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案例頻道 電動汽車的發(fā)展正在推動汽車，電力及能源產(chǎn)業(yè)的變革。在這一新興產(chǎn)業(yè)中，標準化的進程至關重要，比如關于電動汽車和充電基礎設施之間的充電接口標準，就影響了不同車型在不同國家和地區(qū)的電網(wǎng)之間如何快速，簡便的進行電能的補充。
目前全球主要采用的傳導式充電接口系統(tǒng)有：
IEC 62196-1,2：2012年1月發(fā)布，主要被歐洲國家所采用的交流充電標準。
IEC 62196-3：目前還在制定過程中，預計2014年制定完成。主要內(nèi)容是對直流充電接口的定義。
SAE J1772：2010年1月發(fā)布，是最早實施的充電接口標準，被美國及日本廣泛使用。其5芯的交流充電接口，在IEC 62196-2中被定義為type 1接口。
CHAdeMO：該協(xié)會于2010年3月15日成立，成員單位大多數(shù)來自日本，主旨為推進快速充電規(guī)格在日本的統(tǒng)一，因此主要被日本車廠所采用。
GB/T 20234.1,2,3-2011：2011年12月頒布，2012年3月實施，共三部分組成，形式接近于IEC 62196-1,2,3。雖然目前是國標推薦標準，但解決了中國國內(nèi)不同地區(qū)，不同電網(wǎng)公司，充電接口不統(tǒng)一的問題。
為了更好的對標準進行介紹，下面先列舉標準中常用的充電接口術語定義（圖1）。
圖1 標準中對充電接口各部分的術語定義
供電插座 socket-outlet：供電接口中和電源供電線纜或供電設備連接在一起且固定安裝的部分。
供電插頭 plug：供電接口中和充電線纜連接且可以移動的部分。
車輛插座 vehicle inlet：車輛接口中固定安裝在電動汽車上，并通過電纜和車載充電機或車載動力蓄電池相互連接的部分。
車輛插頭 vehicle connector：車輛接口中和充電線纜連接且可以移動的部分。
不同標準的車輛插座界面比較（圖2）
圖2 各國主要充電接口標準的比較
傳導式充電采用的方式
在目前的電動汽車傳導式電能補給過程中主要采用兩種方式：直流充電（DC）和交流充電（AC）。一般來說由于直流非車載充電機可以產(chǎn)生較高的功率（100kW以上），所以充電時間較短，多用于需要快速充電的場合。而交流充電一般直接采用民用的220V或110V電壓通過車載充電機對電池進行電能補充，由于受到車載充電機體積和散熱條件的限制，其功率通常在7kW以下，所以充電時間較長，因此常利用夜間峰谷電對電動汽車進行交流慢速充電。
交流充電
交流充電由于受不同國家和地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，在充電標準中對充電連接器電壓和電流的要求也不盡相同。比如在德國三相電的使用比較普遍，即使個人用戶在民宅中也可以使用，因此在IEC 62196-2標準中，定義了480V交流充電電壓和63A充電電流，實際充電功率可以達到40kW以上。相比在國標GB/T 20234.2中雖然也定義了三相充電電壓為440V，但因為中國私人住宅及小區(qū)進戶直接能使用三相電的情況很少，所以目前交流充電電流最大只有32A，而實際多采用220V，16A進行充電。至于美標的SAE J1772因為只定義了5芯的充電接口，因此采用此標準的電動汽車只能使用單相交流充電，比如通用的沃藍達（Volt）及日產(chǎn)的聆風（Leaf）。下表為不同標準定義的交流充電連接器最大電流及電壓的對照表（表1）：
表1 各標準交流充電電壓及電流的比較
從交流接口的外形來看，三種標準也有區(qū)別，其中IEC的type2和GB標準最為接近，均采用7芯的布局，看似可以互相通用，但實際在車輛插頭端由于分別采用了母頭和公頭插芯的設計，所以兩者無法互換使用（圖3）。SAE標準由于只使用5芯接口，因此它的充電連接界面和IEC type2和GB完全不兼容（圖3）。但SAE和GB均采用了機械鎖的結構，而IEC只采用內(nèi)部電子鎖機構對車輛插頭和插座進行鎖定。
IEC 62196-2 type 2 GB/T 20234.2-2011 SAE J1772
圖3 三種交流充電標準車輛插頭接口界面比較
不同標準的交流充電接口造成了在電動汽車發(fā)展初期全球充電難的問題。比如一輛通用的沃藍達（Volt）采用的是SAE標準的5芯車輛插座，如果在德國行駛的話，就無法使用IEC type 2的7芯連接系統(tǒng)進行充電。當然解決方法也是有的，可以采用轉接適配器或混合標準充電線纜的方式。如圖4：供電插頭使用的是IEC type 2的接口，而在車輛插頭端使用的則是SAE標準接口。
