【干货】超详细充电桩知识,一文全get|行业研究

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随着新能源汽车大规模普及、政策大力扶持，新能源汽车行业高速发展，用户充电需求不断增大，推动中国充电桩行业规模快速增长。


充电桩产品介绍充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。充电桩的功能充电桩（栓）能实现计时、计电度、计金额充电，可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩（栓）的效率和实用性，今后将陆续增加一桩（栓）多充和为电动自行车充电的功能。充电桩的发展历程2006年，比亚迪在深圳总部建成深圳首个电动汽车充电站。2008年，北京市奥运会期间建设了国内第一个集中式充电站，可满足50辆纯电动大巴车的动力电池充电需求。2009年10月，上海市电力公司投资建成上海漕溪电动汽车充电站，是国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站。2009年底，北京首科集团在健翔桥建设完成了国内第一个包含完整智能微网的北京纯电动乘用车示范充电站。2009年12月31日，南方电网投产的首批电动汽车充电站（桩）在深圳建成投运，建设规模为2个充电站、134个充电桩（栓）。2010年3月31日，国家电网公司唐山南湖充电站建成投运，是我国首座国家电网典型设计充电站，可同时为10台电动汽车按快充和慢充两种方式进行充电作业。截至2019年底，中国充电桩数量超120万个。2020年4月14日，国家电网启动了首批126个充电桩项目，2020年全年计划安排充电桩项目投资27亿元，分布在北京、天津、河北等24个省（市），涵盖公共、专用、物流、环卫、社区以及港口岸电等多种类型。其中居住区充电桩5.3万个，公共充电桩1.8万个，专用充电桩0.7万个，将有助于补齐居民区充电难、平台互联互通不足等行业短板。截至2020年6月底，全国各类充电桩保有量达132.2万个，其中公共充电桩为55.8万个，数量位居全球首位。截止到今年2020年9月，中国累计建设的充电站达到4.2万座，换电站也达到了525座，各类充电桩达到了142万个，车桩比约为3.1：1。中国已经建成了全球最大规模的充电网络（2020年11月3日，国务院新闻办公室举行国务院政策例行吹风会）。截至2021年3月，联盟内成员单位总计上报公共类充电桩约85.1万台，其中直流充电桩35.5万台、交流充电桩49.5万台、交直流一体充电桩481台。2022年4月26日，交通运输部公路局副局长周荣峰说，目前全国已有3102个高速公路服务区建设了充换电基础设施，共建成充电桩约13374个。2022年10月11日，中国充电联盟发布公共充电基础设施运行情况，2022年9月比8月公共充电桩增加1.2万台，9月同比增长56.6%。截至2022年9月，联盟内成员单位总计上报公共充电桩163.6万台，其中直流充电桩70.4万台、交流充电桩93.1万台。从2021年10月到2022年9月，月均新增公共充电桩约4.9万台。广东、江苏、上海、浙江、北京、湖北、山东、安徽、河南、福建TOP10地区建设的公共充电桩占比达71.5%。