電動(dòng)汽車(chē)充電標準最詳解析

【di一電動(dòng)網(wǎng)】（專(zhuān)欄作者 朱玉龍）本文對quan球的電動(dòng)汽車(chē)充電標準，特別是中國的充電標準做一些梳理，以方便大家了解當前存在的一些問(wèn)題 。

1)quan球電力低壓配電系統概覽

充電產(chǎn)業(yè)，在媒體上號稱(chēng)有1000億，不過(guò)現實(shí)的問(wèn)題是中國的標準目前都在修訂中，這個(gè)有些搞笑了。談充電網(wǎng)絡(luò )這個(gè)概念，是需要從ISO和IEC的標準體系談起的。電動(dòng)汽車(chē)充電系統，首先是建立在quan球的低壓配電電網(wǎng)存在較大差異的條件下進(jìn)行的。如圖1所示，從電網(wǎng)的基礎來(lái)看，電壓和頻率存在較大的差異，而更大的差異來(lái)自家庭的三相到戶(hù)的情況、家庭總的功率容量和電能質(zhì)量這些較為細節的點(diǎn)。

其實(shí)正是有著(zhù)這個(gè)大背景，既造成了后續的充電標準的差異，也造成了迫切融合的需求發(fā)生，如果按照普通電氣來(lái)開(kāi)發(fā)車(chē)輛的交流充電/直流系統是完成不可接受的，如果造成過(guò)大的差異，就會(huì )造成車(chē)輛在quan球不同地區不同版本，整個(gè)成本一下子就上去不少。
————————————————

圖1 quan球低壓配電電壓頻率

2)電動(dòng)汽車(chē)充電標準系統

電動(dòng)汽車(chē)汽車(chē)充電系統標準有以下幾個(gè)標委會(huì )牽頭：

A)IEC TC 23 電動(dòng)委員會(huì )

電氣附件 Electricalaccessories SC 23H 工業(yè)插頭插座Industrial plugs and socket-outlets

B)IEC TC69電動(dòng)委員會(huì )

電動(dòng)道路車(chē)輛及電動(dòng)工業(yè)貨車(chē)技術(shù)委員會(huì ) Electric road vehicles and electric industrialtrucks

C)ISO的TC22 電氣電子設備 Electrical and electronic equipment

產(chǎn)業(yè)在電氣化的過(guò)程中，畢竟由歐洲(德國為主)、美國、日本和中國這幾個(gè)國家的汽車(chē)公司所主導，所以目前電動(dòng)汽車(chē)供電設備(EVSE)與電動(dòng)汽車(chē)之間的互聯(lián)，主要由這幾個(gè)標準來(lái)界定。在這些關(guān)鍵的標準里面，基本上中國都派出了人員參與，擔任一定的職責。

圖2 電動(dòng)乘用車(chē)相關(guān)充電標準

2.1IEC TC69 分標委

該標委會(huì )主要是協(xié)調車(chē)輛和電氣之間的內容，偏向于系統層面的內容。下面的標準，又可以細分成三個(gè)部分

2.1.1常規充電要求

主要用來(lái)界定一些基本要求：

IEC61851‐1: 充電系統總體要求

IEC61851‐21‐1: 充電系統 車(chē)載充電機EMC要求

IEC61851‐21‐2: 充電系統 非車(chē)載充電系統EMC要求

IEC61851‐23: 直流充電樁

IEC61851:24:直流充電通信要求

2.1.2無(wú)線(xiàn)充電標準

無(wú)線(xiàn)標準，這將是下一波充電和交互的主要形態(tài)，這個(gè)工作主要由TC69分標委負責。

IEC61980‐1: 無(wú)線(xiàn)充電基本要求

IEC61980‐2: 無(wú)線(xiàn)充電通信

IEC61980‐3: 特殊要求

2.1.3V2G標準

這個(gè)部分是涉及到我們要講的電網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )通信的要求，由于車(chē)輛的電池的壽命實(shí)際情況，還遠一些。

