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新 CHAdeMO 3.0 旨在统一全球电动汽车快速充电标准

2020-08-17 22:57:16·  来源：SAE International  
　
作者：Bradley Berman
本文原发表于SAE《汽车工程》杂志
 
与中国电力企业联合会共同开发，更新的快速充电标准“Chaoji”有望在2021年下半年部署。
 
 
CHAdeMO 协会还在同时考虑通过提供适配器，以提高新协议与之前充电协议的兼容性。图为其中一个适配器版本。（图片来源：CHAdeMO）
 
在今年4 月 24 日，CHAdeMO 协会发布了 3.0 版“电动汽车充电协议”。这种双向直流快充新标准（600 A, 900 kW）由 CHAdeMO 协会和中国电力企业联合会（下称“中电联”）联合开发，可以兼容当下各类电动汽车的所有现行充电标准。CHAdeMO 由日本五大汽车制造商和东京电力公司 2010 年成立，现已发展成一个拥有 400 多个成员的全球性协会。
 
该项目人称 “ChaoJi”，旨在创建一套同名的升级版快速直流充电器标准。“ChaoJi” 项目开始于 2018 年：当时，来自中国的代表建议 CHAdeMO 协会能对中国的快速充电国家标准进行优化。那时，中国已经成为全球最大的电动汽车市场。国际标准化组织（ISO）的中国全国委员会和国际电工委员会（IEC）发布的标准称为 GB/T 标准，即大家熟悉的“国标”。
 
“ChaoJi” 项目的早期目标是增加耦合器的机械强度并缩小其尺寸，但经过从 2018 年下半年开始到 2019 年举行的月度会议，CHAdeMO 和中电联在再次扩充了项目目标。2019 年 7 月，各国电动汽车用充电技术专家齐聚日本东京，参加了第一届国际ChaoJi技术研讨会。
 
 
CHAdeMO 3.0 充电连接器原型（下）与当前 2.0 版本的对比图。（图片来源：CHAdeMO）
 
900 kW 的重型车辆充电连接器
 
事实上，CHAdeMO 早有计划升级其现有的400 kW 充电协议至 3.0 版本，将充电功率提升至令人惊叹的 900 kW（峰值电流 600 A、1500 V），从而覆盖卡车和公共汽车等重型车辆的充电需求。不过，CHAdeMO协会将在 3.0 标准中提供多种充电功率，从而适应更多类型的电动汽车，并同时解决在公路充电站之外的充电需求，比如家或单位等。
CHAdeMO 协会欧洲秘书长Tomoko Blech 在给 SAE《汽车工程》的电子邮件中解释说：“首款使用 ChaoJi 充电标准的电动汽车最早有望在 2021 年底问世。”她写道，得益于中国庞大的电动汽车市场，我们有望以较低成本实现CHAdeMO 3.0 标准的推广。
 
Blech 写道：“其中方法之一便是借助中国的新国标，中国占全球快速充电器市场的80%，我们可以通过规模经济来降低成本。”中电联的成员首先进行了早期设计工作和原型制作。接着，中国和日本的团队将共同确认联合开发的新标准可以兼容现行的CHAdeMO 和国标充电标准。
 
 
测试标准将于 2021 年成型
 
Blech 在电子邮件中声称，“为了使CHAdeMO 3.0 可以从硬件、软件和安全要求方面尽可能兼容最新版本的 IEC、ISO 和 SAE 相关标准，大家作出了巨大的努力。”目前，中国已经在475 kW 充电器（500 A）方面取得了试验成功，充电 10 分钟即可让车辆跑 250 英里。
 
项目负责人声称，如果汽车制造商使用800 V 电池系统，单位时间内的充电量将是之前的 2 倍。2020 年 2 月 6 日，位于日本千叶县的 UL Japan Kashima EMC 测试实验室已经成功完成了新型充电系统（最大电流600 A，采用液冷技术）的前期技术演示。目前，项目成员正在编写 CHAdeMO 3.0 充电标准的认证测试标准，预计将在 2021 发布。CHAdeMO 已经通过美国认证，由IEEE 统一管理。
 
未来，市面上还将出现相关适配器，让使用特斯拉和CCS 充电标准的车辆也能使用 CHAdeMO 3.0 充电器。”但这些充电器将主要来自第三方供应商，而不是 CHAdeMO 或中电联。特斯拉自 2012 年即加入CHAdeMO 协会，并且还生产销售“特斯拉—CHAdeMO”适配器。行业集团 CharIn E.V. 一直致力于推动 CCS 成为全球统一电动汽车充电标准。该公司曾在2019 年的一篇文章（点击文末阅读原文）中公开表明立场，反对使用任何电动汽车用充电器适配器。
 
 
正在为一辆日产Leaf 电动汽车充电的现行版 CHAdeMo 充电连接器。与未来的 3.0 版本相比，这款 2.0 版本更大、更重、更厚实。目前，日产等多家日本 OEM 都在使用CHAdeMO 充电协议。（图片来源：Lindsay Brooke）
 
为电动汽车“上网”铺平道路
 
CHAdeMO 标准问世以来，最特别之处便在于“双向充电”，即允许从电动汽车向电网输送电力。但事实证明，这对ChaoJi 项目来说是一个挑战。目前，新的 CHAdeMO 耦合器在设计中考虑移除之前版本中的可选引脚，进而将引脚数量从七个减少到四个，可以为双向充电器提供12 V 辅助电源。
 
SAE 混合动力/插电式电动车辆通信与互操作性工作组主席Rich Scholer 表示，SAE J3072 标准委员会正在进行最后阶段的更新，从而使 J3072 标准可以满足 IEEE 1547-2018 标准对双向充电的要求。J3072标准更加偏向交流充电，而非直流充电。Scholer 指出，IEEE 1547-2018 也适用于具备双向充电功能的 SAE 直流充电器。
 
在 ChaoJi 的设计中，CHAdeMO和新国标充电器将采用相同的硬件。不过，为了保证采用 ChaoJi 充电标准的车辆可以兼容目前具备双向充电功能的 CHAdeMO 充电器，充电器还必须配备一款特殊的入口适配器和专门的双向充电序列。Blech写道：“在可用引脚（信号）更少的情况下增加新功能，并同时确保鲁棒性、电磁抗扰度并与现有的 CHAdeMO、新国标和 CCS Combo 协议完全兼容将是一个相当大的挑战。”
 
此外，为了兼容不同的协议，我们还必须增加一个导频控制电路，随时检测需要使用哪一套通信协议。根据Blech 的说法，ChaoJi 项目的下一步目标是实现与 CCS 使用的 ISO 15118 协议的完全向后兼容。CHAdeMO 协会虽然将全球协调作为其长期目标之一，但同时很清楚，汽车制造商、充电器制造商和充电站运营商需要10 年或更长时间才能过渡到新标准，这就是为什么向后兼容性也是至关重要的。但 ChaoJi 是一套具有前瞻性的协议，特别是其中有关下一代电池技术的内容。
 
“除了符合规范和标准之外，电池系统的设计将取决于每家OEM的策略。”Blech 写道，“但有一件事是肯定的，固态电池能够承受非常高的充电速率，而且无需配备昂贵的热管理系统，因此固态电池在电动汽车领域的应用势必带来重大突破，这可能将出现在21 世纪 20 年代中期。”
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