随着我國(guó)新(xīn)能(néng)源汽車(chē)渗透率越来越高，作(zuò)為(wèi)電(diàn)动汽車(chē)配套基础设施的充電(diàn)桩也越来越受到中(zhōng)央和地方政府的重视。

　　充電(diàn)模块是充電(diàn)桩的核心组件，好比充電(diàn)桩的“心脏”，他(tā)是将電(diàn)网的交流電(diàn)转化為(wèi)電(diàn)动汽車(chē)需要的直流電(diàn)的关键设备，具(jù)有(yǒu)较高的技(jì )术要求，他(tā)的技(jì )术关键在于可(kě)靠性、转化效率和智能(néng)运维。充電(diàn)模块技(jì )术的提升，是各运营商(shāng)提升用(yòng)户充電(diàn)體(tǐ)验、减少投资成本、减少运营费用(yòng)的关键。

　　1.充電(diàn)模块的产(chǎn)业规模

　　近年来，受益于充電(diàn)桩市场建设加快，充電(diàn)模块市场规模持续增長(cháng)。据相关数据显示，2022年全球充電(diàn)模块市场规模约為(wèi)70.8亿元，國(guó)内市场规模為(wèi)53.14亿元，占比达到75%。

　　各主流充電(diàn)模块的品牌、产(chǎn)品、技(jì )术参数和应用(yòng)场景等相关参数如下表所示：


　　充電(diàn)模块，作(zuò)為(wèi)充電(diàn)桩的核心，类似于人體(tǐ)的心脏，它决定着充電(diàn)桩的大部分(fēn)成本、電(diàn)能(néng)转换效率，充電(diàn)速度和可(kě)靠性。

　　目前，有(yǒu)充電(diàn)模块生产(chǎn)能(néng)力的企业大致分(fēn)為(wèi)两类：一类是模块供应商(shāng)，专门销售给充電(diàn)桩的生产(chǎn)企业或运营企业，比如英飞源、永联、通合等，用(yòng)于销售的模块要求价格低、符合产(chǎn)品标准;另一类是充電(diàn)桩生产(chǎn)和运营為(wèi)主的企业，主要是自产(chǎn)自用(yòng)，强调的是全寿命周期成本最低，这类企业目前仅特来電(diàn)一家。由于充電(diàn)模块开发，在人才、技(jì )术、供应链整合等方面有(yǒu)着显著的壁垒，所以能(néng)做到自产(chǎn)自用(yòng)的企业凤毛麟角。


　　目前市场，出货量前三名(míng)的模块生产(chǎn)厂家為(wèi)英飞源、特来電(diàn)和优优绿能(néng)。其中(zhōng)，英飞源主要的占比在海外市场及電(diàn)网公(gōng)司，特来電(diàn)作(zuò)為(wèi)國(guó)内头部充電(diàn)运营商(shāng)，占据了國(guó)内市场的半壁江山(shān)，其次是优优绿能(néng)、永联、华為(wèi)等。

　　2.充電(diàn)模块的技(jì )术发展趋势

　　近两年，新(xīn)能(néng)源汽車(chē)销量大幅增長(cháng)，2022年我國(guó)新(xīn)能(néng)源汽車(chē)销量近700万辆，相比2020年增長(cháng)了近4倍。新(xīn)能(néng)源汽車(chē)的快速发展对充電(diàn)基础设施建设提出了更高要求。

　　目前，充電(diàn)模块正向着“高功率、高效率、宽输出范围、高可(kě)靠性、智能(néng)运维”方向发展。

　　1）充電(diàn)模块单模块功率越大，单瓦的成本越低。 随着大功率充電(diàn)站的建设越来越多(duō)，充電(diàn)模块功率也越来越高。从15kW，到20kW、30kW，再到现在的40kW。当然，充電(diàn)模块的功率也不是越大越好，当下以单枪功率60-120KW為(wèi)主流的充電(diàn)桩市场，15KW模块也可(kě)以满足市场需求，但很(hěn)多(duō)桩企基于整机成本考虑，采用(yòng)单瓦成本更低的40kW模块。实际上系统模块数量越多(duō)，单模块失效对整體(tǐ)影响越小(xiǎo)。車(chē)主不需要承担因為(wèi)系统可(kě)用(yòng)性降低，带来的充電(diàn)时间延長(cháng)的风险。充電(diàn)桩运营商(shāng)在做柔性充電(diàn)智能(néng)分(fēn)配时，更期望模块颗粒度更小(xiǎo)，这样易于做调度分(fēn)配，减少功率浪费，单个故障对系统的可(kě)用(yòng)性影响较小(xiǎo)，对运维及时度要求也会减小(xiǎo)。

