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全球电动汽车传导式充电接口标准研究分析

2020-04-02 15:28:17·  来源：电动学堂  
　
作者单位：中国汽车技术研究中心有限公司1 前言近年，各大车企都在不断加大电动汽车的研发和市场开拓力度，汽车电动化趋势不可避免。然而，电动汽车在全球推广和
作者单位：中国汽车技术研究中心有限公司
1 前言
近年，各大车企都在不断加大电动汽车的研发和市场开拓力度，汽车电动化趋势不可避免。然而，电动汽车在全球推广和使用中，面临着各国充电接口标准不统一的制约，导致各类电动汽车在不同国家和地区间无法实现充电互联互通，造成车辆开发成本的增加和各类充电设施的重复建设。因此，中、美、欧、日等国家和地区都积极促进充电接口标准在各自国家和地区乃至全世界的统一。梳理全球主要电动汽车充电接口标准及其发展趋势，对于未来电动汽车的充电接口标准发展具有一定参考意义。
2 全球主要电动汽车充电接口标准简介
现阶段，全球充电接口标准体系包括IEC 标准、CCS 联合充电标准、CHAdeMO 标准、SAE 标准、GB/T 标准等，以及部分车企独立使用的充电接口标准。
2.1 国际电工委员会IEC 标准
IEC 62196标准系列，由国际电工委员会（IEC）牵头制定，主要有3部分组成：IEC 62196-1：2014主要规定了一般及通用性要求；IEC 62196-2：2016主要规定了交流充电接口标准；IEC 62196-3：2014主要规定了直流和交直流接口标准。
2.2 CCS 联合充电标准
“联合充电系统”(Combined Charging System)，即“CCS”标准，共包含Combo 1和Combo 2两种连接器形式，分别由SAE以及8家欧美车企制定，可同时支持电动汽车快充及慢充，其组合式直流充电接口标准被IEC采纳。
2.3 日本CHAdeMO 标准
CHAdeMO充电标准是由日本电动汽车快速充电器协会倡导，日产、丰田、斯巴鲁、本田和三菱联合制定，主旨为推进快速充电规格在日本的统一，全球应用较为广泛。
2.4 中国GB 标准
中国电动汽车充电接口相关国家标准是GB/T20234“电动汽车传导充电用连接装置”系列，该标准是以IEC 62196标准系列为基础制定，经过2次修订和完善，最新的充电接口国标GB/T 20234—2015系列于2015年12月颁布，2016年1月实施，共3部分组成，形式接近于IEC 62196-1，2，3，但与IEC标准不兼容。
2.5 车企独立充电标准
以特斯拉为代表的车企采用了独立于各标准系列的充电接口，主要应用于美国，可通过充电转换接头与IEC和CHAdeMO 标准充电接口实现兼容，而出口到中国和欧盟的特斯拉车型均采用了符合当地标准的充电接口。
3 国内外电动汽车充电接口标准对比分析
目前，全球电动汽车主要应用区域分别采用了不同类型的充电接口标准，如图1所示。
 
3.1 交流充电接口标准
交流充电由于受不同国家和地区电网系统的影响，在充电标准中对充电连接器电压和电流的要求不尽相同，且物理接口及通信协议也存在一定的差别。3.1.1 IEC 62196-2
IEC 62196-2提出“交流针和导电管配件尺寸兼容性和互换性要求”，主要规定了交流充电接口标准，共包含3种形式：
(1)Type 1形式
Type 1 引用美国汽车工程师协会SAE J1772OCT2017标准，只包含单相交流充电标准，具有120 V及240 V 两种规格，最大充电电流80 A，最大功率19.2 kW。充电接口具有电子锁及机械锁结构，物理结构上使用5 针接口（图2），因此与IEC 62196-2Type 2及中国国标都不兼容，主要应用于美国、加拿大、韩国、日本、澳大利亚等地。
 
（2）Type 2形式
Type 2由德国牵头制定，定义了480 V和70 A的最大充电电压及充电电流，由于德国三相电使用较为普遍，因此实际使用中充电功率可以达到40 kW 以上。Type 2采用内部电子锁机构对车辆插头和插座进行锁定，物理结构采用7针接口（图3），主要应用于欧盟国家。
 
（3）Type 3形式
Type 3由法、意等国制定，最大充电电压500 V，最大电流32 A，具备4针单控制引导以及5针双控制引导2种方式，目前已基本停止使用。
3.1.2 中国国家标准GB/T 20234.2
GB/T 20234.2 参考了IEC 62196-2 Type 2 的7 针物理结构（图4），采用电子锁及机械锁两种充电锁止机构。虽然也定义了三相充电电压为440 V，但因为中国私人住宅及小区能直接使用三相电的情况较少，所以实际多采用220 V单相电进行充电。
 
