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隨著(zhù)我國新能源汽車(chē)滲透率越來(lái)越高，作為電動(dòng)汽車(chē)配套基礎設施的充電樁也越來(lái)越受到中央和地方政府的重視。

　　充電模塊是充電樁的核心組件，好比充電樁的“心臟”，他是將電網(wǎng)的交流電轉化為電動(dòng)汽車(chē)需要的直流電的關(guān)鍵設備，具有較高的技術(shù)要求，他的技術(shù)關(guān)鍵在于可靠性、轉化效率和智能運維。充電模塊技術(shù)的提升，是各運營(yíng)商提升用戶(hù)充電體驗、減少投資成本、減少運營(yíng)費用的關(guān)鍵。

　　1.充電模塊的產(chǎn)業(yè)規模

　　近年來(lái)，受益于充電樁市場(chǎng)建設加快，充電模塊市場(chǎng)規模持續增長(cháng)。據相關(guān)數據顯示，2022年全球充電模塊市場(chǎng)規模約為70.8億元，國內市場(chǎng)規模為53.14億元，占比達到75%。

　　各主流充電模塊的品牌、產(chǎn)品、技術(shù)參數和應用場(chǎng)景等相關(guān)參數如下表所示：


　　充電模塊，作為充電樁的核心，類(lèi)似于人體的心臟，它決定著(zhù)充電樁的大部分成本、電能轉換效率，充電速度和可靠性。

　　目前，有充電模塊生產(chǎn)能力的企業(yè)大致分為兩類(lèi)：一類(lèi)是模塊供應商，專(zhuān)門(mén)銷(xiāo)售給充電樁的生產(chǎn)企業(yè)或運營(yíng)企業(yè)，比如英飛源、永聯(lián)、通合等，用于銷(xiāo)售的模塊要求價(jià)格低、符合產(chǎn)品標準;另一類(lèi)是充電樁生產(chǎn)和運營(yíng)為主的企業(yè)，主要是自產(chǎn)自用，強調的是全壽命周期成本最低，這類(lèi)企業(yè)目前僅特來(lái)電一家。由于充電模塊開(kāi)發(fā)，在人才、技術(shù)、供應鏈整合等方面有著(zhù)顯著(zhù)的壁壘，所以能做到自產(chǎn)自用的企業(yè)鳳毛麟角。


　　目前市場(chǎng)，出貨量前三名的模塊生產(chǎn)廠(chǎng)家為英飛源、特來(lái)電和優(yōu)優(yōu)綠能。其中，英飛源主要的占比在海外市場(chǎng)及電網(wǎng)公司，特來(lái)電作為國內頭部充電運營(yíng)商，占據了國內市場(chǎng)的半壁江山，其次是優(yōu)優(yōu)綠能、永聯(lián)、華為等。

　　2.充電模塊的技術(shù)發(fā)展趨勢

　　近兩年，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量大幅增長(cháng)，2022年我國新能源汽車(chē)銷(xiāo)量近700萬(wàn)輛，相比2020年增長(cháng)了近4倍。新能源汽車(chē)的快速發(fā)展對充電基礎設施建設提出了更高要求。

　　目前，充電模塊正向著(zhù)“高功率、高效率、寬輸出范圍、高可靠性、智能運維”方向發(fā)展。

　　1）充電模塊單模塊功率越大，單瓦的成本越低。 隨著(zhù)大功率充電站的建設越來(lái)越多，充電模塊功率也越來(lái)越高。從15kW，到20kW、30kW，再到現在的40kW。當然，充電模塊的功率也不是越大越好，當下以單槍功率60-120KW為主流的充電樁市場(chǎng)，15KW模塊也可以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，但很多樁企基于整機成本考慮，采用單瓦成本更低的40kW模塊。實(shí)際上系統模塊數量越多，單模塊失效對整體影響越小。車(chē)主不需要承擔因為系統可用性降低，帶來(lái)的充電時(shí)間延長(cháng)的風(fēng)險。充電樁運營(yíng)商在做柔性充電智能分配時(shí)，更期望模塊顆粒度更小，這樣易于做調度分配，減少功率浪費，單個(gè)故障對系統的可用性影響較小，對運維及時(shí)度要求也會(huì )減小。

