电动汽车充电模块发展调研：国内充电模块正在崛起

　　随着我国新能源汽车渗透率越来越高，作为电动汽车配套基础设施的充电桩也越来越受到中央和地方政府的重视。

　　充电模块是充电桩的核心组件，好比充电桩的“心脏”，他是将电网的交流电转化为电动汽车需要的直流电的关键设备，具有较高的技术要求，他的技术关键在于可靠性、转化效率和智能运维。充电模块技术的提升，是各运营商提升用户充电体验、减少投资成本、减少运营费用的关键。

　　1.充电模块的产业规模

　　近年来，受益于充电桩市场建设加快，充电模块市场规模持续增长。据相关数据显示，2022年全球充电模块市场规模约为70.8亿元，国内市场规模为53.14亿元，占比达到75%。

　　各主流充电模块的品牌、产品、技术参数和应用场景等相关参数如下表所示：

　　充电模块，作为充电桩的核心，类似于人体的心脏，它决定着充电桩的大部分成本、电能转换效率，充电速度和可靠性。

　　目前，有充电模块生产能力的企业大致分为两类：一类是模块供应商，专门销售给充电桩的生产企业或运营企业，比如英飞源、永联、通合等，用于销售的模块要求价格低、符合产品标准；另一类是充电桩生产和运营为主的企业，主要是自产自用，强调的是全寿命周期成本最低，这类企业目前仅特来电一家。由于充电模块开发，在人才、技术、供应链整合等方面有着显著的壁垒，所以能做到自产自用的企业凤毛麟角。

　　目前市场，出货量前三名的模块生产厂家为英飞源、特来电和优优绿能。其中，英飞源主要的占比在海外市场及电网公司，特来电作为国内头部充电运营商，占据了国内市场的半壁江山，其次是优优绿能、永联、华为等。

　　2.充电模块的技术发展趋势

　　近两年，新能源汽车销量大幅增长，2022年我国新能源汽车销量近700万辆，相比2020年增长了近4倍。新能源汽车的快速发展对充电基础设施建设提出了更高要求。

　　目前，充电模块正向着“高功率、高效率、宽输出范围、高可靠性、智能运维”方向发展。

　　1）充电模块单模块功率越大，单瓦的成本越低。随着大功率充电站的建设越来越多，充电模块功率也越来越高。从15kW，到20kW、30kW，再到现在的40kW。当然，充电模块的功率也不是越大越好，当下以单枪功率60-120KW为主流的充电桩市场，15KW模块也可以满足市场需求，但很多桩企基于整机成本考虑，采用单瓦成本更低的40kW模块。实际上系统模块数量越多，单模块失效对整体影响越小。车主不需要承担因为系统可用性降低，带来的充电时间延长的风险。充电桩运营商在做柔性充电智能分配时，更期望模块颗粒度更小，这样易于做调度分配，减少功率浪费，单个故障对系统的可用性影响较小，对运维及时度要求也会减小。

　　2）充电模块输出范围越来越宽。随着汽车动力电池及三电技术的发展，汽车动力电池电压平台从330V，提升到600V，再提升到800V平台。充电模块的输出电压范围也从500V，提升到750V，再提升到1000V。英飞源、维谛技术(原艾默生)采用三电平全桥移相ZVS技术，实现了输出电压的宽范围的调节。

　　3）充电模块可靠性自身要求越来越高。早期充电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，随着技术的发展，厂商走出了不同的充电模块防护技术发展路线。有走独立风道防护路线，有走液冷路线、也有走全灌胶路线。作为头部运营商，基于防护性、可维护性、成本、可靠性考虑，特来电选用全灌胶方案，在保证产品可靠性同时，为客户提供了比肩IP54防护能力的低成本解决方案。优优绿能的模块产品都采用了IP65独立风道结构设计，具备良好的防尘、防水功能，确保充电桩在室外能够长时间安全、可靠运行。最近大火的华为全液冷模块，一时火爆全网，这种模块虽然能做到更高的防护性等级，但却要付出高昂的设备成本，模块电力损耗大，设备维修难度高，是非常不经济实用的技术方案。

　　4）充电模块转换效率要求越来越高。运营商在充电运营时必须自己承担AC/DC转换过程的损耗。因而提升充电模块效率，是降低运营成本的关键措施。易能时代通过采用独特的软开关技术来改良充电桩，纳秒级开关控制将开关损耗降至最低，拥有远超行业水平的超高转化效率，最高可达99%。盛弘、优优绿能、特来电等企业已经开始布局高功率的碳化硅充电模块，将第三代半导体技术应用到充电模块中，和原有的硅基器件结合，达到成本和效率的兼顾，提升了模块转换效率1%。转换能量损失降低20%以上，有效降低了运营商的运营费用。

　　5）液冷模块技术的发展

　　液冷充电模块是充电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，从而充电桩功率部分可以全封闭设计，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。充电桩体内的液冷充电模块、电气配件等与外界环境无接触，从而可以实现IP65的防护，可靠性更高。

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　　3.充电模块的主要应用场景

　　充电桩可分直流桩、交流桩、液冷超充桩等，分别适用于小区、园区、物流港口、公共快充站、公交充电站等场景中。充电模块则主要应用于新能源汽车直流充电桩、液冷超充桩、储能站、新能源微网中。