ISO 15118‐1: V2G基本信息

ISO 15118‐2: V2G拓撲和OSI層

ISO 15118‐3: V2G物理&數據鏈路層

ISO 15118‐4 Ed.1: V2G網(wǎng)絡(luò )和拓撲

ISO 15118‐5 Ed.1: V2G物理&數據鏈路層測試

ISO 15118‐6 Ed. 1.0: V2G 無(wú)線(xiàn)充電

2.1.4 安全標準

最后為核心的安全標準是TC22分標委下面的ISO/IEC 17409安全要求。

2.2IEC SC23H 分標委

該分標委主要是處理接頭的，下面界定充電接口的物理性狀的要求，如表1所示，這是導致quan球不同充電接口不一樣的那部分。不過(guò)也是由于本身的局部電網(wǎng)的差異造成了一定差異性。

IEC62196‐1: 插頭插座基本要求

IEC62196‐2: 交流尺寸和互換性要求，主要包含Type1(美國、加拿大、韓國、日本、澳大利亞等地)、Type2(歐盟)和中國標準三種。

IEC62196‐3+62196‐3‐1: 直流尺寸和互換性要求，包含在Type1

和Type2上演進(jìn)的Combo1&2系統和中國直流充電接口和CHAdeMO四種類(lèi)型，其中前兩者使用的控制邏輯都是一樣的基于PLC的，而后兩個(gè)都是基于CAN協(xié)議的。

表1 電動(dòng)汽車(chē)車(chē)端充電插座概覽

這里需要說(shuō)明的是，如前所述，歐洲特別是德國有三相電的充電訴求，使得該接口很復雜，有好幾種配置，單相交流、三相交流、低功率直流和中等功率直流，特斯拉在歐洲和現在中國使用的直流充電配置，就是如圖3的最右邊的連接方式。

圖3 Type2 的不同配置

在美國，SAE汽車(chē)工程協(xié)會(huì )制定了SAE的相關(guān)標準，大部分是與以上的IEC/ISO標準兼容的，不過(guò)具備更多的實(shí)踐意味。

1.SAEJ1772 對應IEC61851，順帶定義了IEC62196的所有內容

2.SAEJ 2847 J2931 直流充電消息、通信和拓撲

3.SAE J2836 USER CASE

4.SAE J2953 電動(dòng)汽車(chē)和充電設施互通性

5.SAE J2894/2 充電設備電能質(zhì)量/測試辦法

6.SAEJ2954 無(wú)線(xiàn)充電

3)中國充電標準

中國的充電標準體系如下:

3.1已有的充電標準

1.GB/T 18487.1-2015 電動(dòng)車(chē)輛傳導充電系統 一般要求

2.GB/T 18487.2-2017電動(dòng)車(chē)輛傳導充電系統

電動(dòng)車(chē)輛與交流/直流電源的連接要求：

3.GB/T 18487.3-2001 電動(dòng)車(chē)輛傳導充電系統 電動(dòng)車(chē)輛交流/直流充電機(站)

4.GB/T 20234.1-2015 電動(dòng)汽車(chē)傳導充電用連接裝置 第1部分:通用要求

5.GB/T 20234.2-2015 電動(dòng)汽車(chē)傳導充電用連接裝置 第2部分:交流充電接口

6.GB/T 20234.3-2015 電動(dòng)汽車(chē)傳導充電用連接裝置 第3部分:直流充電接口

7.GB/T 27930-2020電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協(xié)議

8.QCT 895-2011 電動(dòng)汽車(chē)用傳導式車(chē)載充電機

3.2電網(wǎng)對充電設施的要求

1.GB/T 29316-2012 電動(dòng)汽車(chē)充換電設施電能質(zhì)量技術(shù)要求

2.GB/T 29317-2012 電動(dòng)汽車(chē)充換電設施術(shù)語(yǔ)