　　2）充電模塊輸出范圍越來(lái)越寬。 隨著(zhù)汽車(chē)動(dòng)力電池及三電技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)動(dòng)力電池電壓平臺從330V，提升到600V，再提升到800V平臺。充電模塊的輸出電壓范圍也從500V，提升到750V，再提升到1000V。英飛源、維諦技術(shù)(原艾默生)采用三電平全橋移相ZVS技術(shù)，實(shí)現了輸出電壓的寬范圍的調節。

　　3）充電模塊可靠性自身要求越來(lái)越高。 早期充電模塊在市場(chǎng)運行幾年就出現失效的情況，尤其在沿海等高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境下表現特別糟糕。近幾年，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，廠(chǎng)商走出了不同的充電模塊防護技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)。有走獨立風(fēng)道防護路線(xiàn)，有走液冷路線(xiàn)、也有走全灌膠路線(xiàn)。作為頭部運營(yíng)商，基于防護性、可維護性、成本、可靠性考慮，特來(lái)電選用全灌膠方案，在保證產(chǎn)品可靠性同時(shí)，為客戶(hù)提供了比肩IP54防護能力的低成本解決方案。優(yōu)優(yōu)綠能的模塊產(chǎn)品都采用了IP65獨立風(fēng)道結構設計，具備良好的防塵、防水功能，確保充電樁在室外能夠長(cháng)時(shí)間安全、可靠運行。最近大火的華為全液冷模塊，一時(shí)火爆全網(wǎng)，這種模塊雖然能做到更高的防護性等級，但卻要付出高昂的設備成本，模塊電力損耗大，設備維修難度高，是非常不經(jīng)濟實(shí)用的技術(shù)方案。

　　4）充電模塊轉換效率要求越來(lái)越高。 運營(yíng)商在充電運營(yíng)時(shí)必須自己承擔AC/DC轉換過(guò)程的損耗。因而提升充電模塊效率，是降低運營(yíng)成本的關(guān)鍵措施。易能時(shí)代通過(guò)采用獨特的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)改良充電樁，納秒級開(kāi)關(guān)控制將開(kāi)關(guān)損耗降至最低，擁有遠超行業(yè)水平的超高轉化效率，最高可達99%。盛弘、優(yōu)優(yōu)綠能、特來(lái)電等企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始布局高功率的碳化硅充電模塊，將第三代半導體技術(shù)應用到充電模塊中，和原有的硅基器件結合，達到成本和效率的兼顧，提升了模塊轉換效率1%。轉換能量損失降低20%以上，有效降低了運營(yíng)商的運營(yíng)費用。

　　5）液冷模塊技術(shù)的發(fā)展

　　液冷充電模塊是充電模塊的一個(gè)發(fā)展方向，液冷模塊正面及背面無(wú)任何風(fēng)道，模塊靠液冷板內部循環(huán)的冷卻液與外界進(jìn)行熱交換，從而充電樁功率部分可以全封閉設計，將散熱器外置，內部通過(guò)冷卻液將熱量帶到散熱器上，外部空氣吹走散熱器表面的熱量。充電樁體內的液冷充電模塊、電氣配件等與外界環(huán)境無(wú)接觸，從而可以實(shí)現IP65的防護，可靠性更高。


　　圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò )

　　3.充電模塊的主要應用場(chǎng)景

　　充電樁可分直流樁、交流樁、液冷超充樁等，分別適用于小區、園區、物流港口、公共快充站、公交充電站等場(chǎng)景中。充電模塊則主要應用于新能源汽車(chē)直流充電樁、液冷超充樁、儲能站、新能源微網(wǎng)中。

