基于互聯(lián)互通的電動(dòng)汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

0引言電動(dòng)汽車是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對提高我國能源安全、應(yīng)對氣候變化、改善環(huán)境保護(hù)起著重要作用。我國高度重視電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，習(xí)近平總書記指出“發(fā)展新能源汽車是邁向汽車強(qiáng)國的必由之路”。近年來，黨中央國務(wù)院不斷加大對電動(dòng)汽車及充電基礎(chǔ)設(shè)施的政策支持，從頂層設(shè)計(jì)、政策支持等方面進(jìn)行規(guī)劃部署，電動(dòng)汽車及充電基礎(chǔ)設(shè)施正迎來快速發(fā)展的時(shí)期。發(fā)展電動(dòng)汽車是實(shí)施能源安全戰(zhàn)略、推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的有效途徑。充換電設(shè)施建設(shè)運(yùn)營規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、高效化，是電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的可靠保障和重要基礎(chǔ)。行業(yè)發(fā)展初期，充換電設(shè)施產(chǎn)品不成熟、充電流程不統(tǒng)一、充電接口不兼容，嚴(yán)重制約了充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化推廣、規(guī)?；l(fā)展、高效化運(yùn)行，阻礙了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，亟須建立內(nèi)容完備、技術(shù)先進(jìn)的全方位系統(tǒng)化標(biāo)準(zhǔn)體系。電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電接口及通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是保證電動(dòng)汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，原標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)實(shí)施多年，基本滿足電動(dòng)汽車充電功能需求，但隨著電動(dòng)汽車普及和充電需求的快速增長，原標(biāo)準(zhǔn)不能完全適應(yīng)。修訂是在原有版本的基礎(chǔ)上補(bǔ)充、完善和更新，參考了最新國際標(biāo)準(zhǔn)，與充電裝置產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)緊密結(jié)合，新標(biāo)準(zhǔn)于2015年12月28日發(fā)布，主要涉及GB/T18487.1—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分通用要求》、GB/T20234—2015（所有部分）《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電連接裝置》、GB/T27930—2015《電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)充電機(jī)和電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》。1電動(dòng)汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化1.1?國外充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化情況電動(dòng)汽車充換電設(shè)施相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)主要由IEC/TC69和IEC/SC23H負(fù)責(zé)制定。目前，電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)IEC61851系列由TC69/WG4、MT5負(fù)責(zé)制定和維護(hù)；充電接口標(biāo)準(zhǔn)IEC62196系列由IEC/SC23H/MT8進(jìn)行維護(hù)；通信協(xié)議ISO/IE15118系列由ISO/IEC聯(lián)合工作組JWG1負(fù)責(zé)；無線充電系統(tǒng)IEC61980系列由IEC/TC69/PT61980負(fù)責(zé)制定；電池更換系統(tǒng)IEC62840系列由IEC/TC69/PT62840負(fù)責(zé)制定。歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)CENELEC制定的歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN）和協(xié)調(diào)性文件（HD），其成員國必須執(zhí)行，同時(shí)必須撤銷與之對立的標(biāo)準(zhǔn)。