SAE J1772 IEC 62196-2 type 2
圖4 適合歐標充電設備與美標車輛連接的充電線纜
直流充電
由于IEC 62196-3直流充電標準還在制定當中，因此在各個國家和地區(qū)使用的直流充電接口方式也是五花八門。作為最早實施的日本CHAdeMO形式的直流充電標準，由于受日系車廠電動汽車推廣較早的影響，目前在市場中應用最廣，在日本，歐洲及北美市場均可以找到采用此接口的直流充電設施服務于日產(chǎn)，三菱等電動車型的使用。由于采用CAN的通訊協(xié)議，因此除了常用的連接確認，充電導引及直流針腳之外還有額外的兩根CAN通訊用針腳，所以整個CHAdeMO接口有多達10芯的連接針腳。
在中國市場由于目前直流充電采用的也是CAN的通訊方式，所以充電接口定義和CHAdeMO非常接近，但外觀卻有著天壤之別（圖5）。在國標GB/T 20234.3中定義的充電電壓和電流分別是750V和250A，充電功率可以達到150kW以上，相比CHAdeMO目前60kW的功率要高出一倍，所以在連接器設計中考慮到電氣間隙及爬電距離的影響，結構尺寸有很大的不同，目前主要用于城市純電動公交大巴的電能補充。
圖5 GB/T 20234.3-2011中的直流充電接口
歐洲與北美的直流充電標準目前還在制定過程中，但在IEC 62196的定義中type 1及type 2的接口也是可以用來進行直流充電的，即在小功率（25kW左右）直流充電的時候歐標與美標采用的接口形式同交流充電口（圖2），需要注意的是采用直流充電時充電線纜必須滿足標稱的額定充電電流。但由于受到本身結構設計的限制，type 1及type 2接口無法用于大功率直流充電（100kW）。
為了解決未來電動汽車大功率充電問題，德國汽車企業(yè)提出了組合式充電接口（Com-bined charging）的概念，并得到了美國車企的響應，因此新的直流充電方式應運而生，菲尼克斯電氣作為一家專業(yè)的電氣接口供應商承擔了該產(chǎn)品的設計及標準制定工作（圖6 左圖）。相比較目前廣泛使用的CHAdeMO充電方式，組合式充電接口具有以下的特點：1.充電功率更高（100kW以上），可以大幅縮短停車等待時間。2.直流和交流車輛插座（ve-hicle inlet）合二為一（圖6 右圖），減小了車輛插座占用的空間，并降低了成本。3.兼容現(xiàn)有的交流充電設施。4.采用電力載波通訊方式（Power Line Communication），可擴展性強，便于今后有序充電技術的發(fā)展。5.直流充電只采用5芯連接，降低了充電線纜的成本。從2012下半年開始將會有一批采用PLC通訊及組合式充電接口的電動汽車上路進行測試，而與之相關的ISO 15118及IEC 62196-3標準也在加緊制定中，預計在2014或2015年能夠頒布實施。該標準是否會影響CHAdeMO及GB的直流充電標準，還需要經(jīng)過市場的檢驗，不過從系統(tǒng)設計理念來看組合式充電接口會具有更廣泛的應用前景。
圖6 標準正在制定中的交直流組合式充電接口
展望
汽車電氣化是未來的發(fā)展趨勢，考慮到目前的電池技術還需要完善，因此傳統(tǒng)內(nèi)燃機仍然會存在相當長的一段時間。所以采用內(nèi)燃機和電池的混合動力技術將是近期發(fā)展的主要方向，而其中PHEV（插電式混合動力技術）由于對充電基礎設施依賴較小，節(jié)能效果明顯，將會得到較快的發(fā)展。所以針對于PHEV的車型主要采用的是交流慢充的方式，利用夜間的峰谷電進行220V，16A的交流充電，讓電池在車輛起步及交通擁堵低速行駛的路況下發(fā)揮作用。大功率的直流充電技術適用于BEV（純電動）車型的電能快速應急補充，在未來也會有很廣泛的應用，由于其電流大電壓高，考慮到安全因素和對電網(wǎng)的影響，不會用于家庭私人充電場合，更多的會出現(xiàn)在有人值守的公共快速充電站中。
新的產(chǎn)業(yè)在發(fā)展初期，基本都會遇到標準紛繁復雜且互不兼容的情況，電動汽車產(chǎn)業(yè)也不例外。因此全球不同的充電接口標準依然會并存較長的時間，但隨著電動汽車的普及，人們會越來越多的考慮標準的兼容性問題，即使各國家和地區(qū)的充電接口在結構外形上無法形成統(tǒng)一，但涉及到車輛與充電基礎設施的通訊方式最終也許會達成一致。
結語
菲尼克斯電氣作為電動汽車充電連接器的全球供應商，針對于不同的充電接口標準開發(fā)了對應的產(chǎn)品，為行駛在不同國家和地區(qū)的電動汽車及充電基礎設施提供可靠安全的充電連接。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號