一、直流快充充電場景發(fā)展趨勢
1.1 由單一集中式充電場站向 集中式+分布式 相補(bǔ)充的多元化場景協(xié)同發(fā)展
以往直流快充場站以占據(jù)城市及交通關(guān)鍵位置的集中式充電場站為絕大比例的存在形式，該建站方式對選址，電力容量均有較高的要求。由于當(dāng)前鋰電池技術(shù)的現(xiàn)狀，短時(shí)間直流快充（滿）時(shí)間還無法達(dá)到燃油汽車的相同速度體驗(yàn)，對于常規(guī)的乘用車充電，從10%到100%充滿普遍仍然需要1.5～2個(gè)小時(shí)。因此，受制于充電體驗(yàn)（時(shí)長），集中式充電場站大部分面對的充電需求為營運(yùn)型車輛為主（由于業(yè)務(wù)運(yùn)營的連續(xù)性需要持續(xù)的大功率補(bǔ)電），及小比例的私家車主。根據(jù)主流充電運(yùn)營平臺及數(shù)據(jù)檢測平臺統(tǒng)計(jì)的運(yùn)營數(shù)據(jù)，集中式直流快充場站中直流充電樁的利用率仍然較低，普遍在15%以下。固然新能源車輛的比例是一個(gè)現(xiàn)實(shí)因素，但是不可否認(rèn)的是，大部分充電場站的選址以及目標(biāo)用戶的定位分析并不充分，因此也實(shí)際造成了一定的資源浪費(fèi)。
目的地分布式充電場站將是完善充電網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充。如果說傳統(tǒng)的集中式充電場站是“人找樁”，那么目的地分布式充電場站將是“樁等人”。充電用戶在目的地停留的同時(shí)（通常>1小時(shí)以上）進(jìn)行充電，對充電速度的時(shí)效性要求不高（一定程度的補(bǔ)電即可），即充電樁充電功率以20～30kW為主（乘用車為主）。同時(shí)，目的是分布式充電場站對位置及電力容量要求性的難度均較小，建站難度較低，具備普遍的推廣條件。
1.2 集中式充電場站根據(jù)應(yīng)用場景（環(huán)境）細(xì)分為“普通環(huán)境集中式充電站”+“嚴(yán)酷環(huán)境高防護(hù)集中充電站”+“350kW以上集中式超充站（液冷）”
眾所周知，充電樁在實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用中普遍反映出由于環(huán)境原因造成的故障頻發(fā)現(xiàn)象。究其原因，主要是因?yàn)槌潆姌逗诵牟考潆娔K的防護(hù)等級為IP20，對惡劣環(huán)境（沙塵，鹽霧，凝露，導(dǎo)電粒子）的防護(hù)性能較弱，同時(shí)充電模塊的功率密度較大，普遍工作在高電壓、大電流狀態(tài)下，進(jìn)一步造成了對惡劣環(huán)境的敏感性。因此，有必要將嚴(yán)酷環(huán)境的充電場站獨(dú)立于常規(guī)環(huán)境充電場站，采用特殊的充電場站（充電樁）的設(shè)計(jì)形式。目前針對嚴(yán)酷環(huán)境充電站，存在可行的兩種升級解決方案，a)采用IP65獨(dú)立風(fēng)道充電模塊；b)采用IP20充電模塊+換熱器/空調(diào)散熱方案。
隨著全社會對電動(dòng)汽車充電體驗(yàn)（速度）的持續(xù)提升需求，電池側(cè)，主機(jī)廠以及配套的充電樁系統(tǒng)方案均在進(jìn)行持續(xù)的變革。以主機(jī)廠為引導(dǎo)的高電壓電池平臺（800V以上），采用新型電池技術(shù)支撐4C~6C充電，所需要配套350kW以上及單槍充電電流支持最大500A上的“超級充電樁”（以下簡稱“超充樁”）。超充樁中的充電模塊從行業(yè)參與者的意見看，普遍認(rèn)為采用“液冷模塊”是理想的技術(shù)方案。
二、直流充電樁技術(shù)發(fā)展趨勢
