近日，隨著《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》的到來，國家給予作為公共設(shè)施的充電樁基礎(chǔ)建設(shè)的財政投撥達到了空前的力度。而在此之前另外兩個重要的信號標(biāo)志一個是去年3月四部委明確新能源車補貼退坡轉(zhuǎn)戰(zhàn)投撥充電基礎(chǔ)設(shè)施“短板”建設(shè)和配套運營服務(wù)。另一個是全年12月關(guān)于上述《規(guī)劃》征求意見稿的的公開發(fā)布。此次《規(guī)劃》的到來，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，其實進一步印證了在國內(nèi)要去填上電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)并非那么簡單。公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止到今年9月末，國內(nèi)（不含臺港澳）的汽車保有量已達到2.75億輛，同時國際能源署（IEA）預(yù)計，2030年全球電動汽車保有量將達1.25億輛。這意味著，如果國內(nèi)要完成初步的關(guān)鍵環(huán)建設(shè)，可預(yù)計的公共充電樁量化需求超千萬，市場投資規(guī)模超十萬億級。那么問題來了，對于新能源車如此重要的充電樁基建究竟為何會那么“舉步唯錢”？

01

單樁價格超高源自于技術(shù)成本

首當(dāng)其沖的第一個原因就是高技術(shù)費用。稍微懂一點充電樁的人士都了解，充電樁按技術(shù)區(qū)分可分為交流充電樁和直流快速充電樁。交流(AC)充電樁，俗稱“慢充”，其實只是個交流供電裝置，附加一些供電控制或計費功能，負載通常幾個kW。完成充電功能所借助的車載充電機功率不大，不能快速充電。直流(DC)充電樁：俗稱“快充”，是固安裝在車外的充電機，連接交流電網(wǎng)，輸出直流電直接用于電動汽車的動力電池充電。負載50kW甚至更高。

兩者在充電速度上差別究竟多大？按照百公里耗電15kWh來估算，一輛普通純電動汽車充滿毛估需要8個小時。換種說法，交流充電每小時的續(xù)航不會超過50公里；而負載50kW的直流快充電樁僅需個把小時就能滿充。目前市場標(biāo)桿是30分鐘做到80%續(xù)航。

這還不夠，我們都知道充電樁的本質(zhì)其實就是“加油站”。而對標(biāo)加油站，八分鐘“超沖”更是讓人欲罷不能。國外電動汽車行業(yè)提出了super-fast-charging的目標(biāo)，8分鐘充滿100kWh（450miles）。對應(yīng)充電樁的負載功率，考慮到一樁單槍、雙槍、甚至一拖4等情況，可以高達240kW。毫無疑問，對于習(xí)慣加油站充能模式的國人來說，直流電快充充電樁一定是對公共充電樁配置的必然剛需。而從成本上看，交流電充電樁單樁價格可以控制在1800元，但正因為充電時間彌長，只能配置在對充電時效要求較低的小區(qū)或者類似環(huán)境里。直流電充電樁單樁的總價在5萬元-8萬元不等，相較交流電翻了27-44倍，這個價格不可謂不駭人，要知道這個價格還不包括土地位置占有、輸電擴容、運營管理、后續(xù)零部件采購維修等關(guān)聯(lián)費用！

但如果用顯微鏡單獨瞄準(zhǔn)直流電充電樁的技術(shù)結(jié)構(gòu)，似乎又會對價格有一點釋然。撇開充電樁的輔助設(shè)備成本，例如監(jiān)控設(shè)備、電池維護設(shè)備、配電的柜箱等，兩個最重要的成本源，一個來自于充電機，一個來自于直流充電系統(tǒng)。充電機的成本占比最高，一般要占到充電樁總成本的50%左右，而直流充電系統(tǒng)，包含電纜部分則會占到40%以上。我們分開來看，充電機的“貴”是屬于沒道理的“流氓溢價”。核心IGBT部件，也就是絕緣柵雙極型晶體管，主要依賴于進口，在國內(nèi)盡管早已把IGBT列為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，但是真要做到國產(chǎn)化替代，那還有一段較長的路要走，這也就讓充電機的成本控制相對比較被動，因為沒有選擇。所以這也讓充電樁的成本壓縮聚焦在了直流充電系統(tǒng)上下功夫，至少在大家目所能及的范圍里，行業(yè)內(nèi)存在一些具有多年直流充電相關(guān)技術(shù)的上市公司。但事實真的那么簡單嗎？成本那么好壓縮嗎？

就這個問題，我特地去咨詢了行業(yè)內(nèi)的電源工程師。據(jù)工程師介紹，直流充電系統(tǒng)（下圖）原理是將電網(wǎng)中低頻交流電濾波整流成直流，再通過開關(guān)電源中的功率管，將整流得到的直流電“開關(guān)成”高頻交流，然后經(jīng)高頻變壓器，變壓到合適的充電電壓，整流濾波成合適的直流充電電流。

