一文读懂!国内外电动汽车充电系统标准!

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电动是节能环保型辆,由于对环境影响相对较小,国内国外各个层面都在极力推展。预示着电动行业的野蛮生长,各国对未来市场的发展没有统一的了解,并且有所不同国的配电网络在电压、频率等电气特性不存在较大差异,故在制订标准上有所区别。各国的标准不同就造成了电池物理模块不统一、通信协议不相容等问题,厂商急迫有融合兼容的市场需求。

这里主要讲解国内外电动充电系统标准化的现状,主要给大先容一下各种充电模块、充电系统的一般拒绝、直流充电通信协议等方面国内外的差异。

IEC(IntermnationalElectrotechnicalCommission)国际电工委员会标准

IEC61851系列标准是由IEC组织制定的国际上最早的充电系统标准,对其他国充电系统标准的制订具有最重要的参照意义。

IEC61851-1规定了充电系统的通用要求,是IEC61851系列标准的纲领性文件,在2017年2月发布的第三版文件中,整合了对交流电池设施的要求。代替了IEC61851-22;2001交流充电设施标准。IEC61851-1限于于交流标称最大值为1000V,直流标称最大值为1500V的电动辆载和非载电池设备,标准规定了电动4种充电模式、3种电池相连方式和充电接口及其涉及拒绝等。

IEC61851-21-1规定了对电池系统载有充电机的EMC要求,IEC61851-21-2规定了对电池系统非载充电机的EMC要求,但拒绝对象不涵盖无线充电系统。

IEC61851-23规定了对电池系统直流电池设施的要求,还包括直流充电桩的连接线缆和插头装置。

IEC61851-24规定了对电池系统电动辆和直流充电桩通信协议的要求。

IEC62196系列标准规定了对电池系统相连装置的要求,还包括插头、插座、辆耦合器和辆插孔的一般要求、尺寸兼容性与互换性拒绝。

EN(EuropeanNorm)欧洲电工标准化委员会标准

欧盟电动充电系统标准体系包括EN61851系列标准、EN62196系列标准以及CLC/TS50457系列标准,主要牵涉到电池设备、充电站、插头插座及通信协议标准,从表可看出,其中EN61851系列标准、EN62196系列标准采标适当的IEC国际标准,本文后面不再赘述。

SAE(SocietyofAutomotiveEngineers,SAE)美国工程师协会标准

SAE电池系统标准,大部分与适当IEC标准相容。SAEJ1772对应IEC61851相关要求,并定义了IEC62196关于电池模块的涉及拒绝。

SAEJ2847-1规定了电动与公共电网间能量传输的通讯拒绝,SAEJ2847-2规定了与非载有充电机间通信拒绝和规格,SAEJ2847-3规定了V2G反向验收通信架构和拒绝。

SAEJ2953规定了电动和挂电式混合动力和充电设施(EVSE)间互操作性拒绝和测试规范。

我国关于传导式充电系统的主要标准

我国电池系统标准,如上表,包括电池系统的通用要求、交直流接口规范、电池设施与电池管理系统间的通信协议要求及一致性测试拒绝、传导充电互操作性测试规范等。

我国NB/T主要传导式充电系统标准

我国第二大类充电标准是国能源局制订的标准,主要对电池设施的技术要求、试验规范做出了要求,主要标准闻上表。

IEC标准

充电接口国际标准主要由IEC62196-1、IEC62196-2和IEC62196-3三部分组成。

IEC62196-2《电动传导充电用插头、插座、辆耦合器和辆插孔―第2部分∶交流插针、导电铜管附件的尺寸互换性拒绝》规定了交流电池模块的结构和物理尺寸,第2版于2016年2月份公布。该标准还包括了3种交流电池模块方案,分别定义为Typel、Type2、Type3,其中Typel主要支撑国为美国和日本,Type2的主要反对国为德国,Type3的主要反对国为意大利和法国。

IEC62196-3《电动传导充电用插头、插座、辆耦合器和辆插孔―第3部分∶直流插针、导电铜管附件的尺寸互换性要求》,标准规定了传导式充电模块的直流模块尺寸互换性要求,采纳了日本、中国、美国和德国等四国的提案,包括在Typel和Type2上演变的Combol&2系统。该标准第1版于2014年6月公布。

SAE标准

SAEJ1772《电动和挂电式混合动力传导式电池模块》规定了电动充电接口的标准化要求、物理结构和尺寸、控制导引电路,2017年10月修订最新版。标准中所规定的交流充电模块的结构尺寸和IEC62196-2中的Typel一致。

从上表显现出,各国直流充电模块型式区别较小,主要特点阐述如下∶

IEC/SAE标准规定小功率直流充电时,可以用于交流接口标准中定义的Typel/Type2交流口,但当直流电池时其充电线缆必须符合标称充电电流。另外为弥补大功率充电的缺憾,在Typel/Type2的基础上衍生出有了Combol&2组合式充电模块,其将直流和交流辆插座合二为一,具备以下特点∶

充电功率更高,最高平均200kW以上。

交直流辆插座合二为一,减小辆插座闲置的空间,降低成本,可相容现有的交流充电设施。

采用电力载波通信方式(PowerLineCommunicationPLC),可扩展性强,便于今后有序充电技术的发展。

充电线缆采用5芯相连,降低成本。

CHAdeMO和GB/T标准充电模块针脚定义相似,使用机械锁和电子锁相结合的锁止方式,且限于CAN通信协议,其抗噪性能优越且检错能力、通信安定性和可靠性较高。

模块针脚布置方面,与交流接口类似,国标标准插座用于母针,辆插头用于公针,而其他标准恰恰相反。

结构方面,CHAdeMO结构复杂,成本较高,且PE线规格小,信号传输易受阻碍。国标模块结构的公差配合仅存在问题,大电流电池时接口部位短路相当严重,造成连接器寿命短。

直流电池通信的国际标准主要由IEC61851-24和ISO15118系列标准构成。

IEC61851-24规定了电动与直流充电站间的充电控制数字通信格式规范与时序要求。

ISO15118系列标准主要牵涉到电动与电力电网网络通信的基本拒绝、模块网络与应用于协议拒绝及一致性测试、无线通信的标准化信息和用例定义等。

我国直流电池通信协议标准GB/T27930―2015,规定了电动非载传导式充电机与电池管理系统间基于控制器局域网(CAN)的通信物理层、数据链路层及应用层的定义。

欧美CCS系统是基于交流掌控导引电路,采用PLC技术通信。CHAdeMO和GB/T的直流制导电路由于和交流分开,采用CAN通信已完成,在通信的安全稳定性方面优势明显。但着眼未来V2G的发展趋势,未来基于以太网的直流通信或许是各国标准融合的方向。

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