直流充電樁產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十多年的發(fā)展和充分競爭，當(dāng)前市場應(yīng)用現(xiàn)狀顯露出幾個(gè)主要問題：1、技術(shù)路線相對單一，90%以上采用直通風(fēng)散熱方案，從應(yīng)用效果看，不能滿足多元化應(yīng)用場景對環(huán)境適應(yīng)性，高可靠性的要求。2、市場競爭高度集中在價(jià)格競爭，而不是“產(chǎn)品價(jià)值創(chuàng)新”上的競爭。導(dǎo)致廠家普遍的降成本，產(chǎn)品可靠性降低。3、技術(shù)路線單一造成，充電樁展現(xiàn)的環(huán)境防護(hù)性能力不足，造成維護(hù)工作量大、維護(hù)成本高，最終導(dǎo)致整個(gè)生命周期的TCO較高。
2.1 集中式場站充電樁系統(tǒng)容量增大趨勢
隨著電動(dòng)汽車電池容量的普遍提升，充電樁單槍容量也普遍存在提升的需求。以A級電動(dòng)車e-golf為例，電池容量為35.8kWH，可支持1C 35.8kW的最大充電功率，即A級入門車型在虧電狀態(tài)下的最大充電功率需求已經(jīng)超過35kW。
從當(dāng)前市場實(shí)際應(yīng)用看，120kW雙槍目前為市場鋪裝比例較大的充電樁規(guī)格，并有繼續(xù)向160kW雙槍容量演變的趨勢，本質(zhì)原因來源于動(dòng)力電池密度的提升、充電倍率的提升。充電樁系統(tǒng)容量的增大需求也會帶來充電模塊顆粒度增大的配置需求。
2.2 充電樁高壓化趨勢
影響電動(dòng)汽車普及化速度的一個(gè)重要因素是充電體驗(yàn)的提升，影響充電體驗(yàn)比重最高的兩個(gè)因素，其一是尋找充電站（充電樁）的便利性，另外一個(gè)重要因素就是充電速度。當(dāng)前電動(dòng)乘用車從虧電（10%SOC）到充滿（100%SOC）普遍需要1.5~2小時(shí)，該充電時(shí)間仍然有較大的提升空間，并逐步向燃油車15分鐘滿油時(shí)間追進(jìn)。
電動(dòng)汽車電氣平臺高壓化是當(dāng)前主機(jī)廠技術(shù)演進(jìn)的一個(gè)趨勢。在相同充電電流的情況下，高壓化電池組能夠支持更大的充電功率和更短的充電時(shí)間。國外保時(shí)捷2020年已經(jīng)推出800V Taycan車型，國內(nèi)北汽2021年5月份推出極狐支持800V充電，同時(shí)小鵬，蔚來、廣汽等主要主機(jī)廠均有發(fā)布信息在規(guī)劃800V以上高壓車型，預(yù)計(jì)在未來2年內(nèi)800V以上高壓車型的推出數(shù)量會逐漸增多。
在電動(dòng)汽車高壓化演變的趨勢下，迫切需要充電樁能夠提升充電電壓上限至1000V，以支持在未來普遍應(yīng)用的高壓車型。根據(jù)理論分析，對于90kWh配置鋰電池（續(xù)航約700公里），以1080V/最大500A高電壓平臺進(jìn)行充電，最大充電功率540kW，達(dá)到6C充電能力，10分鐘可將電池充滿。據(jù)市場信息了解，廣汽、小鵬、蔚來等主機(jī)廠，均已經(jīng)在進(jìn)行高倍率充電電池包和新車型（支持4C～6C）的規(guī)劃。
基于該市場發(fā)展需求，國家電網(wǎng)公司在2021年5月份充電樁集采項(xiàng)目中，已明確要求中標(biāo)充電樁規(guī)格需支持最高1000V充電，這無疑是一個(gè)重要的市場信號。
2.3 目的地充電站高可靠性、高緊湊度設(shè)計(jì)要求
針對目的地充電站，已經(jīng)有較為普遍的市場需求，需要新型式的小直流充電樁滿足短期停留時(shí)間的直流補(bǔ)電。且該種場景下普遍面臨：1、安裝空間有限；2、要求充電機(jī)的外觀較為美觀（尤其是在商業(yè)空間環(huán)境下）; 3、安裝于戶外的機(jī)型對環(huán)境防護(hù)/可靠性要求較高；4、絕大部分情況下無人值守，又反向?qū)Ξa(chǎn)品高可靠/免維護(hù)性提出了高需求。上述4大應(yīng)用需求，對小直流充電機(jī)提出了高可靠性、高緊湊度的兩大設(shè)計(jì)要求，這對充電機(jī)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計(jì)上提出了較高的要求。
三、直流充電樁充電模塊技術(shù)發(fā)展趨勢