另外，虽然GB/T 20234.2与IEC的Type 2均采用7针物理结构布局，但实际在车辆插头端由于分别采用了不同的公针和母针插芯位置设计，且国标充电插口采用手动按压控制的机械锁，充电插头尺寸小于IEC接口尺寸，所以两者无法直接互换使用，可采用专用转换连接器实现充电。
3.2 直流充电接口标准
3.2.1 CHAdeMO直流充电接口标准
主要由日本车企采用，2014 年被IEC 采纳为快速充电国际规格。CHAdeMO 1.0最大充电电压和电流分别为500 V、125 A，最大充电功率60 kW，采用CAN 总线通信方式，接口采用10 针物理连接结构（图5）。2017 年和2018 年，先后发布了CHAdeMO1.2和2.0版本标准，支持最高达200 kW及400 kW的功率充电。截止2020 年2 月，全球约建成2.78 万个CHAdeMO标准充电设备。
 
3.2.2 中国国家标准GB/T 20234.3
GB/T 20234.3采用9针物理结构（图6），使用CAN总线通信协议，同时规定了充电温度监控、机械锁与电子锁联动、过载和短路保护的安全措施，直流额定电压不超过1 000 V，额定电流不超过250 A，理论充电功率可达250 kW。截止2020 年1 月，采用GB/T20234.3标准的直流充电桩约有22万台。
3.2.3 IEC 62196-3
IEC 62196-3提出“直流和交直流引脚与车辆耦合器导电管的尺寸兼容性和互换性要求”，并列包含了中国GB/T 20234.3、日本CHAdeMO 对于直流充电接口以及CCS中对于交直流一体充电接口标准的定义。
3.3 交直流结合充电接口标准
3.3.1 Combo 1充电方式
 
Combo 1 接口标准由国际自动机工程师学会于2012年10月发布（图7），主要在北美地区使用，具备单相交流电、三相交流电、直流充电3种组合方式。交流模式下，可兼容美日等国使用的SAE J1772交流接口充电，直流模式下，最高电压500 V，最大电流可达200 A，功率达到100 kW。
3.3.2 Combo 2充电方式
2012年5月，戴姆勒、奥迪、宝马、福特、克莱斯勒等8家欧美厂商联合推出了CCS Combo 2电动车充电器标准（图8），除3种充电方式外还可实现大功率直流充电。目前该系统可支持最大电压1 000 V，最大电流由200 A提升至400 A，功率可达350 kW，满足大功率充电需求。
 
Combo 1 与Combo 2 均采用了双插头形式，接口的相似度较高，可通过转换接头完成兼容充电。但CCS 充电标准采用了PLC 通讯协议，与中国GB/T20234.3、日本CHAdeMO充电标准的CAN通讯协议有较大差异，无法实现兼容充电。联合充电系统可兼容交流充电和直流充电，充电速率的快慢可由选用的充电连接插头决定，具有一定的便利性优势，广泛应用于欧美、日本、澳大利亚以及印度等国家。
3.4 大功率充电接口标准
随着大功率充电概念和技术的逐步成熟，各标准制定组织都在积极拟定大功率充电标准，目前充电接口样式设计和布局已基本成型。
（1）欧盟委员会已将CCS Combo 2 作为欧洲350kW大功率充电技术发展方向；
（2）中国于2019年4月公开了大功率充电接口形式，预期最大电压将达到1 500 V，最大电流600 A，总功率达到900 kW，充电速率将实现全球领先，预计相关标准将于2021年发布；
（3）日本除发展功率可达400 kW 的CHAdeMO2.0充电标准外，也积极与中国合作开发下一代大功率充电标准，2019年6月，日本CHAdeMO协会宣布与中国共同研发900 kW直流快速充电桩；
（4）美国大功率充电设施则多采用CCS 以及CHAdeMO 2.0两种标准的充电接口，实现较大功率的充电。
3.5 特斯拉充电接口标准
美国市场销售的特斯拉车型使用了一套独立于各标准系列的充电接口，可通过充电转换接头与IEC和CHAdeMO标准充电接口实现兼容。
早期出口到中国及欧洲的特斯拉车型均采用了与欧洲主流充电模式相似的IEC 62192-2 Type 2型充电接口，但由于特斯拉在充电插座上端设计了一个缺口，充电插头较IEC插头多出凸起物，因此，其他品牌电动汽车无法使用特斯拉专用充电设施，但特斯拉车型可使用IEC接口的充电桩。
现阶段出口到中国的特斯拉车型采用了GB/T20234的交流和直流充电接口，出口到欧洲的特斯拉车型采用了CCS Combo 2接口，均可使用符合本地接口标准的充电桩。
各类电动汽车充电接口标准主要技术参数如表1所示。
 
通过对于全球主要电动汽车充电接口标准的分析可知，各标准之间相互借鉴、参考、引用和采纳，形成了全球充电接口标准体系，如图9所示。
 
4 结论和建议
（1）全球范围内使用较为广泛的充电标准包括CCS 和CHAdeMo 两种标准，支持车型较多。其中，CCS充电模式将交流和直流接口合二为一，减少了接口数量，降低了充电器和车身零部件的制造成本，得到各大欧美车企的推动，具有较大市场潜力。
（2）全球范围内采用GB/T 20234标准的充电设施数量最多，作为国际电动汽车技术和产业发展的重要推动力量，中国应积极参与国际标准的制定，引导全球充电标准的协调和统一，并在未来大功率充电、无线充电、V2G等新型充电标准的制定中，发挥更大的作用。
 
 
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