　　2）充電(diàn)模块输出范围越来越宽。 随着汽車(chē)动力電(diàn)池及三電(diàn)技(jì )术的发展，汽車(chē)动力電(diàn)池電(diàn)压平台从330V，提升到600V，再提升到800V平台。充電(diàn)模块的输出電(diàn)压范围也从500V，提升到750V，再提升到1000V。英飞源、维谛技(jì )术(原艾默生)采用(yòng)三電(diàn)平全桥移相ZVS技(jì )术，实现了输出電(diàn)压的宽范围的调节。

　　3）充電(diàn)模块可(kě)靠性自身要求越来越高。 早期充電(diàn)模块在市场运行几年就出现失效的情况，尤其在沿海等高温、高湿、高盐雾环境下表现特别糟糕。近几年，随着技(jì )术的发展，厂商(shāng)走出了不同的充電(diàn)模块防护技(jì )术发展路線(xiàn)。有(yǒu)走独立风道防护路線(xiàn)，有(yǒu)走液冷路線(xiàn)、也有(yǒu)走全灌胶路線(xiàn)。作(zuò)為(wèi)头部运营商(shāng)，基于防护性、可(kě)维护性、成本、可(kě)靠性考虑，特来電(diàn)选用(yòng)全灌胶方案，在保证产(chǎn)品可(kě)靠性同时，為(wèi)客户提供了比肩IP54防护能(néng)力的低成本解决方案。优优绿能(néng)的模块产(chǎn)品都采用(yòng)了IP65独立风道结构设计，具(jù)备良好的防尘、防水功能(néng)，确保充電(diàn)桩在室外能(néng)够長(cháng)时间安(ān)全、可(kě)靠运行。最近大火的华為(wèi)全液冷模块，一时火爆全网，这种模块虽然能(néng)做到更高的防护性等级，但却要付出高昂的设备成本，模块電(diàn)力损耗大，设备维修难度高，是非常不经济实用(yòng)的技(jì )术方案。

　　4）充電(diàn)模块转换效率要求越来越高。 运营商(shāng)在充電(diàn)运营时必须自己承担AC/DC转换过程的损耗。因而提升充電(diàn)模块效率，是降低运营成本的关键措施。易能(néng)时代通过采用(yòng)独特的软开关技(jì )术来改良充電(diàn)桩，纳秒(miǎo)级开关控制将开关损耗降至最低，拥有(yǒu)遠(yuǎn)超行业水平的超高转化效率，最高可(kě)达99%。盛弘、优优绿能(néng)、特来電(diàn)等企业已经开始布局高功率的碳化硅充電(diàn)模块，将第三代半导體(tǐ)技(jì )术应用(yòng)到充電(diàn)模块中(zhōng)，和原有(yǒu)的硅基器件结合，达到成本和效率的兼顾，提升了模块转换效率1%。转换能(néng)量损失降低20%以上，有(yǒu)效降低了运营商(shāng)的运营费用(yòng)。

　　5）液冷模块技(jì )术的发展

　　液冷充電(diàn)模块是充電(diàn)模块的一个发展方向，液冷模块正面及背面无任何风道，模块靠液冷板内部循环的冷却液与外界进行热交换，从而充電(diàn)桩功率部分(fēn)可(kě)以全封闭设计，将散热器外置，内部通过冷却液将热量带到散热器上，外部空气吹走散热器表面的热量。充電(diàn)桩體(tǐ)内的液冷充電(diàn)模块、電(diàn)气配件等与外界环境无接触，从而可(kě)以实现IP65的防护，可(kě)靠性更高。


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　　3.充電(diàn)模块的主要应用(yòng)场景

　　充電(diàn)桩可(kě)分(fēn)直流桩、交流桩、液冷超充桩等，分(fēn)别适用(yòng)于小(xiǎo)區(qū)、园區(qū)、物(wù)流港口、公(gōng)共快充站、公(gōng)交充電(diàn)站等场景中(zhōng)。充電(diàn)模块则主要应用(yòng)于新(xīn)能(néng)源汽車(chē)直流充電(diàn)桩、液冷超充桩、储能(néng)站、新(xīn)能(néng)源微网中(zhōng)。