作為充電樁系統(tǒng)內(nèi)的核心關(guān)鍵部件，充電模塊的技術(shù)方案、性能及可靠性直接影響著充電樁系統(tǒng)的整體性能。從過往十年的發(fā)展看，早期是市場上有什么可借用的現(xiàn)成技術(shù)方案（通信電源行業(yè)的IP20直通風(fēng)技術(shù)方案），就以“拿來主義”的形式直接繼承到充電樁行業(yè)。但當(dāng)市場經(jīng)歷了十年多的發(fā)展，充電樁特有的應(yīng)用環(huán)境已經(jīng)證明：傳統(tǒng)的單一技術(shù)方案，無法去支撐未來行業(yè)向更健康和更先進(jìn)的目標(biāo)發(fā)展。這時(shí)，就需要從充電模塊的技術(shù)方案本身做創(chuàng)新性的思考和新技術(shù)方案的設(shè)計(jì)，以此來推動(dòng)行業(yè)向更健康和更先進(jìn)的方向發(fā)展。
3.1 20kW較大份額市場向20/30/40kW多元化配置市場發(fā)展
當(dāng)前國內(nèi)市場，20kW模塊占據(jù)市場容量比例約為60%左右，其余容量大比例由30kW占據(jù)，及部分40kW模塊。隨著近年來電動(dòng)汽車電池容量的提升，充電倍率的提升，已經(jīng)有明顯的實(shí)際市場發(fā)展趨勢：20kW較大份額市場正在逐漸向20kW，30kW，40kW多元化規(guī)格發(fā)展。
主要原因是不同系統(tǒng)功率，不同充電槍功率分配需求的充電樁，需要不同的最合適功率顆粒度的充電模塊。因此在充電模塊的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格上，宜制定不同容量的系列化的充電模塊。
3.2 30kW/40kW充電模塊宜采用統(tǒng)一尺寸/統(tǒng)一接口的設(shè)計(jì)方案
隨著充電模塊技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)和市場應(yīng)用規(guī)模的逐漸成熟，充電模塊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方向也在持續(xù)向高可靠性，高功率密度方向提升。對于市場上已經(jīng)明確的30kW/40kW充電模塊需求，應(yīng)該減少以往在充電樁標(biāo)準(zhǔn)升級演進(jìn)過程中，由于未考慮充分遠(yuǎn)期發(fā)展的兼容性，造成的充電樁由于模塊規(guī)格迭代而進(jìn)行的重復(fù)化設(shè)計(jì)工作。因此，對于30kW/40kW規(guī)格模塊應(yīng)從設(shè)計(jì)之初就向同結(jié)構(gòu)尺寸，同接口尺寸的目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.3 輸出電壓范圍上限由750V向1000V高壓落地應(yīng)用
主機(jī)廠高壓化電氣平臺的持續(xù)推進(jìn)，推動(dòng)充電樁基礎(chǔ)設(shè)施配套升級。1000V最高輸出電壓已形成充電模塊行業(yè)的共識，各充電模塊主要廠商已經(jīng)逐步推出1000V高壓充電模塊規(guī)格。
由于30kW/40kW的高功率密度，更高電壓，更大電流，因此對產(chǎn)品可靠性提出了更大的挑戰(zhàn)。部分推出30/40kW較晚的廠家，仍需要一定量、一定時(shí)間的市場應(yīng)用去驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性。
3.4 獨(dú)立風(fēng)道設(shè)計(jì)方案/IP65高防護(hù)方案的推廣應(yīng)用