　　一個(gè)充電樁通常采用多個(gè)充電模塊并聯(lián)而成，比如 120kW 充電樁可由 8 個(gè) 15kW 充電模塊組成，也可由4個(gè)30kW充電模塊組成。單個(gè)充電模塊輸出功率越大，功率密度越高，能有效優(yōu)化樁內空間。目前充電模塊已歷經(jīng)第一代7.5kW、第二代 15/20kW，向著(zhù) 30/40kW 乃至更高功率不斷演進(jìn)。據了解，盛弘、永聯(lián)、特來(lái)電、通合科技、英飛源、優(yōu)優(yōu)綠能等均已研發(fā)出 40kW 充電模塊產(chǎn)品。

　　充電模塊除了傳統的給電動(dòng)汽車(chē)充電功能之外，也在發(fā)展雙向充電技術(shù)。雙向模塊的發(fā)展，進(jìn)一步使得 V2G 技術(shù)和 V2H 技術(shù)得以實(shí)現，在削峰填谷、平衡用電負荷、提高充電樁使用效率等方面起到積極的作用。

　　隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)規?；牡絹?lái)，簡(jiǎn)單的充電樁顯然無(wú)法支撐大規模電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，充電網(wǎng)技術(shù)路線(xiàn)成為新能源汽車(chē)充電行業(yè)的共識。做充電樁簡(jiǎn)單，做充電網(wǎng)技術(shù)很復雜，充電網(wǎng)是跨行業(yè)、跨專(zhuān)業(yè)的生態(tài)體系，至少涉及到電力電子、調度控制、大數據、云平臺、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、變電配電、智能環(huán)控、系統集成、智能運維等10個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，這些技術(shù)的深度融合，才能保證充電網(wǎng)體系的完整性。

　　4.充電模塊性能參數

　　在低成本的壓力下，充電樁要做到安全、可靠、穩定，面臨的挑戰依然很大。由于充電樁安裝在室外，粉塵、溫度、濕度都沒(méi)有太好的保障，環(huán)境相對惡劣。

　　在高緯度、高寒、高海拔等特殊工況條件下，對充電模塊的性能要求極高。

　　目前15kW模塊主要是強制風(fēng)冷的方式散熱，不可避免的帶來(lái)塵埃、腐蝕性氣體、濕氣等干擾，因此模塊故障主要集中在環(huán)境導致的“熱炸機”現象比較多，為克服強制風(fēng)冷的不良后果，自然冷卻(主要靠散熱片)的散熱方式是可能的有效選擇之一。

　　根據充電樁設備的工作環(huán)境溫度要求和充電模塊的自身性能，對其工作溫度范圍要求如下：

　　充電模塊工作溫度范圍： -25℃～+70℃

　　樁體穩定工作溫度范圍： -25℃～+60℃。


　　目前行業(yè)主流40kW模塊的恒功率輸出電壓范圍都在300Vdc~1000Vdc，兼容目前的400V平臺乘用車(chē)、750V大巴車(chē)以及未來(lái)800V-1000V高電壓平臺車(chē)輛的充電需求;英飛源、特來(lái)電、盛弘的40kW模塊輸出電壓范圍可以做到50Vdc~1000Vdc，兼顧低電壓車(chē)輛的充電需求。在模塊的整體工作效率方面，特來(lái)電、優(yōu)優(yōu)綠能、盛弘的40kW高效率模塊有采用SIC功率器件，峰值效率可以達到97%，高于行業(yè)平均水平。

　　充電樁的可靠性更多的是表現在充電模塊的可靠性上，除了國標規定的常規電器性能EMC之外，更多的需要去考慮環(huán)境的耐受性，比如潮濕、粉塵等等，高防護的產(chǎn)品現在開(kāi)始慢慢進(jìn)入到主流市場(chǎng)，除了常規三防噴涂外，灌膠、液冷、獨立風(fēng)道等方案將越來(lái)越成熟。

