電動(dòng)汽車(chē)充電接口及通信協(xié)議5項國家標準詳解

摘要：此次5項標準修訂電動(dòng)車(chē)充電接口在硬件和軟件層面zui終實(shí)現了統一,全面提升了充電的安全性和兼容性。本文將對新國標做詳細解讀。

充電接口標準幾經(jīng)修訂

中國在2006年就發(fā)布了《電動(dòng)汽車(chē)傳導充電用插頭、插座、車(chē)輛耦合器和車(chē)輛插孔通用要求》(GB/T20234-2006),這個(gè)國家標準詳細規定了充電電流為16A、32A、250A交流和400A直流的連接分類(lèi)方式,主要借鑒了電工委員會(huì )(IEC)2003年提出的標準,但是這個(gè)標準并未規定充電接口的連接針數、物理尺寸和接口定義。2011年,中國又推出了GB/T20234-2011推薦性標準,替換了部分GB/T20234-2006中的內容,其中規定:交流額定電壓不超過(guò)690V,頻率50Hz,額定電流不超過(guò)250A;直流額定電壓不超過(guò)1000V,額定電流不超過(guò)400A。

此次新國標的充電接口標準提高了電壓和電流等級,并且調整了信號針和機械鎖的部分尺寸,明確了電子鎖的有關(guān)要求等。

另一方面,新標準對充電設備是有很大好處的,對充電設備的推廣應用有很大幫助。在此前充電設備面臨“誰(shuí)建誰(shuí)用”的問(wèn)題,國標重點(diǎn)統一了充電樁通信協(xié)議,這意味著(zhù)電動(dòng)車(chē)充電接口在硬件和軟件的標準層面zui終實(shí)現了統一,這將提高充電設備的利用率。

新國標都有哪些改變

相對于舊標準,新標準改動(dòng)很多,有一些是細節上優(yōu)化,譬如充電接口標準本次修訂提高了電壓和電流等級,從而提高了充電功率,縮短了充電的時(shí)間,并且調整了信號針和機械鎖的部分尺寸,優(yōu)化了連接時(shí)序等。

1.通用要求

此次新國標要求在直流充電槍內安裝電子鎖,同時(shí)預留車(chē)輛插座加裝電子鎖的機械結構。而實(shí)施方案將由充電樁企業(yè)來(lái)完成,車(chē)企可能將會(huì )增加控制導引電路。

新國標規定,在交流充電電流大于16A時(shí),供電揭開(kāi)和車(chē)輛接口應具有鎖止功能,該鎖止地功能應符合GB/T20234.1-2015的相關(guān)要求。供電插座和車(chē)輛插座應安裝電子鎖止裝置,防止充電過(guò)程中的意外斷開(kāi)。當電子鎖未可靠鎖止時(shí),供電設備或電動(dòng)汽車(chē)應停止充電或不啟動(dòng)充電。

直流充電時(shí),車(chē)輛接口應具備鎖止功能,該鎖止應符合GB/T20234.1-2015的相關(guān)要求。車(chē)輛插頭應安裝機械鎖止裝置,供電設備應能判斷機械鎖是否可靠鎖止。車(chē)輛插頭應安裝電子鎖止裝置,電子鎖處于鎖止位置時(shí),機械鎖應無(wú)法操作,供電系統應能判斷電子鎖是否可靠鎖止。當電子鎖未可靠鎖止是,供電設備或電動(dòng)汽車(chē)應停止充電或不啟動(dòng)充電。

同時(shí),電子鎖止裝置應具備應急解鎖功能,不應帶電鎖且不應人手直接操作解鎖。

此外,通用要求還規定了,供電接口和車(chē)輛接口的功能性說(shuō)明、接口溫度監控、神域電流保護器、供電設備過(guò)載和短路保護、充電的急停、供電設備的維修等要求。

2.通信協(xié)議的細化

過(guò)去的標準詳細地規定了不同信號的定義,而新標準不僅規定了定義,還規定了各種狀態(tài)下的傳輸速率、報文超時(shí)的判定、zui大電流輸出的判定,對故障和報文發(fā)送終止也做了規定。

在新標準中,明確規定電機與BMS之間的通信速率,而在舊標準中,并沒(méi)有進(jìn)行限制,只是提到了推薦值。據標準,在通信環(huán)境惡劣的場(chǎng)合(如通信距離較長(cháng)的商用車(chē)充電戰),經(jīng)供電設備制造商和電動(dòng)汽車(chē)制造商協(xié)商一致,可采用50kbit/s的通信速率。

報文選項分為必須項和可選項,對于同一幀報文中全部?jì)热轂榭蛇x項,該報文可選擇不發(fā)送,對于同一幀報文中部分內容為可選項,可選項所有按照標準規定格式發(fā)送或填充1,標準未規定的無(wú)效位或字段填充1。標準未規定的位或預留位填充1。