3.GB/T 28569-2012 電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁電能計量

4.GB/T 29318-2012 電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載充電機電能計量

3.3在進(jìn)行中的相關(guān)要求

1.電動(dòng)汽車(chē)充電線(xiàn)纜盒通用要求

2.電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電系統通用要求

3.電動(dòng)汽車(chē)充電連接裝置檢驗試驗規范車(chē)輛側

4.電動(dòng)汽車(chē)智能車(chē)載終端車(chē)與充換電設施互動(dòng)控制技術(shù)條件

這里重點(diǎn)談一談，當前的一些問(wèn)題。充電這個(gè)事情，其實(shí)是屬于汽車(chē)標委會(huì )和電力標委會(huì )乃至電工標委會(huì )綜合的那塊，里面包含了低壓配電、電能質(zhì)量、車(chē)輛控制、電氣連接等要求。這個(gè)事情和傳統的車(chē)主導或者是電力企業(yè)主導都不一樣，兩邊坐一塊你覺(jué)得會(huì )怎么樣？輕易是不會(huì )出結果的，兩邊都需要拿出證據、數據乃至測試結果，還有標委會(huì )下面的相關(guān)單位也得提意見(jiàn)，這活一點(diǎn)都不好干。

這次修訂的20234.1.2.3，主要是接口方面，主要是對電子suo位置、引腳尺寸、干涉情況做個(gè)系統性的修正，如圖4所示

圖4 引腳和干涉問(wèn)題

4)直流充電的安全性問(wèn)題

直流充電這個(gè)事情安全性很重要，要基本考慮以下的問(wèn)題：

1. 絕緣失效 水、塵、對地絕緣退化、機械損壞

2. 帶電部件直接接觸 基本保護失效(外殼、機械損壞、絕緣)

3. 過(guò)高電壓

1. 外部(電網(wǎng)) 閃變 和內部開(kāi)關(guān)切換

2. 內部(系統) 轉換器、控制失效和通信失效

4. 過(guò)流 轉換器|控制|通信失效

5. 短路 水、塵、 絕緣失效、電子失效、機械損壞

6. 意外反向能流 轉換器|控制|通信失效

7. 交流保護設備斷開(kāi) 交直流電路意外連接、控制通信失效

8. 插頭|插座上意外高電壓

斷開(kāi)設備失效、

電子失效和帶載斷開(kāi)

9. 過(guò)溫 塵土、連接性能衰退、未完成插合和過(guò)流

10. 熱斷開(kāi) suo止|控制|通信失效

11. PE失效 機械損壞

在美國，即使在標準里面規定了很多措施，車(chē)廠(chǎng)拼命在努力保證安全，美國道路安全局NHTSA在評估這塊的的實(shí)驗的里面，對直流充電系統也做了更多的故障注入試驗，有了系統層面的通盤(pán)的考慮，對各種各樣可能發(fā)生的問(wèn)題去考慮。高壓系統：對于高壓系統的一些問(wèn)題，即使車(chē)輛做的很高，如果直流充電樁有各種問(wèn)題，不受控整車(chē)需要有個(gè)正確的反應。

* DC Bus Short Test

* DC Bus Held High Test

* Overcharge Test

* Charge Connector HV Connection

Disturbance

控制系統：整車(chē)的12V系統，甚至是連接的信號系統受到各種各樣的干擾和問(wèn)題。

* Ground Fault Test

* Chassis Ground Offset Test

* 12V System Under voltage Test

* 12V System Disturbance Test

* 12V System EMI/EMC Test

* BMS Internal Fault Detection

* System Overvoltage Test (12V Board Net)

* Charge Operation Disturbance Test

* Charge Connector Control Signal

Disturbance Test

* Charge Connector Field Ground

Connection Disturbance

其他：各種各樣奇葩的系統問(wèn)題。

* Vehicle Crash or Bump Test

* Vehicle Movement Test

* Visual Inspection of Charge Port

* Cooling Heating System

摘取幾個(gè)很有趣的實(shí)驗結果：

a)冷卻液給鉗住了

45A充電電流，從40degC開(kāi)始(通過(guò)反復的加速和制動(dòng)能量回收，將電池系統的溫度提升上去)，限制冷卻液流動(dòng)，溫度上升到42.5degC。

b)過(guò)壓10%

輸出電壓由于是和電池系統相等的，充電樁如果在設置上出錯，設置升到比較高電壓，是需要等SOC高到一定程度的，電壓沒(méi)有那么容易上去，當SOC比較高的時(shí)候，系統發(fā)現這個(gè)問(wèn)題，有一段恒壓之后的上升，系統分析SOC和輸出電壓，然后切斷了系統。

c)接口的斷開(kāi)