德國的DIN負(fù)責(zé)德國標(biāo)準(zhǔn)的管理，而德國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)（VDA）與德國電工委員會(huì)（DKE）分別在技術(shù)層面負(fù)責(zé)電動(dòng)車輛與充電設(shè)施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。美國的SAE主要負(fù)責(zé)美國汽車及充電接口相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制和發(fā)布，NEMA負(fù)責(zé)美國設(shè)施類標(biāo)準(zhǔn)及通信協(xié)議的編制。成立于2010年的CHAdeMO組織，主要由日本豐田、三菱、東京電力等企業(yè)聯(lián)合發(fā)起，主要關(guān)注直流快充接口及直流充電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，也是現(xiàn)在全球范圍得到應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)體系之一。1.2?國內(nèi)充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化情況電動(dòng)汽車相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要由掛靠在中國汽車研究中心（CATRC）的國家車輛標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)電動(dòng)汽車分委會(huì)（SACTC114/SC27）牽頭，并負(fù)責(zé)與IECTC69的對口工作；掛靠在中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)（CEC）能源行業(yè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（NEATC3）則負(fù)責(zé)充電設(shè)施方面標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)歸口工作。在零部件方面，纜上控制與保護(hù)裝置由掛靠在上海電器科學(xué)研究院（SEARI）的國家低壓電器標(biāo)委會(huì)（SACTC189）負(fù)責(zé)；充電電纜由掛靠在上海電纜研究所（SECRI）的國家電線和電纜標(biāo)委會(huì)（SACTC213）負(fù)責(zé)；充電連接器由掛靠在中國電器院（CEI）的國家電器附件標(biāo)委會(huì)（SACTC67）負(fù)責(zé)，并負(fù)責(zé)與IECSC23H的對口工作。1.3?國內(nèi)外充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)比對在交流充電接口標(biāo)準(zhǔn)方面，北美和日本采用單相交流充電接口TYPE1；歐洲采用三相交流充電接口TYPE2；而法國和意大利等國提出TYPE3。中國的交流接口標(biāo)準(zhǔn)與TYPE2接近，但在具體結(jié)構(gòu)、尺寸及鎖止方式有較大的區(qū)別，無法直接對接，但其導(dǎo)引控制電路原理基本兼容。在直流充電標(biāo)準(zhǔn)方面，歐美普遍采用交直流一體的組合式充電接口（COMBO），其中，北美普遍采用是以TYPE1為基礎(chǔ)的TYPE1COMBO，歐洲則是TYPE2COMBO。歐美直流充電通信均采用了基于HOMEPLUGGREENPHY技術(shù)的寬帶PLC通信解決方案。日本采用的則是基于CAN通信的CHAdeMO充電接口。與歐美國家相比中國則采用了自己的直流充電解決方案，其解決方案與日本類似，中國的直流充電方案也是基于CAN通信的方案，但是無論是連接器的物理設(shè)計(jì)還是通信規(guī)約均與歐美和日本的方案完全不同，無法直接兼容。在無線充電技術(shù)方面，歐美國家已經(jīng)在IEC內(nèi)主導(dǎo)了標(biāo)準(zhǔn)體系的話語權(quán)，相應(yīng)的IEC61980標(biāo)準(zhǔn)已部分發(fā)布。中國的無線充電技術(shù)尚處于起步階段，目前為數(shù)不多的幾家公司和研究機(jī)構(gòu)介入這一領(lǐng)域，相關(guān)中國標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)立項(xiàng)。在電池更換技術(shù)方面，電池更換技術(shù)最早由以色列BETTERPLACE公司在以色列、荷蘭等國家投入應(yīng)用，但在標(biāo)準(zhǔn)化方面一直存在很大的阻力。在中國和以色列共同努力下，電池更換技術(shù)在IEC標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)方面獲得了突破，并于2012年在IEC/TC69建立了電池更換的項(xiàng)目組PT62840。目前已發(fā)布IEC62840-1《電動(dòng)汽車電池更換系統(tǒng)第1部分通用要求》，使得中國在這一標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)權(quán)。2

