隨著我國新能源汽車滲透率越來越高，作為電動汽車配套基礎設施的充電樁也越來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汽車需要的直流電的關鍵設備，具有較高的技術要求，他的技術關鍵在于可靠性、轉化效率和智能運維。充電模塊技術的提升，是各運營商提升用戶充電體驗、減少投資成本、減少運營費用的關鍵。

1.充電模塊的產(chǎn)業(yè)規(guī)模

近年來，受益于充電樁市場建設加快，充電模塊市場規(guī)模持續(xù)增長。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，2022年全球充電模塊市場規(guī)模約為70.8億元，國內(nèi)市場規(guī)模為53.14億元，占比達到75%。

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

充電模塊，作為充電樁的核心，類似于人體的心臟，它決定著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：一類是模塊供應商，專門銷售給充電樁的生產(chǎn)企業(yè)或運營企業(yè)，比如英飛源、永聯(lián)、通合等，用于銷售的模塊要求價格低、符合產(chǎn)品標準；另一類是充電樁生產(chǎn)和運營為主的企業(yè)，主要是自產(chǎn)自用，強調(diào)的是全壽命周期成本最低，這類企業(yè)目前僅特來電一家。由于充電模塊開發(fā)，在人才、技術、供應鏈整合等方面有著顯著的壁壘，所以能做到自產(chǎn)自用的企業(yè)鳳毛麟角。

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

2.充電模塊的技術發(fā)展趨勢

近兩年，新能源汽車銷量大幅增長，2022年我國新能源汽車銷量近700萬輛，相比2020年增長了近4倍。新能源汽車的快速發(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“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。隨著大功率充電站的建設越來越多，充電模塊功率也越來越高。從15kW，到20kW、30kW，再到現(xiàn)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，15KW模塊也可以滿足市場需求，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。實際上系統(tǒng)模塊數(shù)量越多，單模塊失效對整體影響越小。車主不需要承擔因為系統(tǒng)可用性降低，帶來的充電時間延長的風險。充電樁運營商在做柔性充電智能分配時，更期望模塊顆粒度更小，這樣易于做調(diào)度分配，減少功率浪費，單個故障對系統(tǒng)的可用性影響較小，對運維及時度要求也會減小。

2）充電模塊輸出范圍越來越寬。隨著汽車動力電池及三電技術的發(fā)展，汽車動力電池電壓平臺從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(原艾默生)采用三電平全橋移相ZVS技術，實現(xiàn)了輸出電壓的寬范圍的調(diào)節(jié)。

3）充電模塊可靠性自身要求越來越高。早期充電模塊在市場運行幾年就出現(xiàn)失效的情況，尤其在沿海等高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境下表現(xiàn)特別糟糕。近幾年，隨著技術的發(fā)展，廠商走出了不同的充電模塊防護技術發(fā)展路線。有走獨立風道防護路線，有走液冷路線、也有走全灌膠路線。作為頭部運營商，基于防護性、可維護性、成本、可靠性考慮，特來電選用全灌膠方案，在保證產(chǎn)品可靠性同時，為客戶提供了比肩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時間安全、可靠運行。最近大火的華為全液冷模塊，一時火爆全網(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)濟實用的技術方案。

4）充電模塊轉換效率要求越來越高。運營商在充電運營時必須自己承擔AC/DC轉換過程的損耗。因而提升充電模塊效率，是降低運營成本的關鍵措施。易能時代通過采用獨特的軟開關技術來改良充電樁，納秒級開關控制將開關損耗降至最低，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、特來電等企業(yè)已經(jīng)開始布局高功率的碳化硅充電模塊，將第三代半導體技術應用到充電模塊中，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，有效降低了運營商的運營費用。

5）液冷模塊技術的發(fā)展

液冷充電模塊是充電模塊的一個發(fā)展方向，液冷模塊正面及背面無任何風道，模塊靠液冷板內(nèi)部循環(huán)的冷卻液與外界進行熱交換，從而充電樁功率部分可以全封閉設計，將散熱器外置，內(nèi)部通過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(nèi)的液冷充電模塊、電氣配件等與外界環(huán)境無接觸，從而可以實現(xiàn)IP65的防護，可靠性更高。