　　一个充電(diàn)桩通常采用(yòng)多(duō)个充電(diàn)模块并联而成，比如 120kW 充電(diàn)桩可(kě)由 8 个 15kW 充電(diàn)模块组成，也可(kě)由4个30kW充電(diàn)模块组成。单个充電(diàn)模块输出功率越大，功率密度越高，能(néng)有(yǒu)效优化桩内空间。目前充電(diàn)模块已历经第一代7.5kW、第二代 15/20kW，向着 30/40kW 乃至更高功率不断演进。据了解，盛弘、永联、特来電(diàn)、通合科(kē)技(jì )、英飞源、优优绿能(néng)等均已研发出 40kW 充電(diàn)模块产(chǎn)品。

　　充電(diàn)模块除了传统的给電(diàn)动汽車(chē)充電(diàn)功能(néng)之外，也在发展双向充電(diàn)技(jì )术。双向模块的发展，进一步使得 V2G 技(jì )术和 V2H 技(jì )术得以实现，在削峰填谷、平衡用(yòng)電(diàn)负荷、提高充電(diàn)桩使用(yòng)效率等方面起到积极的作(zuò)用(yòng)。

　　随着電(diàn)动汽車(chē)规模化的到来，简单的充電(diàn)桩显然无法支撑大规模電(diàn)动汽車(chē)的发展，充電(diàn)网技(jì )术路線(xiàn)成為(wèi)新(xīn)能(néng)源汽車(chē)充電(diàn)行业的共识。做充電(diàn)桩简单，做充電(diàn)网技(jì )术很(hěn)复杂，充電(diàn)网是跨行业、跨专业的生态體(tǐ)系，至少涉及到電(diàn)力電(diàn)子、调度控制、大数据、云平台、人工(gōng)智能(néng)、工(gōng)业互联网、变電(diàn)配電(diàn)、智能(néng)环控、系统集成、智能(néng)运维等10个领域的技(jì )术，这些技(jì )术的深度融合，才能(néng)保证充電(diàn)网體(tǐ)系的完整性。

　　4.充電(diàn)模块性能(néng)参数

　　在低成本的压力下，充電(diàn)桩要做到安(ān)全、可(kě)靠、稳定，面临的挑战依然很(hěn)大。由于充電(diàn)桩安(ān)装(zhuāng)在室外，粉尘、温度、湿度都没有(yǒu)太好的保障，环境相对恶劣。

　　在高纬度、高寒、高海拔等特殊工(gōng)况条件下，对充電(diàn)模块的性能(néng)要求极高。

　　目前15kW模块主要是强制风冷的方式散热，不可(kě)避免的带来尘埃、腐蚀性气體(tǐ)、湿气等干扰，因此模块故障主要集中(zhōng)在环境导致的“热炸机”现象比较多(duō)，為(wèi)克服强制风冷的不良后果，自然冷却(主要靠散热片)的散热方式是可(kě)能(néng)的有(yǒu)效选择之一。

　　根据充電(diàn)桩设备的工(gōng)作(zuò)环境温度要求和充電(diàn)模块的自身性能(néng)，对其工(gōng)作(zuò)温度范围要求如下：

　　充電(diàn)模块工(gōng)作(zuò)温度范围： -25℃～+70℃

　　桩體(tǐ)稳定工(gōng)作(zuò)温度范围： -25℃～+60℃。


　　目前行业主流40kW模块的恒功率输出電(diàn)压范围都在300Vdc~1000Vdc，兼容目前的400V平台乘用(yòng)車(chē)、750V大巴車(chē)以及未来800V-1000V高電(diàn)压平台車(chē)辆的充電(diàn)需求;英飞源、特来電(diàn)、盛弘的40kW模块输出電(diàn)压范围可(kě)以做到50Vdc~1000Vdc，兼顾低電(diàn)压車(chē)辆的充電(diàn)需求。在模块的整體(tǐ)工(gōng)作(zuò)效率方面，特来電(diàn)、优优绿能(néng)、盛弘的40kW高效率模块有(yǒu)采用(yòng)SIC功率器件，峰值效率可(kě)以达到97%，高于行业平均水平。

　　充電(diàn)桩的可(kě)靠性更多(duō)的是表现在充電(diàn)模块的可(kě)靠性上，除了國(guó)标规定的常规電(diàn)器性能(néng)EMC之外，更多(duō)的需要去考虑环境的耐受性，比如潮湿、粉尘等等，高防护的产(chǎn)品现在开始慢慢进入到主流市场，除了常规三防喷涂外，灌胶、液冷、独立风道等方案将越来越成熟。