充电桩国内发展情况国内模式目前我国正处于充电站基础设施建设的高峰期，政府和企业关注于充电站专业服务是直充还是换电的选择中，国内充电站的综合服务尚未开发。1）、充电站成功运营案例：国内现有的两个最大最成熟的电动汽车充电站就是北京奥运充电站和上海世博充电站，这两个充电站目前都是为城市电动公交客车提供电池快速更换服务，两个充电站目前都不属于正式商业运营，只是政府组织下的试点运行。两个充电站的共同点就是都是由当地公交集团主导运行，充电站由国家重大专项资金和地方出资建立，电动客车归属公交集团运行，北京奥运充电站使用的动力蓄电池从电池厂家租赁，按照使用的电量每月付给电池厂家租赁费用（约1度电4元人民币），而上海世博充电站则直接从电池厂家购买电池，同时电池厂家负责初期电池的维护保养，并完成相关技术人员的培训工作，之后电池的所有权归充电站。2）、目前，国家电网正加快与各地方政府合作，以加快充电站的建设进度。根据年初国家电网公司工作会议上总经理刘振亚提出的规划，年内国家电网将在27个省市（区）建立公用充电站75座、交流充电桩6209台以及部分电池更换站。目前已宣布项目包括，国家电网陕西省电力公司与西安合作年后建立5座中型电动汽车充电站；成都省电力公司与地方政府合作年内建立3座电动汽车充电站和300个充电桩；湖北省电力公司与宜昌市合作年内建立1座大型充电站，16个充电桩；重庆市电力公司与重庆合作年内建立50个充电桩中海油：与中国普天合资成立了普天海油新能源动力有限公司，专门运营电动汽车能源供给网络。合资公司已与众泰汽车合作，计划在中国2个以上省会城市启动纯电动汽车充电站网络建设。中石化：中石化宣布以北京作为突破口，首次进入充电站行业。中石化旗下北京石油分公司已与北京首科集团公司共同出资成立了北京中石化首科新能源科技有限公司，将主要利用中石化现有面积较大的加油、加气站改建成加油充电综合服务站。中石化将以北京作为进入充电站行业的突破口，其加油充电综合服务站最终将扩展到全市范围，进而扩展到河北、天津甚至更大范围。中石油：据称与地方政府部门有接触，提出建设电动汽车充电站的想法。3）、国家电网公司的充电站投资计划：国家电网将分三个阶段大力建设充电站和充电桩。第一阶段（2010年）充电站主设备总投资规模将达到3亿元，在27个网省公司建设75座充电站和6209个充电桩，初步建成电动汽车充电设施网络架构；第二阶段（2011-2015年）投资140亿元，电动汽车充电站规模达到4000座，同步大力推广建设充电桩，初步形成电动汽车充电网络；第三阶段（2016-2020年）投资180亿元，电动汽车充电站达到10000座，同步全面开展充电桩配套建设，建成完整的电动汽车充电网络。到2020年充电站主设备总投资将达到320亿元。2010年充电站主设备中充电机、电能监控系统、有源滤波装置的投资规模分别将达到1.5亿元、2000万元、6300万元，第二阶段的年均投资规模将迅速增长至14.4亿元、1.6亿元、6.72亿元。2010年充电桩投资规模1.6亿元，2011-2015充电桩投资规模45亿元，年均投资9亿元，是第一阶段年均投资规模的5倍。到2020年，充电桩总投资将达到125亿元。截至2022年底，全国累计建成充电桩521万个、换电站1973座，其中2022年新增充电桩259.3万个、换电站675座，充换电基础设施建设速度明显加快。充电桩的分类
1）根据供电方式不同，可以分为交流充电桩和直流充电桩。

