1.定义及分类

充电桩是为电动汽车提供电能补给的电力设施，可根据不同的电池电压等级和补能方式为各种型号的电动汽车提供电力保障。不同类型的充电桩根据自身技术特点安装于相适应的地点，共同保障电动汽车补能供给的稳定性和便捷性，对实现低碳智慧交通城市有着重要贡献。

按补能模式分类，充电桩可分为直流充电桩、交流充电桩、无线充电桩。作为当前市面上主流的充电桩类型，交流桩和直流桩在充电电流、充电时间、充电功率等方面有着较大差异。交流充电桩是通过车载充电机（OBC）将电网交流电转换为直流电后对车载动力电池充电。OBC的内部电路通常为两级式结构，前级为AC-DC电路，负责整流和功率因数校正；后级为DC-DC电路，负责电气隔离和直流调压。单向OBC只能给动力电池充电，而双向OBC可以把动力电池直流电逆变为220V交流电，供外接电器使用。在功率等级上，6.6kW的OBC已成主流趋势，且正发展至11kW、甚至22kW。未来，车载OBC向着高功率、小型化、双向和集成化的方向发展。交流充电桩技术成熟、结构简单、易于安装且成本较低，一般无须对电网进行特殊改造，主要使用于居民社区、个人停车位等私人场景。但受限于小电流、常规电压，交流桩充电功率小，补能速度慢。

与交流桩不同，直流充电桩功率高、充电快，但是技术和设备更为复杂，制造成本和安装成本也较高，对电网要求较高，需要建设专用网络，更适用于对补能速度要求较高的场景，如运营车辆的集中场所、大型充电站、高速公路服务区等公共场所。相比于前者，共直流母线结构有一个中央整流器连接到电网侧的工频变压器，电动汽车通过由DC-DC构成的充电桩连接到直流母线上，该方案更具成本效益、占地更小、更灵活，同时对公用电网的影响更小，系统效率也更高。目前，市场上直流桩的充电功率范围主要为30~480kW，支持400V和800V电压平台电动汽车充电。在电动汽车允许的前提下，更高的功率意味着更高的充电速度，但同时也在散热、电路元器件、绝缘保护等方面对直流充电桩设备提出了更高的要求。直流充电桩的加速建设对减少电动汽车里程焦虑、促进电动汽车推广与发展具有重大意义。

2.电动汽车直流快速充电

实现电动汽车快速充电可通过加大充电电流和充电电压两种方式，大电压快充由于可更好控制发热因此更受青睐，目前主流快充均采用800V高电压平台。

充电倍率指在动力电池与充电桩电压平台一致时，输出电流与电池容量的比值。根据电量公式Q=I*t，即电池容量=输出电流×充电时间。因此可得，充电倍率=输出电流/电池容量=1/充电时间。因此当充电倍率越高时，电池充满所需时间越短。

当前国产车企2C快充车型已基本降至20-30万元价格区间，部分车型如2024款小鹏G9、埃安V Plus 70超充版、阿维塔11、路特斯Eletre L+等已实现3~4C快充倍率，平均快充功率已达200KW左右。3~4C车型陆续落地标志着我国新能源汽车行业逐渐向超级快充方向发展，有助于带动相关配套基础设施如800V平台4C超级快充桩的覆盖。

3.一体式直流充电桩

传统一体式直流充电桩内部所有单元集成在一个机柜，通常配置在共交流母线电动汽车充电站。其中，充电模块是直流充电桩的核心部件，对电能起到控制、转换的作用。充电模块的核心壁垒在于电路拓扑结构设计、控制算法、系统安全性、散热技术等。

一体式直流桩内部配置的充电模块通常使用两级式架构，前级整流桥实现交流变直流，再进行PFC功率因数校正，后级DC-DC实现直流电压变换和稳压输出。充电模块后级常使用LLC电路，可以实现更高的效率和功率密度。

4.分体式直流充电堆

目前正在高速发展的大规模分体式直流充电桩通常以“充电堆”的形式出现，配置在共直流母线架构的大型电动汽车充电站。充电站将所有由DC-DC构成的充电模块集成在一个大型机柜内部，作为充电堆，进行集中监控及调度。当检测到电动汽车接入时，中央控制器通过通讯获取车辆充电信息，进而调度充电模块以最优连接方式和最优数量接入充电枪满足车辆充电需求，且支持同时为多辆电动汽车快速充电。充电堆方案适用于大型集中式充电站，有利于设备维护和充电模块检修。同时，随着电动汽车充电功率的提升，充电堆还具有功率向上兼容的特点，通过拓展功率模块数量实现电动汽车充电站的灵活扩容。