電動(dòng)汽車充電設(shè)施互聯(lián)互通2.1充電設(shè)施互聯(lián)互通的含義

充電設(shè)施之間的互聯(lián)互通涉及三個(gè)層面問題：一是電動(dòng)汽車和充電設(shè)施的匹配，新國標(biāo)規(guī)定的充電接口及通信協(xié)議解決的就是這個(gè)問題；二是信息的互聯(lián)互通，解決的是不同運(yùn)營商之間的信息傳遞問題，旨在打破信息孤島；三是支付的互聯(lián)互通，解決不同運(yùn)營商之間身份識別的問題。綜上，充電接口和通信協(xié)議是整個(gè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施互聯(lián)互通的基礎(chǔ)和核心，只有電動(dòng)汽車和充電設(shè)施能夠互聯(lián)，信息和支付才能互通。2.2

充電設(shè)施互聯(lián)互通基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了充電接口的額定值、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則，同時(shí)規(guī)定了交流充電接口尺寸和直流充電接口尺寸。通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了充電設(shè)備和電動(dòng)汽車之間的通信協(xié)議，其中直流通信采用基于CAN的數(shù)字通信技術(shù)路線，交流通信采用PWM模擬信號。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)分類、通信、電擊防護(hù)、電動(dòng)汽車和供電設(shè)備之間的連接、車輛接口和供電接口的特殊要求、供電設(shè)備結(jié)構(gòu)要求、性能要求、過載保護(hù)和短路保護(hù)等。適用于為電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)充電的電動(dòng)汽車供電設(shè)備，包括交流充電樁、非車載充電機(jī)、電動(dòng)汽車充電用連接裝置等。3

接口和通信標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計(jì)《指導(dǎo)意見》與《發(fā)展指南》作為我國充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)的頂層設(shè)計(jì)，是行業(yè)的一個(gè)重要里程碑。隨著頂層設(shè)計(jì)逐步落地以及進(jìn)一步發(fā)揮地方政府與企業(yè)的“首創(chuàng)精神”，未來幾年內(nèi)我國有望形成系統(tǒng)全面、上下貫通、協(xié)同高效的充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)政策體系，為產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展提供強(qiáng)有力的政策保障。3.1?

物理尺寸優(yōu)化通過細(xì)化和補(bǔ)充機(jī)械鎖尺寸，調(diào)整機(jī)械鎖高度，增加機(jī)械鎖與S3開關(guān)聯(lián)動(dòng)工作高度，調(diào)整插座機(jī)械鎖口深度等來解決電子鎖未解鎖時(shí)插頭可能拔出帶來的風(fēng)險(xiǎn)問題。圖1交流充電車輛接口尺寸圖3.2?電氣性能優(yōu)化交流充電PWM占空比曲線與IEC基本保持一致，并根據(jù)國內(nèi)三相交流電的實(shí)際情況保障電網(wǎng)安全，調(diào)整最大充電電流為63A。圖2交流充電PWM占空曲線圖

3.3?控制時(shí)序優(yōu)化直流充電控制時(shí)序?qū)C(jī)械鎖、電子鎖、輔助電源、初始數(shù)據(jù)交換、絕緣監(jiān)測和泄放電路等動(dòng)作進(jìn)行了優(yōu)化。特別規(guī)定了充電前由充電機(jī)負(fù)責(zé)充電機(jī)內(nèi)部（含充電電纜）的絕緣檢查；充電過程期間，由電動(dòng)汽車負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的絕緣檢查。充電直流回路DC+、PE之間的絕緣電阻，與DC-、PE之間的絕緣電阻（兩者取小值R），當(dāng)R>500Ω/V視為安全；100Ω/V<R≤500Ω/V時(shí)，宜進(jìn)行絕緣異常報(bào)警，但仍可正常充電；R≤100Ω/V視為絕緣故障，應(yīng)停止充電。圖3直流充電連接控制時(shí)序圖

3.4檢測預(yù)警優(yōu)化考慮到不同接口供應(yīng)商之間插頭插座互插引起的公差變化，以及長期使用過程中積塵導(dǎo)致接口電阻變大等問題，規(guī)定額定充電電流大于16A的應(yīng)用場合，供電插座、車輛插座均應(yīng)設(shè)置溫度監(jiān)控裝置，供電設(shè)備和電動(dòng)汽車應(yīng)具備溫度監(jiān)測和過溫保護(hù)功能，防止接口過溫引起的設(shè)備損壞和火災(zāi)等事故。圖4充電接口溫度監(jiān)控設(shè)備安裝示意圖3.5通信協(xié)議優(yōu)化為保障直流充電過程的安全性和兼容性，對充電通信流程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，引入了通信初始握手過程，增加通信握手