交流充电桩一般是小电流、桩体较小、安装灵活；

而直流充电桩一般是大电流、短时间内充电量更大、桩体较大、占用面积大（散热）。



2）根据安装方式不同，主要分为立式充电桩和壁挂式充电桩。

立式充电桩无需靠墙，适用于户外停车位和小区停车位；而壁挂式充电桩必须依靠墙体固定，适用于室内和地下停车位。



3）根据安装场景不同，主要分为公共充电桩、专用充电桩和自用充电桩。

公共充电桩是建设在公共停车场（库）结合停车泊位，为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。



专用充电桩是建设单位（企业）自有停车场（库），为单位（企业）内部人员使用的充电桩。



自用充电桩是建设在个人自有车位（库），为私人用户提供充电的充电桩。充电桩一般结合停车场（库）的停车位建设。安装在户外的充电桩防护等级不应低于IP54。安装在户内的充电桩防护等级不应低于IP32。



4）根据充电接口不同，主要分为一桩一充和一桩多充。

一桩一充，指的是一台充电桩只有一个充电接口。目前市场上充电桩以一桩一充式为主。



一桩多充，即群充，指的是一台充电桩有多个充电接口。在公交停车场这样大型停车场中，需要群充式充电桩，同步支持多台电动车充电，不但加快充电效率，也节省了人工成本。



充电桩的工作原理
纯电动汽车充电的一般结构框图如下图所示。工作原理是：由三相电网输入交流电，经桥式不可控整流电路变成直流电，经LCR电路滤波后送到高频DC-DC功率变换器，功率变换器经过直直变换输出需要的直流电压，经输出滤波后为电动汽车蓄电池充电。充电可选择定电量、定时间、定金额、自动（充满为止）四种模式。


▲电动汽车充电结构图
综上，充电桩的工作原理可以总结为利用电源、转化器和输出装置结合在一起，从而将电压从低变高，将高压转换成能提供电力供应的状态，最后实现给电动汽车充电。
充电桩的组成结构
充电桩的主体结构包括桩体、充电模块、显示屏、连接线缆、账务管理模块、安全保护装置等部分，这些部分的结构设计和制质量直接影响充电桩的使用寿命和安全性。

1）桩体
充电桩的桩体结构通常由钢材、铝合金等材料制成，具有较强的耐用性和稳定性。

2）充电模块
充电模块是充电桩的核心部分，包括充电机、控制器、电源等组件。充电机是充电桩的主要部件，负责将电能转化为电动汽车所需的电能。控制器则负责控制充电机的工作状态和充电过程中的各种参数，确保充电过程的安全和稳定。电源则为充电模块提供电能。



3）显示屏
充电桩的显示屏通常用于显示充电桩的状态、充电进度、充电费用等信息。显示屏的种类和尺寸不同，有些充电桩还配备了触摸屏，方便用户使用，实现人机交互，满足不同类型用户个性化的需求。



4）账务管理模块
账务管理模块根据当前实时电价和已消耗电量等数据计算本次消费金额并收取费用、打印账单。完成账务管理任务需要控制器和嵌入式打印机共同配合。充电桩采取梯形电价政策，控制器计算本次的消费金额并完成收费，打印机与控制器进行通信，控制器将消费信息发送至打印机，打印本次充电的账单详情。

5）连接线缆
连接线缆是充电桩和电动汽车之间的桥梁，负责传输电能和数据。连接线缆的质量和长度直接影响充电效率和安全性。一些高端充电桩还配备了自动卷线器，方便用户使用。



6）安全保护装置
充电桩的安全保护装置包括漏电保护、过流保护、过压保护等，这些装置能够有效地保护充电桩和电动汽车的安全。


▲交流接触器电路原理图以上六大部分的设计和制造质量直接影响了充电桩的使用寿命和安全性，因此在选购充电桩时，需要注意这些方面的问题。
充电桩的充电方式
充电桩的充电方式主要有三种，分别是快速充电、慢速充电、无线充电的充电方式。

1）慢充
慢充是比较普遍使用的充电方式，对于新能源电动汽车充电桩来说，它连接的是车载充电机，它主要是把低功率交流电转化成直流电，也就是常说的AC-DC转化，充电功率一般为3kw或7kw，究其原因，就是动力电池只能直流充电。另外，新能源电动汽车充电桩的慢充接口一般是5个孔。

2）快充
快充则是人们都喜欢的充电方式，毕竟节省时间。快充是将AC-DC转化器外接到新能源电动汽车充电桩上，充电枪输出的就成了高功率直流电。而且接口的充电电流一般都会很大，电芯相对于慢充而言粗了不少，电芯的孔数也要多很多。而新能源电动汽车充电桩的快充接口一般是7个孔。



3）无线充电
从官方定义上来说，新能源汽车的无线充电是指为高压动力电池进行补能的大功率充电方式。就跟智能手机的无线充电类似，将手机放在无线充电面板上，不用连接充电线，就可以完成手机电池充电。目前，电动汽车无线充电的技术方式主要分为“电磁感应、磁场共振、电场耦合和无线电波”四种。同时，由于电场耦合和无线电波这两种方式的传输功率较小，目前主要采用电磁感应和磁场共振两种方式。