2014年，深圳奥特迅公司最早提出矩阵式柔性充电堆技术方案，实现了功率共享、按需分配，既可以满足大小充电功率长期共存的现状，也可以适应未来大功率充电技术的发展，大幅提升了充电功率及设备的利用率。近年，盛弘电气也推出了一款最高可输出1000V、800kW的柔性共享超充堆，单模块40kW，采用全矩阵拓扑电路，动态调配，单枪最多输出600kW，最多支持16个充电枪接入。

绿能慧充也提供了360、480、720kW直流充电堆产品，采用星环功率分配技术，充电功率灵活调配，安全、可靠、稳定、高效 宽恒功率范围300~1000V，模块采用灌胶工艺，支持 HPC 液冷充电终端，单枪最高输出功率600kW，适用未来超充车型支持状态在线诊断和 OTA 远程升级功能。全国首创星环功率分配专利技术，与同行业其他主流技术相比，其优势体现在成本低、功率分配自由与灵活性度高、可靠性高，综合性价比高，能大幅提升设备功率利用率。

5.产业链

充电桩属于新能源汽车充换电设备设施行业，是新能源汽车行业配套产业的重要组成部分。产业链上游是设备元器件及零部件，主要包括充电模块（包含功率器件、磁性材料、电容）、继电器、接触器、监控计量设备、充电线缆、主控制器、通信模块及其他零部件，市场参与者主要包括华为、中兴、英可瑞、盛弘股份、通合科技、英飞源等企业。充电模块是直流充电桩的核心部件。而功率器件又是充电模块的关键器件，作用是通过整流、逆变等一系列环节实现电能的变换与传输。产业链中游以充电桩及充电枪为主。其中，直流充电桩的技术痛点近年来被不断突破，新技术层出不穷，出货数量持续增长，投资热度持续攀升。产业链下游以充电站运营商为主，部分充电桩元器件生产商和充电桩设备制造商也参与其中。

6.未来展望

（1）高压直流快充和液冷散热是未来的发展趋势

电动汽车快速充电分为以保时捷为代表的高电压快充和以特斯拉为代表的高电流快充。高电流方案需要更粗的线缆和更高效的散热设计，比如特斯拉 V3 充电桩的峰值电流已经达到了600A。而高电压方案在保证高充电功率的同时，输出电流更小，产生热量更少，安全性也更好，是未来的发展趋势。

随着充电功率的提高，充电过程产生的热量也更高，传统的风冷散热方式已无法保证充电桩的可靠运行，解决散热问题成为关键。目前，液冷散热技术已成为超充桩生产厂商使用的主流方案。与风冷相比，液冷式散热具有噪声低、防护能力强、散热效果好等优点，但目前成本较高。随着技术进一步发展，液冷会成为大功率充电桩的主流散热方案。

（2）高效率、高功率密度充电模块

充电模块是直流快充桩的“心脏”，关键技术为电力电子电能变换技术。随着充电功率、电压、电流的提高，充电模块的设计难度随之提高。同时还要保证可靠性和安全性，进一步提高了充电模块的技术门槛。高效率、高功率密度是充电模块的优化目标，主要有两个实现途径。一方面，从电路的角度，在充电模块中使用先进电力电子变换拓扑并优化开关管调制策略；另一方面，从功率器件的角度，使用高压碳化硅第三代半导体，降低元件损耗的同时提高开关频率从而减小无源元件体积。

（3）车网互动（V2G）

2023年，中国新能源汽车保有量已突破2100万辆，充电量激增给电网带来的压力已然显现出来。根据能链研究院预测，预计到2030年，中国电动汽车保有量将达1.45亿辆，所配套的公用充电枪数量为2630万把，公用充电量会达到史无前例的3380亿度，相比2022年充电量增长25倍，占全社会用电量的3.34%。到2050年，含公桩、私桩的电动汽车总充电量将达到1.5万亿度，占到10%的发用电量，几乎相当于城市居民生活用电的总量。未来，电动汽车充电量将上升为全社会最大的用电负荷之一，与电网形成“友好”的融合互动关系变得尤为重要。