充电桩

定义

充电桩是把电网电能转换为车载蓄电池可接受电能的外接充电装置，功能与加油站的加油机相近，可固定在地面或墙面，安装在公共建筑停车场、居民小区停车场以及专门的充电站内^[3]。它属于电动汽车充电设备中最主要的一类，同类的充电设施还包括换电站与无线充电设备^[3]。

按电能形态，充电桩分为交流桩与直流桩。交流桩只负责把市电送到车上，交直流转换由车内设备完成；直流桩则把交流电整流成直流电后直接送进电池^[4]。按安装场所可分为公共、专用与私人三类，按安装方式有落地式和壁挂式，按接口数量则有一桩一充与一桩多充^[3]。

中国采用的连接装置标准为 GB/T 20234 系列，其中交流接口为 7 孔，直流接口为 9 孔，两者物理形态不同，因而不能互插^[5]。

原理

交流充电的执行部件是车载充电机(On-Board Charger)。电网的 220 V 单相电或 380 V 三相电经充电枪进入车辆后，由车载充电机完成 AC/DC 变换，再对动力电池充电，因此整桩功率受车载充电机能力限制^[6]。中国民用电网下，220 V 单相常见额定电流为 10 A、16 A、32 A，对应功率约 2.2 kW、3.5 kW、7 kW；380 V 三相 16 A、32 A、63 A 则对应约 11 kW、21 kW、40 kW^[5]。

直流桩内部包含整流与功率变换环节。典型结构是交流输入经三相整流、滤波后进入 DC/DC 变换单元，把电压调整到电池所需区间；变换过程会带来谐波电流，需通过功率因数校正与滤波加以抑制^[7]。按国标，三相输入电压为 380 V，国标直流接口额定电压为 750 V 或 1000 V，额定电流 80 A、125 A、200 A、250 A，对应功率可达 250 kW^[8]。

充电开始前，桩与车之间要通过低压信号完成连接确认与参数协商。交流接口的 CC 触头用于检测插枪是否到位，CP 触头用于传递控制导引信号；直流接口的 CC1、CC2 分别由桩和车互相确认连接，S+、S- 组成控制器局域网通信线路，用于交换电池状态与需求电流^[5]。国标直流充电的车桩通信采用控制器局域网，与欧洲标准采用电力线载波通信的方式不同^[9]。

整个过程可以概括为：插枪后确认连接，车端上报电池状态，桩端据此确定充电电压与电流并实时调整；电池接近满电时电流逐步降低，直至停止输出。充电功率的实际上限由桩的额定功率、车辆可接受的功率以及电池当前荷电状态共同决定，三者中较小者起决定作用。

发展历程

2006 年，比亚迪在深圳总部建成国内首座汽车充电站^[10]。2008 年北京奥运会期间，配套新能源汽车示范运行建起了集中式充电站，可满足 50 辆纯电动大巴的充电需求；同年，上海建成国内首座具备商业运营功能的电动汽车充电站^[2]。

标准方面，中国 2011 年发布 GB/T 20234-2011，2015 年 12 月 28 日更新为 GB/T 20234-2015，分为通用要求、交流充电接口、直流充电接口三部分。相关部委随后规定，自 2017 年 1 月 1 日起新安装的充电设施与新生产的电动汽车必须符合该版标准，车与桩的接口由此统一^[11]。2023 年发布的 GB/T 20234.1-2023 与 GB/T 20234.3-2023 把最大充电电流从 250 A 提高到 800 A、功率提升至 800 kW，并增加了主动冷却与温度监测要求^[12]。

政策层面，2015 年国务院办公厅发布《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，同年《电动汽车充电基础设施发展指南（2015—2020 年）》提出到 2020 年新增集中式充换电站超过 1.2 万座、分散式充电桩超过 480 万个^[2]。2020 年，充电桩被纳入新型基础设施的七大领域之一^[2]。2022 年，国家发展改革委等 10 部门印发《关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》，提出到“十四五”末形成适度超前、布局均衡、智能高效的充电基础设施体系。

规模上，全国充电基础设施保有量由 2019 年的 121.9 万台增至 2024 年的 1281.8 万台，2024 年首次突破 1000 万台，同比增长约 49%^[13]。其中公共桩 357.9 万台，含直流桩 164.3 万台、交流桩 193.6 万台^[14]。按 2024 年底 3140 万辆新能源汽车保有量计，整体车桩比约为 2.45∶1^[1]。

应用

私人随车配建桩是数量最多的一类。2024 年全国充电基础设施增量 422.2 万台，其中随车配建私人桩增量为 336.8 万台，占绝大部分^[14]。家用场景以交流桩为主，常见功率等级为 7 kW、11 kW、21 kW，夜间停车数小时即可完成补能。

公共充电以直流快充为主，多布置在高速公路服务区、城市快充站、公交场站与商业综合体等停驻时间短的场所。截至 2024 年底，全国高速公路服务区累计建成充电桩 3.5 万台，覆盖率达到 98%^[13]。

运营环节已形成较集中的格局。截至 2024 年 12 月，特来电、星星充电、云快充等 15 家主要运营商合计占公共桩总量的 87.1%，其余为零散运营商^[14]。地域分布上呈南多北少、东多西少的特点，广东、浙江、江苏三省公共桩保有量约占全国 35%^[1]。

新的应用方向是车网互动。部分充电桩已具备双向充放电能力，电动汽车可作为分布式储能单元参与电网调峰；不过这类设备的成本仍偏高，运营商的投资意愿受到制约^[15]。

局限

配电容量是首要约束。老旧小区在建设时通常未考虑充电负荷，变压器未留裕量，居民个人桩往往无法报装；若要做供配电增容，又会遇到改造报审、配电房选址、占用公共区域和资金筹集等环节的限制^[16]。一般家庭日常用电负荷在 3 kW 至 5 kW，而私人桩功率多在 4 kW 至 15 kW，充电会使居民用电负荷增加一倍以上^[17]。

大规模同时充电会对配电网造成压力。充电负荷具有不确定与间歇的特点，若集中在用电高峰时段，会使负荷曲线“峰上加峰”，并带来谐波、电压跌落和三相不平衡等问题^[17]。充电设备采用电力电子变换器进行电能转换，工作过程中会产生谐波电流，接入规模越大，注入电网的谐波越多^[7]。

空间分布不均使总量指标难以反映实际体验。2024 年底全国车桩比约 2.45∶1，但其中七成以上为私人桩，只计算公共桩时约 9 辆车共用 1 台^[13]。公共桩还存在利用率差异明显的情况，部分时段找不到可用桩，另一些桩则长期闲置^[17]。

技术上，交流桩的功率受车载充电机限制，难以承担快速补能；直流桩虽然速度快，但需专用配电网络，建设成本与占地均高于交流桩，因而更适合集中运维的公共场站^[2]。车桩兼容性也曾是问题：2015 年首期全国传导充电互操作测试中直流充电成功率几乎为零，经标准统与整改后，2019 年已提高到 98%^[18]。

参见

• 电动汽车 —— 充电桩服务的对象，其动力电池是充电过程中的储能载体。

• 车载充电机 —— 交流桩充电时负责把交流电转换为直流电的车载部件。

• GB/T 20234 —— 中国电动汽车传导充电用连接装置国家标准，规定充电接口形态与信号定义。

• 换电站 —— 与充电桩并列的另一类补能设施，通过更换电池包实现快速补能。

• 车网互动 —— 电动汽车与电网之间双向能量流动的技术，充电桩是其主要接口。

• 配电网 —— 充电桩接入的电网环节，其容量与电能质量直接决定充电设施的建设规模。