除了以上三种充电方式之外，电动汽车还可以通过换电实现补能。
充电桩行业的运营策略(1)、与大型房地产企业、商业连锁机构、交管局划定的路边停车管理单位、其它具有车位的管理单位签署合作建站及运营管理协议（投资方负责投放充电站与管理，机构负责提供场地与保障安全，充电与增值利益双方共同分享）。（2）、与政府各有关部门（科委、科协，城建、城管，电动车领导小组，经委、发改委等）或开展联营或申请资助（变相政策支持）。（3）、与国家电网地方部门联营。（4）、与大型实力企业（中石油、中石化、基金等）的地方分支机构联营。充电桩市场前景如何？电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具，今后的普及速度会异常迅猛，未来的市场前景也是异常巨大的。在全球能源危机和环境危机严重的大背景下，我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展，充/换电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施，具有非常重要的社会效益和经济效益。一场兴建电动汽车充/换电站的运动已经在全国范围内展开。整体系统由四部分组成：电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统(BMS)、充电管理服务平台。电动汽车充电桩（栓）的控制电路主要由嵌入式ARM处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音输出接口，实现语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择4种充电模式：包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互，为了安全起见，电量计费和金额数据实现安全加密。电池管理系统系统(BMS)的主要功能是监控电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预测动力电池的电池容量(SOC)和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。充电服务管理平台主要有三个功能：充电管理、充电运营、综合查询。充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩（栓）信息；充电运营主要对用户充电进行计费管理；综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。充电桩的市场数据分析2019年，我国公共充电桩总量达到51.6万台，政策补贴由新能源车向充电设施倾斜，行业逐渐成熟，部分企业也开始盈利，而行业的方向由建设端向质量更高的运营端转移，在技术、市场、盈利模式上将产生变革。2020年3月充电桩被正式纳入新基建，国家重视程度加大，窗口期也将缩短，在新商业模式探索、新一轮政策指导作用下，充电桩发展新通道开启，迎来新机遇。2015年印发的《电动汽车充电基础设施发展指南》中提到的建设目标是到2020年建成480万个充电桩，满足500万辆新能源汽车充电需求，其中，公共充电桩50万个，私人充电桩430万个，车桩比基本达到1∶1。然而，目前充电网络建设远落后于规划，截至2019年底我国新能源汽车保有量380多万辆，充电桩数量120多万个，车桩比3：1，充电桩建设速度未来需要快于新能源车销售量。从新能源汽车产业大角度上看，预计新能源汽车2025年渗透率达到18%，2030年达到30%，那么我国新能源汽车保有量将在2025年达到1600万辆，2030年达到5200万辆。要在未来达到较为合理的车桩比1∶1，充电桩数量也差不多是这个数字，发展潜力极强。目前国内车桩比约3：1，短期内将基本保持这个比例，充电桩增量速度会逐渐赶上新能源汽车增量，到2025年前后增量上实现反超，工信部规划的是到2025年建成公共桩200万个，私人桩1000万个，不过估计难以实现，预计到2025年车桩比应在2：1到3：1之间。直流桩和交流桩比例上，私人充电桩主要是成本较低的交流桩，单个投资额约为0.3万元；公共充电桩2019年直流与交流之比维持为4：6，随着充电效率的需求提高，直流充电桩的比重会持续攀升，因此到2025年二者比例会朝着1：1发展，单个桩投资额约为8万和0.8万。所以，根据敏感性分析，假定2025年车桩比的范围在2到3之间，直流充电桩比例在45%~60%，那么我们预计2020-2025年这五年内国内充电桩市场规模超过一千亿元，在1186-2365亿之间新能源情报站，新能源人都在看的公众号，点击下方卡片关注我，为您提供更多新能源权威资讯，力争打造新能源最强公众号