DEKA电池-电动汽车充电桩的技术条件和充电系统的标准

DEKA电池-电动汽车充电桩的技术条件

①在充电桩没有与动力蓄电池建立连接时，充电桩经过自检后自动初始化为常规控制充电方式（可选择手动、IC卡或充电桩监控系统操作方式）。充电桩采用手动操作时，应具有明确的操作指导信息。

②在充电桩与动力蓄电池建立连接后，通过通信获得动力蓄电池的充电信息，自动初始化为动力蓄电池自动控制充电方式。

③电动汽车充电桩对供电电压的要求如下。

a.直流充电桩的输入额定线电压为380V±38V、50Hz±1Hz的三相交流电。

b.对于容量小于（等于）5kW的交流充电桩，输入额定电压为220V±22V、50Hz±1Hz的单相交流电。

c.对于容量大于5kW的交流充电桩，输入额定线电压为380V±38V、50Hz±1Hz的三相交流电。

d.交流输入隔离型AC/DC充电桩的输出电压为额定电压的50%~100%，并且输出电流为额定电流时，功率因数应大于0.85，效率应大于等于90%。

④电动汽车充电桩接口和通信要求如下。

a.充电桩接口。充电桩与电动汽车之间的连接应包括以下几部分：高压充电线路、充电控制导引线、充电控制电源线、充电监控通信连接线、接地保护线。同时，充电桩应预留与充电站监控系统连接的通信接口。

b.充电桩通信要求。推荐采用CAN总线以及CAN2.0协议作为充电桩的通信总线和通信协议。通信内容包括动力蓄电池单体、模块和总成的相关技术参数，充电过程中蓄电池的状态参数，充电桩工作状态参数，车辆基本信息等。 电动汽车充电桩功能

电动汽车充电桩可实现对不同厂家生产的不同类型的电动汽车进行充电，在智能充电网络系统中，作为电能从电网传输到电动汽车的“中转站”，电动汽车充电桩应具备以下功能。

①指示功能。包括指示动力源能量、正在充电、充电结束等充电状态及输出过电压及欠电压、温度异常、主断路器断开等异常情况。

②记录功能。记录输入的电能、一次充电量和日累计量、温度（充电时动力源温度、充电机温度、环境温度）、输出过电压和欠电压以及温度异常（包括动力源与充电机）。

③自动计费功能。充电桩可以采用IC卡充电操作，可自动计费并显示、打印计费结果或直接用IC卡结算。

④监测功能。监测动力源的温度等参数。

⑤故障保护和报警功能。对输入电源过压、缺相、过流、过热、短路、开路、极性接反、超温等故障均有自动保护并发出声光报警信号；具有断电时保护数据，电流、电压、时间等参数不超出所设定范围以及软件故障的提示等安全措施。 电动汽车发展对充电技术的要求

尽管电动汽车设施的建设受到不同影响，其建设方式和建设要求需根据实际情况而确定，但随着电动汽车的逐步推广和产业化以及电动汽车技术的日益发展，电动汽车对充电桩的技术要求表现出了一致的趋势，要求充电桩尽可能向以下目标靠近。

（1）DEKA电池-高安全性

影响电动汽车安全性的主要因素首先是蓄电池的充电过程，蓄电池技术状态的不一致性是各类蓄电池所共有的基本特性之一，主要表现在蓄电池的容量误差、内阻误差和电压误差。少数蓄电池的一致性误差并不明显，但是由数十个甚至数百个蓄电池单体所组成的电动汽车蓄电池组，其容量误差、内阻误差和电压误差等因素就会凸显出来。电动汽车充电的过程不可能对蓄电池单体依次充电，而是对整个蓄电池组进行充电。在充电的过程中，由于内阻误差的存在，导致在整个蓄电池组中的蓄电池单体两端的电压形成误差，内阻误差越大，形成的电压误差越明显。虽然整个蓄电池组两端的充电电压不会超过额定的电压，但是个别的单体蓄电池两端的电压，有可能超过其额定电压，从而容易导致蓄电池组充电不均衡，单体蓄电池充电量不一的状况。如果蓄电池的电压误差过大，就有可能超过蓄电池充电的安全能力，引起蓄电池过热，导致事故。因而，用于电动汽车的充电装置，必须具备防止蓄电池系统单体电压和温度超过允许值的技术措施，以提高电动汽车充电过程的安全性。

