再利用等问题，但需要建立统一的电池标准、接口协议、管理系统等，且设备投资大、运营成本高。快速更换方式一般适合于出租车、公交车等高频次使用的车辆。



譬如蔚来汽车在快速更换领域可以说是一枝独秀，截止2023年3月，蔚来已在全国布局1322座换电站，总换电次数超过了1900万次，蔚来车主充电、换电比例几乎达到1:1，2023年蔚来汽车还将新增1000座换电站，这方面在行业一枝独秀。

（3）无线充电方式

无线充电方式是指通过无线电磁感应或无线电波传输等方式，将外部充电设备与车载储能装置之间形成无线耦合，实现电能传输的方式。无线充电方式不需要有线连接，操作方便，安全性高，且可以实现动态充电，即在行驶过程中为车辆供电。但无线充电技术还不够成熟，存在效率低、干扰大、标准缺乏等问题。无线充电方式一般适合于停车场、公共场所等场景。



2、新能源汽车充电技术的优劣分析与比较

新能源汽车充电技术是影响新能源汽车性能、安全性、便利性和经济性的关键因素，不同的充电方式有各自的优劣和适用场景。



（1）充电时间

充电时间是衡量新能源汽车充电技术的重要指标，直接影响用户的使用体验和满意度。一般来说，直流充电方式具有最短的充电时间，可在几十分钟内完成充满；快速更换方式具有较短的充电时间，可在几分钟内完成更换；交流充电方式具有较长的充电时间，一般需要几个小时才能完成充满；无线充电方式具有最长的充电时间，一般需要几个小时甚至几天才能完成充满。

（2）充电效率

充电效率是指在充电过程中实际传输到动力电池的电能与外部提供的总电能之比，反映了新能源汽车充电技术的能量损耗和转换效果。一般来说，直流充电方式具有最高的充电效率，可达到90%以上；交流充电方式具有较高的充电效率，可达到80%以上；快速更换方式具有较低的充电效率，因为需要考虑电池的运输和储存等环节的能量损耗；无线充电方式具有最低的充电效率，一般只有50%左右，因为存在较大的无线耦合和传输损耗。

（3）充电成本

充电成本是指新能源汽车充电技术的总体投入和运营费用，包括设备成本、安装成本、维护成本、电费等，反映了新能源汽车充电技术的经济性和可持续性。一般来说，交流充电方式具有最低的充电成本，因为设备结构简单、体积小、安装成本低，且电费相对便宜；直流充电方式具有较低的充电成本，因为设备虽然体积大、造价高、运维复杂，但可以节省车载充电机的配置和维护费用，且可以提高充电效率和降低充电时间；快速更换方式具有较高的充电成本，因为需要建立统一的电池标准、接口协议、管理系统等，且设备投资大、运营成本高；无线充电方式具有最高的充电成本，因为设备技术还不够成熟，且效率低、损耗大。

（4）充电安全性

充电安全性是指新能源汽车充电技术在充电过程中是否会发生故障或事故，如过热、过压、过流、火灾、爆炸等，反映了新能源汽车充电技术的可靠性和安全性。一般来说，无线充电方式具有最高的充电安全性，因为不需要有线连接，避免了触电、短路等风险，且可以实现远程控制和监测；快速更换方式具有较高的充电安全性，因为不需要进行长时间的充放电过程，降低了动力电池的老化和损坏风险；交流充电方式具有较低的充电安全性，因为需要配置车载充电机，增加了充电过程中的电气元件和转换环节，可能导致故障或事故；直流充电方式具有最低的充电安全性，因为需要进行大功率和高压的充电，可能引起电池的过热、过压、过流等异常情况，甚至引发火灾或爆炸。



3、新能源汽车充电技术的国内外现状

新能源汽车充电技术是新能源汽车产业发展的重要支撑，各国都在积极推进相关技术的研发和应用。

（1）充电标准完善

欧美等国家制定了一系列的充电标准和规范，涵盖了交流充电、直流充电、无线充电等各种充电方式，国内标准也在逐步完善中，为新能源汽车充电技术的发展提供了指导和依据。

（2）充电设备先进

欧美等国家拥有多家知名的充电设备制造商，如特斯拉、ABB、西门子等，其产品覆盖了从小功率到超大功率的各种充电桩和系统，具有高效率、高可靠性、高智能化等特点，我国也拥有多家具有自主知识产权的充电设备制造商，如星星充电、特来电、循道科技等，具有低成本、高性价比、高适应性等特点。

（3）充电网络密集

欧美等国家都建立了较为广泛的充电网络，特别是特斯拉公司建立了全球最大的超级充电网络，覆盖了北美、欧洲、亚洲等多个地区和国家，而我国已经建立了最为庞大的充电网络，为新能源汽车用户提供了广泛的充电服务，截至2020年底，我国已建成约70万个公共充电桩和约120万个私人充电桩，位居世界第一。

（4）充电模式创新

各个国家在新能源汽车充电模式方面都进行了多种尝试和创新，如共享充电、移动充电、智能充电、分时租赁、换电服务、移动补能等，以满足不同用户和场景的需求。





4、新能源汽车充电技术的发展趋势

未来，各个国家将继续加强新能源汽车充电技术的研发和应用，重点在以下几个方面：

（1）提高充电效率和安全性

进一步优化充电设备的设计和控制，提高充电功率和效率，加强充电设备的质量监督和检测，加强充电安全保护和监测，降低充电时间和成本，降低充电损耗和噪声，同时防止充电过程中的故障和事故。

（2）拓展无线充电领域

加大无线充电技术的研发和推广，尤其是动态无线充电技术，以实现在行驶过程中为新能源汽车供电，从而延长续航里程和降低电池容量需求。

（3）推进快速更换模式

探索快速更换模式在新能源汽车领域的应用，尤其是针对出租车、公交车等高频次使用的车辆，以解决充电时间长、动力电池老化等问题。

（4）促进充电网络互联互通

建立统一的充电网络平台，实现不同地区、国家、设备、运营商之间的数据共享和服务互通，为新能源汽车用户提供更便捷、更优质的充电体验。



总之，新能源汽车充电技术是新能源汽车产业发展的重要支撑，也是制约新能源汽车市场化和普及化的瓶颈。不过随着新能源汽车充电技术的逐步优化，势必能够推动新能源汽车迈向下一个高峰。



个人业余简析（文中配图来源于互联网），不足之处欢迎有研究及爱好的人士关注交流！

来源：百家号 爱逗游侠
2023-08-22