從分斷盒里面，將正極、負極切斷。

d)總線(xiàn)短路

充電機沒(méi)有啟動(dòng)起來(lái)，車(chē)也沒(méi)有要求輸出電壓，車(chē)載系統是先檢測輸入電壓的情況來(lái)判斷要不要給充電。

5)充電兼容性測試

我接觸充電的事務(wù)五年多，這是一回要做測試，所以還是要竭力給宣傳一下，這次不管怎么樣，總歸是對的。電動(dòng)汽車(chē)充電接口及通訊協(xié)議標準GB/T18487.1、GB/T20234、GB/T27930已完成送審稿，國家標準《電動(dòng)汽車(chē)傳導充電互操作性測試規范》、《電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協(xié)議一致性測試》已完成征求意見(jiàn)稿，為驗證標準開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)傳導充電互操作性測試活動(dòng)，現將有關(guān)事項通知如下：

目的：統一測試程序，驗證測試內容；統一測試平臺，驗證電動(dòng)汽車(chē)和充電設施；開(kāi)展實(shí)驗室測試與電動(dòng)汽車(chē)和充電設施實(shí)際充電測試結果對比，驗證標準。

測試過(guò)程

1.di一階段：測試準備。選定測試實(shí)驗室，統一測試程序及測試平臺，成立測試專(zhuān)家組。

2.第二階段：產(chǎn)品測試

3.第三階段：實(shí)車(chē)實(shí)樁驗證。

整個(gè)測試系統主要還是用分斷盒來(lái)測試的如下四部分：

1. 直流充電樁測試：連接確認測試、自檢階段測試、充電準備就緒測試、充電階段測試、正常充電結束測試、充電連接、控制時(shí)序測試、通信中斷測試、開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)測試、車(chē)輛接口斷開(kāi)測試、絕緣故障測試、PE斷針測試、其他充電故障、輸出電壓控制誤差測試、輸出電流控制誤差測試、輸出電流控制時(shí)間測試、輸出電流停止速率測試、反灌沖擊電流測試、CAN通信干擾測試、控制導引電阻值測試。

2. 交流充電樁測試：連接確認測試、充電準備就緒測試、啟動(dòng)及充電階段測試、正常充電結束測試、充電連接控制時(shí)序測試、斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S3測試、CC中斷測試、CC接地測試、CP中斷測試、CP接地測試、CP斷電測試、PE斷針測試、失電狀態(tài)測試、輸出過(guò)流測試、PWM中斷測試、PWM自恢復測試、PWM占空比變化和電流測試、占空比超限測試、PWM頻率超限測試、CP回路電阻測試、CC回路電阻測試。

3. 電動(dòng)汽車(chē)直流充電測試：連接確認測試、自檢階段測試、充電準備就緒測試、充電階段測試、正常充電結束測試、充電連接控制時(shí)序測試、通信中斷測試、開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)測試、車(chē)輛接口斷開(kāi)測試、絕緣故障測試、PE斷針測試、其他充電故障測試、輸出電壓控制誤差測試、輸出電流控制誤差測試、輸出電流控制時(shí)間測試、輸出電流停止速率測試、反灌沖擊電流測試、CAN通信干擾測試、控制導引電阻測試。

4. 電動(dòng)汽車(chē)直流充電測試：連接確認測試、充電準備就緒測試、啟動(dòng)及充電階段測試、正常充電結束測試、充電連接控制時(shí)序測試、斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S3測試、CC中斷測試、CC接地測試、CP中斷測試、CP接地測試、CP斷電測試、PE斷針測試、失電狀態(tài)測試、輸出過(guò)流測試、PWM中斷測試、PWM自恢復測試、PWM占空比變化和電流測試、PWM占空比超限測試、PWM頻率超限測試、CP回路電阻測試、CC回路電阻測試。

對比一下SAE J2953 電動(dòng)汽車(chē)和充電設施互通性測試，這個(gè)測試偏向于驗證這些產(chǎn)品行不行，而不是驗證互相的兼容性，所以對CP信號的規格完*全沒(méi)怎么做過(guò)多測試，對比一下下面的J2953做出來(lái)的測試報告，側重點(diǎn)差距有些大。

不管怎么說(shuō)，用試驗來(lái)驗證規范，這真是可喜的一大步了。
圖5 互通性測試報告