（2）DEKA电池-充电快速化

相比发展前景良好的镍氢和锂离子蓄电池而言，传统铅酸蓄电池具有技术成熟、成本低、容量大、跟随负荷输出特性好等优点，但同样存在着比能量低、一次充电续驶里程短的问题。因此，在目前动力蓄电池不能直接提供更多续驶里程的情况下，如果能够实现蓄电池充电快速化，从某种意义上也就解决了电动汽车续驶里程短这个致命弱点。

（3）DEKA电池-充电通用化

在很长一段时间内，电动汽车用的蓄电池仍将是多种类型蓄电池共存的局面，各类电动汽车的蓄电池容量配备不同，而且电压也会参差不齐，种类繁多。在多种类型蓄电池、多种电压等级共存的市场背景下，用于公共场所的充电装置必须具有适应多种类型蓄电池系统和适应各种电压等级的能力，即充电系统需要具有充电广泛性和多种类型蓄电池的充电控制算法，可与各类电动汽车上的不同蓄电池系统实现充电特性匹配，能够针对不同的蓄电池进行充电。目前电动汽车充电装置与蓄电池的充电控制算法主要由两个系统的对接协议来完成，为了给不同的电动汽车充电，用于电动汽车的充电装置，必须能够适应电动汽车的多种需求。因此，在电动汽车商业化的早期，就应该制定相关政策措施，规范公共场所用充电装置与电动汽车的充电接口、充电规范和接口协议等。

（4）DEKA电池-充电智能化

制约电动汽车发展及普及的最关键问题之一是储能蓄电池的性能和应用水平，优化蓄电池智能化充电方法的目标是要实现蓄电池无损充电，监控蓄电池的放电状态，避免过放电现象，从而达到延长蓄电池的使用寿命和节能的目的。充电智能化的应用技术发展主要体现在以下方面。

①优化的、智能充电技术和充电桩。

②蓄电池电量的计算、指导和智能化管理。

③蓄电池故障的自动诊断和维护技术等。

（5）DEKA电池-电能转换高效化

电动汽车的能耗指标至关重要，衡量商业化运行的电动汽车的能耗指标，不仅是考察电动汽车驱动等系统的能耗指标，更关注电动汽车从电网获取电能的利用率。电动汽车的能耗指标与其运行能源费用紧密相关，降低电动汽车的运行能耗是推动电动汽车产业发展的关键因素之一。因此，提高充电装置的电能转换效率，采用高效充电装置，对于降低电动汽车的能耗具有重要意义。提高充电装置能耗效率的主要技术措施是选择高效变流电路拓扑，提高充电装置的效率因数，尽可能降低输出电流的交流分量并采用高效的充电控制算法。对于充电桩从电能转换效率和建造成本上考虑，应优先选择具有电能转换效率高、建造成本低等诸多优点的充电装置。

（6）DEKA电池-充电集成化

本着子系统小型化和多功能化的要求，以及蓄电池可靠性和稳定性要求的提高，充电系统将和电动汽车能量管理系统集成为一个整体，集成传输晶体管、电流检测和反向放电保护等功能，无需外部组件即可实现体积更小、集成化更高的充电解决方案，从而为电动汽车其余部件节约出布置空间，大大降低系统成本，并可优化充电效果，延长蓄电池寿命。

（7）DEKA电池-对蓄电池寿命影响小

电动汽车的蓄电池占电动汽车成本的主要部分，多数电动汽车的蓄电池占整车成本的一半以上，有的甚至超过整车成本的65%。因此，蓄电池的使用寿命极大地影响电动汽车的运行成本，这也是制约电动汽车发展的关键因素之一。如果电动汽车蓄电池性能早衰，电动汽车的续驶里程就会大大缩短，影响正常使用。如果蓄电池寿命提前终止，对于电动汽车来说就需要更换蓄电池。一旦更换蓄电池，对于电动汽车运营来说就会造成极大的负担。蓄电池寿命除了与蓄电池制造技术、制造工艺和蓄电池成组的一致性等因素有较大关系外，还与充电装置的性能直接相关。选用对蓄电池没有伤害的充电控制策略和性能稳定的充电装置，是保障蓄电池使用寿命达到设计指标，防止蓄电池过早损坏的合理途径，也是降低运营成本的重要技术措施之一。

（8）DEKA电池-操作简单化

电动汽车充电系统必须简单方便，可使所有用户都能独立操作完成。由于电动汽车应用对象是广大群众，虽然有技术要求和技术指导文件，但不能保证每个用户的学习和领会能力都在同一水平，也不可能因此而增加更多的人员来对电动汽车进行充电服务。如果充电系统操作烦琐而又复杂，势必会需求更多的高素质技术人员，增加管理成本。尤其对于公共充电系统，充电系统必须具有智能化的操作特性，降低对操作人员的要求。