　　5.充電(diàn)模块与智能(néng)运维

　　根据中(zhōng)國(guó)充電(diàn)联盟统计的数据，截至2023年5月，全國(guó)充電(diàn)基础设施累计数量為(wèi)635.6万台，新(xīn)能(néng)源汽車(chē)保有(yǒu)量达到1604万辆，為(wèi)我國(guó)新(xīn)能(néng)源汽車(chē)产(chǎn)业发展提供了有(yǒu)力支撑。公(gōng)共充電(diàn)桩运营企业中(zhōng)，top5的运营商(shāng)企业的市场份额占比达到68.7%，top15的份额占比达到了94.1%。

　　然而，筆(bǐ)者用(yòng)大量时间调研了整个新(xīn)能(néng)源汽車(chē)行业产(chǎn)业链发现：充電(diàn)难依然困扰着新(xīn)能(néng)源車(chē)車(chē)主，一桩难求、坏桩多(duō)、充電(diàn)慢等问题依然普遍存在，这也给新(xīn)能(néng)源電(diàn)动汽車(chē)充電(diàn)行业提出了新(xīn)的要求，不但要快速推进充電(diàn)基础设施的建设，还要做好已建成充電(diàn)基础设施的运行维护工(gōng)作(zuò)。

　　充電(diàn)基础设施因其海量分(fēn)散部署的特点和其能(néng)源互联、数据互联的属性，运维方式也有(yǒu)别于传统的電(diàn)力行业，基于智能(néng)控制技(jì )术、新(xīn)一代通信技(jì )术和大数据分(fēn)析技(jì )术的智能(néng)运维必不可(kě)少，是做好充電(diàn)基础设施运维工(gōng)作(zuò)的关键。

　　什么是智能(néng)运维?智能(néng)运维简单来讲是一套由智能(néng)充電(diàn)设备、智能(néng)网关和大数据平台组成、按照成熟的运维流程搭建的系统，可(kě)以高效处理(lǐ)已发生的问题，并预测和预防即将发生的问题，从而保证充電(diàn)基础设施的可(kě)靠、稳定运行。

　　智能(néng)运维最基本的功能(néng)包含充電(diàn)设施的实时监控、遠(yuǎn)程升级、遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程控制(复位)、遠(yuǎn)程上線(xiàn)、遠(yuǎn)程报文(wén)获取、故障预警、故障诊断、故障预测、资产(chǎn)台账生成/替换、运维策略智能(néng)制定/优化等，通过这些功能(néng)可(kě)以实现充電(diàn)基础设施的无人值守和主动运维，最大程度地降低了人员对充電(diàn)基础设施运维工(gōng)作(zuò)的限制，同时还能(néng)提升运维工(gōng)作(zuò)效率，降低运维工(gōng)作(zuò)成本。

　　另外基于智能(néng)运维特点，极大程度地降低了充電(diàn)基础设施的问题处理(lǐ)难度，為(wèi)社会化资源参与充電(diàn)基础设施运维工(gōng)作(zuò)提供了可(kě)能(néng)，后期随着商(shāng)业模式的健全，就可(kě)以形成社会化运维的生态，在进一步提升充電(diàn)基础设施运维工(gōng)作(zuò)效率，降低运维工(gōng)作(zuò)成本的同时，反哺社会，提供就业机会.
　　

　　总结：

　　在充電(diàn)模块产(chǎn)业中(zhōng)，國(guó)内如英飞源、特来電(diàn)、优优绿能(néng)等企业，在技(jì )术、规模、产(chǎn)品性能(néng)等方面已经达到了國(guó)际水平，充電(diàn)模块不再是依赖进口的“卡脖子“技(jì )术。國(guó)内生产(chǎn)的高效率模块以及开拓的智能(néng)运维思路在國(guó)际市场竞争中(zhōng)独树一帜。

　　打开充電(diàn)桩模块，里面的電(diàn)容、变压器、電(diàn)阻、熔断器和線(xiàn)路板等，没有(yǒu)一样是模块企业自己生产(chǎn)的，而模块企业的核心竞争力就是将这些元器件集成和设计的能(néng)力。正如业界有(yǒu)人士所言，谁能(néng)将故障率做到千分(fēn)之几以内，谁就更有(yǒu)可(kě)能(néng)胜出。当然这个千分(fēn)之几的故障率，是正常使用(yòng)反馈的故障率，而不是臆测的故障率。对于充電(diàn)模块的转化效率，对运营商(shāng)是至关重要的，每减少1%，每年节约電(diàn)费就达5000万元;所以充電(diàn)模块的可(kě)靠性、转化效率及智能(néng)运维，成為(wèi)模块企业研发和创新(xīn)的关键目标和指标!