　　一个充电桩通常采用多个充电模块并联而成，比如 120kW 充电桩可由 8 个 15kW 充电模块组成，也可由4个30kW充电模块组成。单个充电模块输出功率越大，功率密度越高，能有效优化桩内空间。目前充电模块已历经第一代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、特来电、通合科技、英飞源、优优绿能等均已研发出 40kW 充电模块产品。

　　充电模块除了传统的给电动汽车充电功能之外，也在发展双向充电技术。双向模块的发展，进一步使得 V2G 技术和 V2H 技术得以实现，在削峰填谷、平衡用电负荷、提高充电桩使用效率等方面起到积极的作用。

　　随着电动汽车规模化的到来，简单的充电桩显然无法支撑大规模电动汽车的发展，充电网技术路线成为新能源汽车充电行业的共识。做充电桩简单，做充电网技术很复杂，充电网是跨行业、跨专业的生态体系，至少涉及到电力电子、调度控制、大数据、云平台、人工智能、工业互联网、变电配电、智能环控、系统集成、智能运维等10个领域的技术，这些技术的深度融合，才能保证充电网体系的完整性。

　　4.充电模块性能参数

　　在低成本的压力下，充电桩要做到安全、可靠、稳定，面临的挑战依然很大。由于充电桩安装在室外，粉尘、温度、湿度都没有太好的保障，环境相对恶劣。

　　在高纬度、高寒、高海拔等特殊工况条件下，对充电模块的性能要求极高。

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

　　根据充电桩设备的工作环境温度要求和充电模块的自身性能，对其工作温度范围要求如下：

　　充电模块工作温度范围： -25℃～+70℃

　　桩体稳定工作温度范围： -25℃～+60℃。

　　目前行业主流40kW模块的恒功率输出电压范围都在300Vdc~1000Vdc，兼容目前的400V平台乘用车、750V大巴车以及未来800V-1000V高电压平台车辆的充电需求；英飞源、特来电、盛弘的40kW模块输出电压范围可以做到50Vdc~1000Vdc，兼顾低电压车辆的充电需求。在模块的整体工作效率方面，特来电、优优绿能、盛弘的40kW高效率模块有采用SIC功率器件，峰值效率可以达到97%，高于行业平均水平。

　　充电桩的可靠性更多的是表现在充电模块的可靠性上，除了国标规定的常规电器性能EMC之外，更多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.充电模块与智能运维

　　根据中国充电联盟统计的数据，截至2023年5月，全国充电基础设施累计数量为635.6万台，新能源汽车保有量达到1604万辆，为我国新能源汽车产业发展提供了有力支撑。公共充电桩运营企业中，top5的运营商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，笔者用大量时间调研了整个新能源汽车行业产业链发现：充电难依然困扰着新能源车车主，一桩难求、坏桩多、充电慢等问题依然普遍存在，这也给新能源电动汽车充电行业提出了新的要求，不但要快速推进充电基础设施的建设，还要做好已建成充电基础设施的运行维护工作。

　　充电基础设施因其海量分散部署的特点和其能源互联、数据互联的属性，运维方式也有别于传统的电力行业，基于智能控制技术、新一代通信技术和大数据分析技术的智能运维必不可少，是做好充电基础设施运维工作的关键。

　　什么是智能运维？智能运维简单来讲是一套由智能充电设备、智能网关和大数据平台组成、按照成熟的运维流程搭建的系统，可以高效处理已发生的问题，并预测和预防即将发生的问题，从而保证充电基础设施的可靠、稳定运行。

　　智能运维最基本的功能包含充电设施的实时监控、远程升级、远程配置、远程控制（复位）、远程上线、远程报文获取、故障预警、故障诊断、故障预测、资产台账生成/替换、运维策略智能制定/优化等，通过这些功能可以实现充电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电基础设施运维工作的限制，同时还能提升运维工作效率，降低运维工作成本。

　　另外基于智能运维特点，极大程度地降低了充电基础设施的问题处理难度，为社会化资源参与充电基础设施运维工作提供了可能，后期随着商业模式的健全，就可以形成社会化运维的生态，在进一步提升充电基础设施运维工作效率，降低运维工作成本的同时，反哺社会，提供就业机会。

　　总结：

　　在充电模块产业中，国内如英飞源、特来电、优优绿能等企业，在技术、规模、产品性能等方面已经达到了国际水平，充电模块不再是依赖进口的“卡脖子“技术。国内生产的高效率模块以及开拓的智能运维思路在国际市场竞争中独树一帜。

　　打开充电桩模块，里面的电容、变压器、电阻、熔断器和线路板等，没有一样是模块企业自己生产的，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力。正如业界有人士所言，谁能将故障率做到千分之几以内，谁就更有可能胜出。当然这个千分之几的故障率，是正常使用反馈的故障率，而不是臆测的故障率。对于充电模块的转化效率，对运营商是至关重要的，每减少1%，每年节约电费就达5000万元；所以充电模块的可靠性、转化效率及智能运维，成为模块企业研发和创新的关键目标和指标！