电动汽车充电系统的标准

目前电动汽车充电设施建设的规模小、数量少，所以电动汽车充电设施相关技术大部分还处在实际应用的初级阶段。国际上电动汽车充电系统的标准主要是国际电工委员会（IEC）发布的IEC61851：2001，该标准包括三个部分，即一般要求（part1）、电动汽车与交流/直流电源的连接要求（part2-1）、电动汽车与交流/直流充电站的要求（part2-2）。

我国根据国内电动汽车的发展状况，于2001年制定了3个标准，这3个国家标准分别等同（或等效）采用了IEC61851：2001的3个部分。近年来，电动汽车以及电力技术的快速发展，这些标准已不能完全满足当前的发展需求，而且这些标准中缺乏通信协议、监控系统等方面的内容。目前国家电网公司为了规范内部电动汽车的应用，已经颁布了6项与电动汽车充电设施相关的企业标准。

目前供电、充电和蓄电池系统应用集成技术与相关标准及规范研究的缺乏，仍然是电动汽车推广应用的主要薄弱环节，给电动汽车下一步的发展和充电设施的统一规划带来了很大的困难。能够保证大规模充电设施正常运营的充电设施监控系统尚无成熟产品，充电设施监控系统和充电桩间的通信协议和通信接口尚无统一的标准可以遵循，各充电设施之间也无信息联系。

电动汽车充电连接器标准 （1）CHAdeMO快充插座

CHAdeMO是CHArgedeMove的缩写，是日本日产及三菱汽车等支持的CHAdeMO插座。CHAdeMO从日语翻译过来意思为“充电时间短如茶歇”。这种直流快充插座可以提供最大50kW的充电容量。

支持该充电标准的电动汽车车型包括日产聆风、三菱Outlander插电混合动力车、雪铁龙C-ZERO、标致iON、雪铁龙Berlingo、标致Partner、三菱i-MiEV、三菱MINICAB-MiEV、三菱MINICAB-MiEV卡车、本田飞度电动版、马自达DEMIOEV、斯巴鲁Stella插电混合动力车、日产eEV200等。日产聆风和三菱i-MiEV电动汽车都有两个不同的充电用插座，其中一个适用于基础J1772连接器，另外一个适用于日本本土的CHAdeMO标准连接器。

CHAdeMO采用的快速充电方式，电流受控于汽车的CAN总线信号。即在监视蓄电池状态的同时，实时计算充电所需电流值，通过通信线向快速充电桩发送通知，快速充电桩及时接收来自汽车的电流命令，并按规定值提供电流。

通过蓄电池管理系统一边监视蓄电池状况，一边实时控制电流，完全实现了快速、安全充电所需各项功能，确保充电不受蓄电池通用性限制。在日本，按照CHAdeMO标准建设的快速充电站已有1154座投入使用。在美国，采用CHAdeMO标准建设的充电站也已得到推广，来自美国能源部的最新数据显示，美国现有1344个CHAdeMO交流快速充电站。

CHAdeMO快充插座的优点是除了数据控制线外，还采用CAN总线作为通信接口，由于其抗噪性优越且检错能力高，通信稳定性、可靠性高，其良好的充电安全记录受到了业内的肯定。

CHAdeMO快充插座的缺点是最初设计的充电输出功率为100kW，连接器十分笨重，但在充电时的输出功率仅为50kW。

（2）DEKA电池-Combo插座

Combo插座可以允许电动汽车慢充和快充，是目前在欧洲应用最广的插座类型，包括奥迪、宝马、克莱斯勒、戴姆勒、福特、通用、保时捷以及大众都配置SAE（美国汽车工程师协会）所制定的充电界面；而且此类插座还可以和Mennekes类型兼容。

在2012年10月2日，SAE相关委员会成员投票通过的SAEJ1772修订草案成为全球唯一一个正式的直流充电标准。该标准的推出是为了改变鱼龙混杂的充电系统的现状，提升消费者对于电动汽车的购买积极性，基于SAEJ1772修订版制定的关于直流快速充电的标准其核心为Combo连接器。

