Vector揭秘为何分布式架构是直流充电的未来

随着电池容量不断增大、充电时间不断缩短，传统紧凑型充电桩正逐渐触及瓶颈。分布式直流架构则有望带来突破：通过中央集中式功率模块、智能切换矩阵以及动态功率分配，充电桩将实现更高的效率、更强的可扩展性以及更优的成本效益。

交流到直流

对于停车时间长、电池容量小的情况，比如乘用车或轻型商用车，目前成熟的交流充电技术仍然足够使用。而在时间紧迫的情况下，例如车辆需要在行驶途中数分钟内完成补能，或者大型商用车电池必须在数小时内充满，快速直流充电就显得至关重要。

当功率超过一定阈值后，电力电子装置无法再布置在车辆附近，从而推动系统设计走向分布式方案。因此，直流充电正朝着更快的速度、更高的功率级别以及更广泛的应用范围发展，尤其适用于公共长途运输和商用车场景。

瓶颈

从单相3.7千瓦的交流墙盒开始，充电功率已随着联合充电系统（CCS）的发展提升至350千瓦，而在兆瓦充电系统（MCS）下更可达到1000千瓦，如图1所示。在充电时间缩短的同时，得益于IEC 61851、ISO 15118以及OCPP/IEC 63584等标准，充电桩的易用性、操作安全性和后台集成能力也得到了提升。然而，随着充电功率的不断提升，每个充电点的系统重量、尺寸和成本也随之增加。而进一步推进采用集成电力电子装置和本地电池储能的一体化紧凑型充电桩，也带来了实际应用中的诸多问题。

2010年以来充电功率的发展历程——从3.7千瓦的交流墙盒，到直流快速充电及高功率充电技术，直至2024年兆瓦充电系统（MCS）实现的1000千瓦功率

集中式

电力电子装置在直流充电桩的成本、体积、重量和发热占比都居于首位。若将其靠近车辆布置，不仅占用空间，还容易遭受损坏。因此，合理的做法是将这些昂贵的部件集中安置在受保护、通风良好且易于维护的环境中，使其能够高效地为多个充电终端供电。

这种配置降低了单个充电点的成本，并通过让功率模块在其最佳性能区间附近运行来提高能效。留在车辆附近的仅剩下纤薄的充电终端，如图2所示。

电力电子装置的集中式整合及跨多个充电点的动态分配

与为每个充电接口分配固定功率不同，智能切换矩阵能够实现动态功率分配，根据实际需求在正在使用的充电点之间分配可用功率，并在充电过程中实时调整。最终可实现更低的投资成本、更少的闲置容量、更短的充电时间和更高的能量吞吐量。

根据平均使用率以及不同充电场景的组合，一个集中式矩阵系统可以高效地支持六到二十个充电点。

控制

这种方法也重塑了系统控制与通信方式。ISO 15118-20标准支持在不中断充电的情况下动态调整充电限制。同时，OCPP 2.1及其设备模型为配置复杂充电系统、将其集成到后端平台以及实现动态管理奠定了基础，如图3所示。

通过ISO 15118-20实现智能车桩交互，以及通过OCPP 2.1实现中央后端的集成与控制

将逻辑组件与功率组件在物理上分离也带来了挑战：车辆与充电桩之间通过电力线通信（PLC）或10BASE-T1S传输的通信距离被限制在约7至15米以内。

采用插头内置控制器的方法，可以将车辆通信电子装置直接嵌入充电线缆的连接器中。这克服了传统PLC系统受线缆长度限制的问题，使充电终端与功率柜之间的距离可达100米，适用于车辆停放位置离设备较远的布局。同时，充电终端本身仍能保持纤薄简洁的设计。

功能安全和信息安全

随着系统整体复杂度和功率水平的提高，对安全性和网络安全的要求也随之提升。分布式充电点之间的交互需要采用能够在本地隔离故障而无需关闭整个系统的架构。

直流充电涉及超过1千伏的电压和数百安培的电流，带来较高的电气安全风险。根据DIN EN 61851-1标准，模式四充电要求采取严格的措施，包括绝缘监测、接触器诊断、机械联锁以及剩余电流检测。这些措施可防止在运行过程中对人员和车辆造成伤害。

ISO 15118-20和OCPP 2.1标准强制要求车辆、充电桩与后端之间进行端到端加密，以防止数据被截获或篡改。数字证书实现了安全便捷的即插即充身份验证，而访问控制机制则限制了物理和数字层面的干预。经过验证和签名的软件与固件更新，确保只有经过授权且未被篡改的镜像才能被安装。从2026年起，欧盟将要求所有公共可访问的充电点都采取这些安全措施，如图4所示。

从2026年起，欧盟提高了对公共可访问充电点的标准要求

未来

方向已经明确：更快、更高、更分布式。更快，是因为车辆必须在几分钟内完成充电；更高，是因为功率水平将达到兆瓦级别，从而支持重型运输；更分布式，是因为直流充电的未来不在于不断扩大的紧凑型一体化充电桩，而在于模块化、集中管理的系统，能够将电力精确输送到需要的地方。通过将电力电子技术、控制软件和标准化通信融合到智能切换架构中，充电基础设施将变得更加高效、更具成本效益且更加可靠。

尤其是在商业场景中，正常运行时间和车辆周转时间至关重要，这将成为一个决定性的成功因素。