BRM增加了8個(gè)字節用于預留,CML增加zui小充電電流字段,CCS增加充電暫停字段,增加BMS中止充電故障原因等。此外還增加了充電時(shí)序流程圖、充電過(guò)程故障處理方式、報文開(kāi)始發(fā)送和中止條件等。

3.充電接口的修改

據介紹,本次修訂重點(diǎn)考慮充電的安全性和兼容性,增加了充電溫度監控、機械鎖與電子鎖聯(lián)動(dòng)、過(guò)載和短路保護等安全措施,完善了充電控制導引和時(shí)序、故障分類(lèi)信息、冗余保護等內容,提高了標準的適應性和可操作性。

3.1 交流充電接口部分

電動(dòng)汽車(chē)傳導充電用的交流接電口,其額定電流從不超過(guò)32A修改為不超過(guò)63A。如果供電接口使用了符合GB2099.1和GB 1002的標準化插頭插座,則不適用于這些插頭插座。

充電接口的額定電流值增加10A和63A。如圖所示:

備用觸頭擴展為三相充電功能。如圖所示:

在充電連接界面中增加了R4電阻,如圖所示:

此外,本次標準修訂刪除了控制導引電路與控制原理,修改了充電接口控制導引觸頭和機械鎖的部分尺寸,增加了插座內的排水孔(可選),密封圈封改為可選,修改了插頭空間尺寸要求。

3.2 直流充電接口部分

修改了充電接口zui高額定電壓,額定電壓不超過(guò)1000V(DC)、額定電流不超過(guò)250A(DC)。

增加了充電接口額定電壓80A和200A,如圖所示:

調整了充電連接過(guò)程中觸頭耦合順序,其順序為:保護接地、充電連接確認(CC2),直流電源與直流電源負,低壓輔助電源與低壓輔助電源,充電通信,充電連接確認(CC1);在脫開(kāi)的過(guò)程中則順序相反。

此外,本次新國標刪除了充電模式4的直流充電控制導引電路與控制原理;修改了充電接口控制導引觸頭和機械鎖的部分尺寸;修改了插電空間尺寸要求等。

充電標準的認證和檢測

國標委主任田世宏表示,新標準確保了電動(dòng)汽車(chē)與充電設施的互聯(lián)互通,避免了市場(chǎng)的無(wú)序發(fā)展和充電“孤島”,有利于降低因不兼容而造成的社會(huì )資源浪費。下一步,質(zhì)檢總局和國家標準委將會(huì )同有關(guān)行業(yè)部門(mén)推動(dòng)充電設施產(chǎn)品認證與準入管理制度使用新標準,促進(jìn)充電設施和電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)按新標準組織生產(chǎn),已建、在建充電設施要按新標準進(jìn)行更新升級換代。同時(shí),國家標準委將加強充電設施互操作性測試、充電站安全防范、運營(yíng)服務(wù)等配套標準的制定工作,為充電設施管理、運營(yíng)、維護等各環(huán)節提供技術(shù)支撐。

不過(guò)在目前,與之前國標相同的是,檢測認證是企業(yè)自愿行為,不是強制性的。

國家能源局副局長(cháng)鄭柵潔透露,下一步,國家能源局將加快充電基礎設施的建設,進(jìn)一步規范充電基礎設施行業(yè)準入,把符合新國標作為充電設施市場(chǎng)準入的條件之一。

應用改造方面

在接口標準上,上直流充電有四種技術(shù)方案,即歐標、美標、日本標準和中國標準,而在實(shí)行方面,中國充電樁將不會(huì )對其他標準實(shí)行兼容。國外企業(yè)的產(chǎn)品需要進(jìn)行改進(jìn),在中國的市場(chǎng)上符合中國的標準。

對于已經(jīng)建成和售出的充電樁和電動(dòng)車(chē)在新標準實(shí)施后將怎樣處理的問(wèn)題,國標委相關(guān)負責人表示,“對于在個(gè)人充電樁充電的私家車(chē),和在固定線(xiàn)路為內部公交車(chē)、出租車(chē)充電的充電設施及其車(chē)輛,不存在新舊標準兼容的問(wèn)題,不需要修改;已建成的充電樁中,面臨改造的主要是公用充電樁。”

值得注意的是,由于充電接口也包括電動(dòng)車(chē)的一端,因此電動(dòng)車(chē)也需要調試改造。根據新國標,電動(dòng)車(chē)既要改造軟件上的通信協(xié)議,又要改造硬件上的控制導引電路。因此,如果車(chē)主未來(lái)需要用到公用充電樁,那就需要對車(chē)輛進(jìn)行升級改造,如果自家私用的充電樁就可以滿(mǎn)足車(chē)輛的日常用電需求,車(chē)主也可以選擇不對車(chē)輛進(jìn)行改造。