市場發(fā)展早期，成熟的IP20直通風(fēng)技術(shù)產(chǎn)品支撐充電產(chǎn)業(yè)走過了近10年的發(fā)展階階段。在此過程中，充電樁安裝使用環(huán)境所固有的戶外，高溫，沙塵，水氣等環(huán)境因素對產(chǎn)品的可靠性帶來了較大的考驗(yàn)。由于技術(shù)路線本身（直通風(fēng)）就難以滿足惡劣環(huán)境應(yīng)用要求，因此造成充電樁產(chǎn)品較為普遍的故障率高，運(yùn)維費(fèi)用高等現(xiàn)象。再加上充分競爭后的價(jià)格走低（又需承擔(dān)持續(xù)的維護(hù)費(fèi)用），對大多數(shù)樁企的業(yè)務(wù)開展造成了極大的壓力。行業(yè)中也存在部分廠商，宣稱采用了“半獨(dú)立風(fēng)道”的改善方案。通過分析其細(xì)節(jié)后，實(shí)際上是采用了灌膠工藝將板面上的器件進(jìn)行覆蓋保護(hù)，板面以上較高的器件仍然會面臨長時(shí)間灰塵、水氣、鹽霧的影響。雖然能在一定程度上延緩故障發(fā)生的時(shí)間，但未從本質(zhì)上解決內(nèi)部器件的環(huán)境防護(hù)問題。
獨(dú)立風(fēng)道技術(shù)
在這種困境下，個(gè)別廠商推出了采用創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)的“獨(dú)立風(fēng)道技術(shù)方案”。獨(dú)立風(fēng)道技術(shù)區(qū)別于常規(guī)IP20直通風(fēng)技術(shù)，通過在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及內(nèi)部關(guān)鍵器件布局上的創(chuàng)新，將模塊內(nèi)部分為上下兩層。上層封裝為對環(huán)境（沙塵，水氣，鹽霧等）敏感的器件，如電容、半導(dǎo)體、磁性元件等；下層為散熱器等對環(huán)境不受影響的部件，而且下部的風(fēng)道更為通暢，保證了換熱效率。
以一臺120kW充電樁為例，采用IP65高防護(hù)模塊與采用常規(guī)IP20模塊，以10年使用壽命的整個(gè)生命周期，去統(tǒng)計(jì)對比整體TCO（Total Cost of Ownership）。數(shù)據(jù)顯示，從第三年開始，使用IP65高防護(hù)模塊的總體擁有成本的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢就已經(jīng)體現(xiàn)出來了。相比IP20樁，5年TCO節(jié)省約1.2萬元，10年TCO節(jié)省約5.2萬元。
隨著獨(dú)立風(fēng)道技術(shù)的推出，其他充電場景的充電機(jī)產(chǎn)品（小功率直流，V2G充電機(jī)）也可以借鑒進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)升級。
3.5 高集成小功率直流充電機(jī)2.0的升級應(yīng)用
隨著靠經(jīng)用戶測目的地充電體驗(yàn)的提升需求，7kW 交流充電已無法滿足用戶充電體驗(yàn)，小功率直流快充（20kW/30kW/40kW）正在得到越來越多的落地應(yīng)用。小功率直流快充目前正在從第一階段方案（充電模塊+機(jī)殼）向第二階段方案（高集成一體化充電機(jī)）優(yōu)化演變。
更為理想的高集成一體化充電機(jī)方案，是將其中的關(guān)鍵單元充電模組設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)接口，標(biāo)準(zhǔn)尺寸、獨(dú)立風(fēng)道設(shè)計(jì)。通過此標(biāo)準(zhǔn)化的充電模組設(shè)計(jì)，充電模組可便于被第三方充電機(jī)系統(tǒng)商進(jìn)行集成，在此基礎(chǔ)上第三方系統(tǒng)商進(jìn)行監(jiān)控開發(fā)和造型設(shè)計(jì)，形成自有的產(chǎn)品系列。
小功率直流 產(chǎn)品性能對比
采用獨(dú)立風(fēng)道方案的高集成一體式充電機(jī)，不管從外觀上，還是從性能、可靠性上均要明顯優(yōu)于第一代“模塊+機(jī)箱”式方案。因此，該方案成為當(dāng)下各主機(jī)廠以及高品質(zhì)工商業(yè)環(huán)境中分布式充電所關(guān)注的重點(diǎn)。關(guān)鍵優(yōu)勢點(diǎn)：外觀檔次高，低噪音綠色健康、長壽命（8～10年），運(yùn)維費(fèi)用極低。