圖片來自網(wǎng)絡

3.充電模塊的主要應用場景

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

一個充電樁通常采用多個充電模塊并聯(lián)而成，比如 120kW 充電樁可由 8 個 15kW 充電模塊組成，也可由4個30kW充電模塊組成。單個充電模塊輸出功率越大，功率密度越高，能有效優(yōu)化樁內(nèi)空間。目前充電模塊已歷經(jīng)第一代7.5kW、第二代 15/20kW，向著 30/40kW 乃至更高功率不斷演進。據(jù)了解，盛弘、永聯(lián)、特來電、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(tǒng)的給電動汽車充電功能之外，也在發(fā)展雙向充電技術。雙向模塊的發(fā)展，進一步使得 V2G 技術和 V2H 技術得以實現(xiàn)，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。

隨著電動汽車規(guī)?；牡絹?，簡單的充電樁顯然無法支撐大規(guī)模電動汽車的發(fā)展，充電網(wǎng)技術路線成為新能源汽車充電行業(yè)的共識。做充電樁簡單，做充電網(wǎng)技術很復雜，充電網(wǎng)是跨行業(yè)、跨專業(yè)的生態(tài)體系，至少涉及到電力電子、調(diào)度控制、大數(shù)據(jù)、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(tǒng)集成、智能運維等10個領域的技術，這些技術的深度融合，才能保證充電網(wǎng)體系的完整性。

4.充電模塊性能參數(shù)

在低成本的壓力下，充電樁要做到安全、可靠、穩(wěn)定，面臨的挑戰(zhàn)依然很大。由于充電樁安裝在室外，粉塵、溫度、濕度都沒有太好的保障，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模塊主要是強制風冷的方式散熱，不可避免的帶來塵埃、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(xiàn)象比較多，為克服強制風冷的不良后果，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(jù)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(wěn)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、750V大巴車以及未來800V-1000V高電壓平臺車輛的充電需求；英飛源、特來電、盛弘的40kW模塊輸出電壓范圍可以做到50Vdc~1000Vdc，兼顧低電壓車輛的充電需求。在模塊的整體工作效率方面，特來電、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(xiàn)在充電模塊的可靠性上，除了國標規(guī)定的常規(guī)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(xiàn)在開始慢慢進入到主流市場，除了常規(guī)三防噴涂外，灌膠、液冷、獨立風道等方案將越來越成熟。

5.充電模塊與智能運維

根據(jù)中國充電聯(lián)盟統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，截至2023年5月，全國充電基礎設施累計數(shù)量為635.6萬臺，新能源汽車保有量達到1604萬輛，為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。公共充電樁運營企業(yè)中，top5的運營商企業(yè)的市場份額占比達到68.7%，top15的份額占比達到了94.1%。

然而，筆者用大量時間調(diào)研了整個新能源汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)現(xiàn)：充電難依然困擾著新能源車車主，一樁難求、壞樁多、充電慢等問題依然普遍存在，這也給新能源電動汽車充電行業(yè)提出了新的要求，不但要快速推進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和其能源互聯(lián)、數(shù)據(jù)互聯(lián)的屬性，運維方式也有別于傳統(tǒng)的電力行業(yè)，基于智能控制技術、新一代通信技術和大數(shù)據(jù)分析技術的智能運維必不可少，是做好充電基礎設施運維工作的關鍵。

什么是智能運維？智能運維簡單來講是一套由智能充電設備、智能網(wǎng)關和大數(shù)據(jù)平臺組成、按照成熟的運維流程搭建的系統(tǒng)，可以高效處理已發(fā)生的問題，并預測和預防即將發(fā)生的問題，從而保證充電基礎設施的可靠、穩(wěn)定運行。

智能運維最基本的功能包含充電設施的實時監(jiān)控、遠程升級、遠程配置、遠程控制（復位）、遠程上線、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，通過這些功能可以實現(xiàn)充電基礎設施的無人值守和主動運維，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，極大程度地降低了充電基礎設施的問題處理難度，為社會化資源參與充電基礎設施運維工作提供了可能，后期隨著商業(yè)模式的健全，就可以形成社會化運維的生態(tài)，在進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，反哺社會，提供就業(yè)機會。

總結：

在充電模塊產(chǎn)業(yè)中，國內(nèi)如英飛源、特來電、優(yōu)優(yōu)綠能等企業(yè)，在技術、規(guī)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進口的“卡脖子“技術。國內(nèi)生產(chǎn)的高效率模塊以及開拓的智能運維思路在國際市場競爭中獨樹一幟。

打開充電樁模塊，里面的電容、變壓器、電阻、熔斷器和線路板等，沒有一樣是模塊企業(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，誰能將故障率做到千分之幾以內(nèi)，誰就更有可能勝出。當然這個千分之幾的故障率，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，對運營商是至關重要的，每減少1%，每年節(jié)約電費就達5000萬元；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)新的關鍵目標和指標！