在德国,即便电网接入容量受限,未来公交车和卡车仍有望实现兆瓦级功率充电。这一突破源于弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)主导的“HV-MELA-BAT”科学试点项目。该项目联合多家工业伙伴,成功开发并测试了一种新型充电系统,有效解决了高功率充电与有限电网资源之间的矛盾。
项目核心在于将现有的基于组合充电系统(CCS)的快速充电基础设施,升级为新的兆瓦级充电系统(MCS)。随着充电功率的提升,对功率电子器件、接触系统以及电网接入的要求也水涨船高。为此, consortium(联合体)专门开发了整流器、DC/DC变换器以及适用于高电压和大电流的接触系统组件。
为了在有限的电网接入条件下实现高功率输出,该系统创新性地集成了缓冲储能单元。该储能单元采用电动汽车的二手电池(Second-Life-Batterien),成功将充电站所需的电网接入功率降低至500千瓦,同时仍能输出超过1兆瓦的充电功率。这种设计不仅降低了基础设施的电网改造成本,还提升了能源利用的灵活性。
在弗劳恩霍夫研究所的多兆瓦实验室进行的演示测试中,系统证明了利用储能单元可以完美弥补电网功率的不足,有效削峰填谷,降低电网负荷。此外,该系统还支持接入光伏等可再生能源,实现电力的直接利用或存储,进一步提升了绿色能源的消纳能力。
该充电系统采用模块化架构,可适配不同车型及充电电压,并向下兼容现有的CCS标准。项目团队重点研究了将四个各250千瓦的充电点并联运行的可行性。其核心架构基于共用的直流母线,将电池、交流电网和充电点紧密耦合。功率电子部分采用了Motion Control & Power Electronics公司的模块化DC/DC变换器,具备高度灵活性。
项目的一大亮点是开发了一种新型隔离型DC/DC变换器,单模块传输功率达250千瓦。四个模块并联即可实现1兆瓦的总充电功率。据弗劳恩霍夫研究所数据,该变换器在高达200千赫兹的开关频率下,实现了99.26%的转换效率和每升9千瓦的体积功率密度,这一指标在同类产品中表现卓越。
参与该项目的伙伴还包括STS Spezial-Transformatoren Stockach、梅赛德斯-奔驰能源(Mercedes-Benz Energy)以及弗劳恩霍夫工业研究所(Fraunhofer IVI),项目由德国联邦经济事务部资助。这一成果标志着德国在充电基础设施技术上的领先地位,特别是在解决高功率充电与电网瓶颈矛盾方面提供了极具价值的工程范例。
对于中国而言,随着电动重卡和公交领域对超快充需求的激增,借鉴德国这种“小电网、大充电”的缓冲储能思路,利用退役动力电池构建兆瓦级充电站,将是缓解电网压力、加速重卡电动化落地的关键路径。