该标准之前的版本（2010年制定）明确了用于交流电充电的基础J1772连接器的规格，充电水平较低（交流Level 1针对120V，Level 2针对240V）。这种基础连接器目前已经得到广泛的应用，与日产聆风、雪佛兰沃蓝达以及三菱i-MiEV电动汽车兼容。而2012年制定的新版J1772标准中的Combo连接器除了具备原来的所有功能外，还多了两个引脚，可用于直流快充，但无法与当前生产的旧款电动汽车兼容。SAE的这套标准来自很多家大汽车制造商，因此它们的目标是希望这套快充装置的充电时间能够与加油时间不相上下，那就是在采用直流充电时，可以10分钟内完成充电，这就需要充电设施可以提供电压500V、最高达200A的电流。

Combo插座的优点是未来汽车制造商可以在其新车型上采用一个插座，不仅适用于第一代尺寸较小的基础交流连接器，还适用于第二代尺寸较大的Combo连接器，后者可以提供直流及交流两种电流，分别以两种不同的速度充电。

Combo插座的缺点是快充模式下需要充电设施提供电压500V、最高达200A的电流。

（3）DEKA电池-特斯拉插座

特斯拉汽车有一套自己的充电标准，号称能在30min充满可跑300km以上的电量，因此它的充电插座最高容量可以达到120kW，最高电流可达80A。目前，特斯拉在美国已拥有908座超级充电站，而为了进入我国，特斯拉也已在我国建立了7座超级充电站，上海3座、北京2座、杭州1座、深圳1座。

特斯拉为了更好地融入各个地区，计划放弃对充电标准的控制，采用各国的国标，其在我国已经如此执行。虽然特斯拉如此做的有利效果是可以利用由我国政府投资建设的庞大充电网络，以提升特斯拉产品的销量，但对已经购买了特斯拉车型的车主，在标准改变后如何充电是面临的问题。如果没有相应的解决方案，特斯拉车主面临的矛盾，一是只能利用标准更改前建好的充电设施充电，充电便利性不会随时间推移改进；二是找特斯拉公司退车。

特斯拉插座的优点是技术先进，充电效率高。

特斯拉插座的缺点是与各国国标相悖，不妥协难以提升销量；妥协后充电效率将打折扣，处于两难境地。

（4）DEKA电池-CCS标准充电插座

为了改变混乱的充电接口标准现状，美系和德系的八大厂商（福特、通用、克莱斯勒、奥迪、宝马、奔驰、大众和保时捷）于2012年发布了“联合充电系统”。“联合充电系统（combined charging system）”，即“CCS”标准。

“联合充电系统”可将现行所有充电接口统一起来，这样，用一种接口就能够完成单相交流充电、快速三相交流充电、家用直流充电和超速直流充电四种模式。家庭和户外充电桩都可以使用此类能够提供最大32A交流电流的充电插座（慢充方式）。

SAE已选定联合充电系统作为其标准，除SAE外，欧洲汽车制造商协会（ACEA）也已宣布选择了联合充电系统作为直流/交流充电界面，从2017年开始用于所有在欧洲销售的插电式电动汽车。自2014年德国与我国统一了电动汽车充电标准后，我国也加入了欧美系这一阵营，为我国的电动汽车发展带来前所未有的机遇。

CEE标准充电插座的优点是宝马、戴姆勒以及大众这三家德国汽车制造商将加大对我国的电动汽车投入，CCS标准或更有利于我国。

CEE标准充电插座的缺点是支持“CCS”标准的电动汽车，或者销量较小，或者刚刚开始发售。

（5）GB/T 20234插座

我国在2006年就发布了《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求》（GB/T 20234—2006），详细规定了充电电流为16A、32A、250A交流和400A直流的连接分类方式，主要借鉴了国际电工委员会（IEC）2003年提出的标准，但是这个标准并未规定充电接口的连接针数、物理尺寸和接口定义。2011年，我国又推出了GB/T 20234—2011推荐性标准，替换了部分GB/T 20234—2006中的内容，其中规定：交流额定电压不超过690V，频率50Hz，额定电流不超过250A；直流额定电压不超过1000V，额定电流不超过400A。GB/T 20234插座的优点是相比2006年版的国标，对更多充电接口参数进行了详细标定。

GB/T 20234插座的缺点是标准仍不够完善。另外，其只是推荐性标准，也并未强制执行。

各国车企都已逐渐意识到“标准”才是左右电动汽车发展前景的关键因素，近年来全球充电标准逐渐从“多样化”走向了“集中化”。但要真正实现充电标准统一，除了接口标准之外，还需要电流通信标准，前者关乎接头是否吻合，后者则影响插头插入时能否通电。电动汽车充电标准统一化仍然任重而道远，车企和各国政府都需要进一步“放开姿态”，电动汽车才可能有未来。