直流充電系統(tǒng)示意

工程師拿其中一個部件——變壓器來舉例。變壓器是直流充電系統(tǒng)中占空間最大的器件之一，并且影響到整個系統(tǒng)的散熱設(shè)計。即使在第三代半導(dǎo)體材料（如碳化硅Sic或者氮化鎵GaN）開關(guān)部件的扶持下，變壓器構(gòu)造要么帶來高頻損耗和散熱問題，要么系統(tǒng)設(shè)計就不得不采取多個變壓器以及復(fù)雜的散熱管理。這時候就需要創(chuàng)新變壓器技術(shù)，大幅度降低大功率變壓器的直流損耗，同時提升空間利用率。而從目前情況看，國內(nèi)普遍的做法依然是選擇使用Litz線纏繞或者Tape Wound纏繞的變壓器，這就讓成本再一次難以壓縮。直到最新的日本村田pdqb繞線技術(shù)出來，才讓這個兩難選題變得有徑可尋。該繞線技術(shù)可以在高達250kHz的頻率下工作，并擁有99.5%效率，從而大大減小電源體積，完美契合了直流電充電系統(tǒng)的硬性需求。至此，大家對于直流充電系統(tǒng)的成本壓縮和技術(shù)創(chuàng)新難度可管中窺豹了，靠這個省錢顯然也難如登天。

02

規(guī)模量級是整體投入翻幾番的主要原因

第二個“舉步唯錢”的原因自然是國內(nèi)對于充電樁需求的體量級。根據(jù)中國充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，截至2020年9月，聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計上報中國充電樁目前總保有量為141.8萬臺，公共類充電樁60.6萬臺。其中AC充電樁35.0萬臺、DC充電樁25.5萬臺、交直流一體充電樁488臺。同時，另一家研究機構(gòu)給出測算，公共DC充電樁 2025 年累計可達 210 萬個，2030 年可達 750 萬個。結(jié)合上文提到的單樁成本，我們不難換算出DC快充充電樁的缺口投入規(guī)模，未來10年光是DC充電樁這一個費用投入超過5千億！這還只是一隅，尚且不包含AC電充電樁、直流交流一體化充電樁，以及區(qū)別于公共基礎(chǔ)設(shè)施的私人充電樁配套建設(shè)和專用充電樁配套建設(shè)，全部加在一起，萬億級投入分分鐘耗盡。

這就完了嗎？顯然還不止！國內(nèi)第一階段對于新能源車車樁比的目標(biāo)預(yù)期是達到1：1的水平。截至2020年8月，全國累計推廣新能源車輛約466萬輛，這個數(shù)字因為部分地區(qū)最新外牌限制政策刺激還在短期內(nèi)節(jié)節(jié)攀升，這個跨越式的暴增保守估計要持續(xù)到2021年，誰又能知道2021年之后還會有什么樣的“春風(fēng)”刮過來，繼續(xù)刺激新能源車的市場覆蓋。這個暫且不論，目前市面上車樁比例超過3.8：1，如果計算上新能源車的平均增量速度，按10年規(guī)劃來算，真要達到1:1，屆時到了2030年也遠遠不止750萬的充電樁規(guī)模可以滿足，缺口還在增大！

03

不僅有高成本，還要計算資源持續(xù)損耗

算完了成本，我們再來看一下“賠本”。141.8萬的國內(nèi)充電樁保有量，帶來的利用率是多少？有報道稱不到15%，我告訴你這15個點哪里來的。根據(jù)充電樁使用需求和合理化布局來說，一定會存在相對集中和分散的布局區(qū)域，這也造就了充電樁的基礎(chǔ)建設(shè)一定會區(qū)分出公共部分、私人部分和專用部分。也很顯然，對于私人用和專用來說，充電樁的功率利用率一定會遠遠高出公共部分。從充電樁布局最廣的北上廣區(qū)域來看，查一下地圖，就可以發(fā)現(xiàn)同時存在1KM內(nèi)好幾個公共充電樁，以及幾公里內(nèi)共享1個充電樁的情況。如果混在一起算利用率顯然就和沈騰的段子一樣了，月薪3500是不到十億？滑稽又諷刺。據(jù)內(nèi)部功率消耗統(tǒng)計，真實公共充電樁的利用率不管怎么算都超不了9%，極限時不足6%！我們現(xiàn)實一點，如果把這個數(shù)據(jù)同時納入全周期成本的計算考量內(nèi)，包括設(shè)備維護、新老折舊等，每年收益能是正數(shù)就已經(jīng)謝天謝地了！當(dāng)然，好的一面是，利用率確實在提升。只要可以實現(xiàn)正收益，這個賠出去的本總還是回得來的。

其實，我們都看得到國家表露出來對于建設(shè)新能源車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的決心，而且再清晰不過。但真的要把產(chǎn)業(yè)推向成熟，還是要靠技術(shù)和資本的外部助力，尤其是技術(shù)的創(chuàng)新和突破，光是國家一頭猛扎顯然遠遠不夠。作為民眾和消費者，我們當(dāng)然期待汽車產(chǎn)業(yè)升級和綠色消費的同調(diào)落地，也相信所有新能源車的守望者們一定會為了所有付出者的努力而買單！

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：充電樁“舉步唯錢”，技術(shù)突破和創(chuàng)新才是出路

文章出處：【微信公眾號：村田中文技術(shù)社區(qū)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。