　　5.充電模塊與智能運維

　　根據中國充電聯(lián)盟統計的數據，截至2023年5月，全國充電基礎設施累計數量為635.6萬(wàn)臺，新能源汽車(chē)保有量達到1604萬(wàn)輛，為我國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。公共充電樁運營(yíng)企業(yè)中，top5的運營(yíng)商企業(yè)的市場(chǎng)份額占比達到68.7%，top15的份額占比達到了94.1%。

　　然而，筆者用大量時(shí)間調研了整個(gè)新能源汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)現：充電難依然困擾著(zhù)新能源車(chē)車(chē)主，一樁難求、壞樁多、充電慢等問(wèn)題依然普遍存在，這也給新能源電動(dòng)汽車(chē)充電行業(yè)提出了新的要求，不但要快速推進(jìn)充電基礎設施的建設，還要做好已建成充電基礎設施的運行維護工作。

　　充電基礎設施因其海量分散部署的特點(diǎn)和其能源互聯(lián)、數據互聯(lián)的屬性，運維方式也有別于傳統的電力行業(yè)，基于智能控制技術(shù)、新一代通信技術(shù)和大數據分析技術(shù)的智能運維必不可少，是做好充電基礎設施運維工作的關(guān)鍵。

　　什么是智能運維?智能運維簡(jiǎn)單來(lái)講是一套由智能充電設備、智能網(wǎng)關(guān)和大數據平臺組成、按照成熟的運維流程搭建的系統，可以高效處理已發(fā)生的問(wèn)題，并預測和預防即將發(fā)生的問(wèn)題，從而保證充電基礎設施的可靠、穩定運行。

　　智能運維最基本的功能包含充電設施的實(shí)時(shí)監控、遠程升級、遠程配置、遠程控制(復位)、遠程上線(xiàn)、遠程報文獲取、故障預警、故障診斷、故障預測、資產(chǎn)臺賬生成/替換、運維策略智能制定/優(yōu)化等，通過(guò)這些功能可以實(shí)現充電基礎設施的無(wú)人值守和主動(dòng)運維，最大程度地降低了人員對充電基礎設施運維工作的限制，同時(shí)還能提升運維工作效率，降低運維工作成本。

　　另外基于智能運維特點(diǎn)，極大程度地降低了充電基礎設施的問(wèn)題處理難度，為社會(huì )化資源參與充電基礎設施運維工作提供了可能，后期隨著(zhù)商業(yè)模式的健全，就可以形成社會(huì )化運維的生態(tài)，在進(jìn)一步提升充電基礎設施運維工作效率，降低運維工作成本的同時(shí)，反哺社會(huì )，提供就業(yè)機會(huì ).
　　

　　總結：

　　在充電模塊產(chǎn)業(yè)中，國內如英飛源、特來(lái)電、優(yōu)優(yōu)綠能等企業(yè)，在技術(shù)、規模、產(chǎn)品性能等方面已經(jīng)達到了國際水平，充電模塊不再是依賴(lài)進(jìn)口的“卡脖子“技術(shù)。國內生產(chǎn)的高效率模塊以及開(kāi)拓的智能運維思路在國際市場(chǎng)競爭中獨樹(shù)一幟。

　　打開(kāi)充電樁模塊，里面的電容、變壓器、電阻、熔斷器和線(xiàn)路板等，沒(méi)有一樣是模塊企業(yè)自己生產(chǎn)的，而模塊企業(yè)的核心競爭力就是將這些元器件集成和設計的能力。正如業(yè)界有人士所言，誰(shuí)能將故障率做到千分之幾以?xún)?，誰(shuí)就更有可能勝出。當然這個(gè)千分之幾的故障率，是正常使用反饋的故障率，而不是臆測的故障率。對于充電模塊的轉化效率，對運營(yíng)商是至關(guān)重要的，每減少1%，每年節約電費就達5000萬(wàn)元;所以充電模塊的可靠性、轉化效率及智能運維，成為模塊企業(yè)研發(fā)和創(chuàng )新的關(guān)鍵目標和指標!