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電動汽車充電標準最詳解析
閱讀：3271 發(fā)布時間：2021-4-12【di一電動網(wǎng)】（專欄作者 朱玉龍）本文對quan球的電動汽車充電標準，特別是中國的充電標準做一些梳理,，以方便大家了解當前存在的一些問題 ,。
1)quan球電力低壓配電系統(tǒng)概覽
充電產(chǎn)業(yè)，在媒體上號稱有1000億，不過現(xiàn)實的問題是中國的標準目前都在修訂中,，這個有些搞笑了,。談充電網(wǎng)絡(luò)這個概念，是需要從ISO和IEC的標準體系談起的,。電動汽車充電系統(tǒng),，首先是建立在quan球的低壓配電電網(wǎng)存在較大差異的條件下進行的。如圖1所示,，從電網(wǎng)的基礎(chǔ)來看,，電壓和頻率存在較大的差異，而更大的差異來自家庭的三相到戶的情況,、家庭總的功率容量和電能質(zhì)量這些較為細節(jié)的點,。
其實正是有著這個大背景，既造成了后續(xù)的充電標準的差異,，也造成了迫切融合的需求發(fā)生,，如果按照普通電氣來開發(fā)車輛的交流充電/直流系統(tǒng)是完成不可接受的，如果造成過大的差異,，就會造成車輛在quan球不同地區(qū)不同版本,，整個成本一下子就上去不少。
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圖1 quan球低壓配電電壓頻率2)電動汽車充電標準系統(tǒng)
電動汽車汽車充電系統(tǒng)標準有以下幾個標委會牽頭：
A)IEC TC 23 電動委員會
電氣附件 Electricalaccessories SC 23H 工業(yè)插頭插座Industrial plugs and socket-outlets
B)IEC TC69電動委員會
電動道路車輛及電動工業(yè)貨車技術(shù)委員會 Electric road vehicles and electric industrialtrucks
C)ISO的TC22 電氣電子設(shè)備 Electrical and electronic equipment
產(chǎn)業(yè)在電氣化的過程中,，畢竟由歐洲(德國為主),、美國、日本和中國這幾個國家的汽車公司所主導(dǎo),，所以目前電動汽車供電設(shè)備(EVSE)與電動汽車之間的互聯(lián),，主要由這幾個標準來界定,。在這些關(guān)鍵的標準里面,，基本上中國都派出了人員參與，擔任一定的職責,。
圖2 電動乘用車相關(guān)充電標準
2.1IEC TC69 分標委
該標委會主要是協(xié)調(diào)車輛和電氣之間的內(nèi)容,，偏向于系統(tǒng)層面的內(nèi)容。下面的標準,，又可以細分成三個部分
2.1.1常規(guī)充電要求
主要用來界定一些基本要求：
IEC61851‐1: 充電系統(tǒng)總體要求
IEC61851‐21‐1: 充電系統(tǒng) 車載充電機EMC要求
IEC61851‐21‐2: 充電系統(tǒng) 非車載充電系統(tǒng)EMC要求
IEC61851‐23: 直流充電樁
IEC61851:24:直流充電通信要求
2.1.2無線充電標準
無線標準,，這將是下一波充電和交互的主要形態(tài)，這個工作主要由TC69分標委負責,。
IEC61980‐1: 無線充電基本要求
IEC61980‐2: 無線充電通信
IEC61980‐3: 特殊要求
2.1.3V2G標準
這個部分是涉及到我們要講的電網(wǎng)與電動汽車網(wǎng)絡(luò)通信的要求,，由于車輛的電池的壽命實際情況，還遠一些,。
ISO 15118‐1: V2G基本信息
ISO 15118‐2: V2G拓撲和OSI層
ISO 15118‐3: V2G物理&數(shù)據(jù)鏈路層
ISO 15118‐4 Ed.1: V2G網(wǎng)絡(luò)和拓撲
ISO 15118‐5 Ed.1: V2G物理&數(shù)據(jù)鏈路層測試
ISO 15118‐6 Ed. 1.0: V2G 無線充電
2.1.4 安全標準
最后為核心的安全標準是TC22分標委下面的ISO/IEC 17409安全要求,。
2.2IEC SC23H 分標委
該分標委主要是處理接頭的，下面界定充電接口的物理性狀的要求，如表1所示,，這是導(dǎo)致quan球不同充電接口不一樣的那部分,。不過也是由于本身的局部電網(wǎng)的差異造成了一定差異性。
IEC62196‐1: 插頭插座基本要求
IEC62196‐2: 交流尺寸和互換性要求,，主要包含Type1(美國,、加拿大、韓國,、日本,、澳大利亞等地)、Type2(歐盟)和中國標準三種,。
IEC62196‐3+62196‐3‐1: 直流尺寸和互換性要求,，包含在Type1
和Type2上演進的Combo1&2系統(tǒng)和中國直流充電接口和CHAdeMO四種類型，其中前兩者使用的控制邏輯都是一樣的基于PLC的,，而后兩個都是基于CAN協(xié)議的,。
表1 電動汽車車端充電插座概覽
這里需要說明的是，如前所述,，歐洲特別是德國有三相電的充電訴求,，使得該接口很復(fù)雜，有好幾種配置,，單相交流,、三相交流、低功率直流和中等功率直流,，特斯拉在歐洲和現(xiàn)在中國使用的直流充電配置,，就是如圖3的最右邊的連接方式。
圖3 Type2 的不同配置
在美國,，SAE汽車工程協(xié)會制定了SAE的相關(guān)標準,，大部分是與以上的IEC/ISO標準兼容的，不過具備更多的實踐意味,。
1.SAEJ1772 對應(yīng)IEC61851,，順帶定義了IEC62196的所有內(nèi)容
2.SAEJ 2847 J2931 直流充電消息、通信和拓撲
3.SAE J2836 USER CASE
4.SAE J2953 電動汽車和充電設(shè)施互通性
5.SAE J2894/2 充電設(shè)備電能質(zhì)量/測試辦法
6.SAEJ2954 無線充電
3)中國充電標準
中國的充電標準體系如下:
3.1已有的充電標準
1.GB/T 18487.1-2015 電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 一般要求
2.GB/T 18487.2-2017電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)
電動車輛與交流/直流電源的連接要求：
3.GB/T 18487.3-2001 電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 電動車輛交流/直流充電機(站)
4.GB/T 20234.1-2015 電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第1部分:通用要求
5.GB/T 20234.2-2015 電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第2部分:交流充電接口
6.GB/T 20234.3-2015 電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第3部分:直流充電接口
7.GB/T 27930-2020電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議
8.QCT 895-2011 電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機
3.2電網(wǎng)對充電設(shè)施的要求
1.GB/T 29316-2012 電動汽車充換電設(shè)施電能質(zhì)量技術(shù)要求
2.GB/T 29317-2012 電動汽車充換電設(shè)施術(shù)語
3.GB/T 28569-2012 電動汽車交流充電樁電能計量
4.GB/T 29318-2012 電動汽車非車載充電機電能計量
3.3在進行中的相關(guān)要求
1.電動汽車充電線纜盒通用要求
2.電動汽車無線充電系統(tǒng)通用要求
3.電動汽車充電連接裝置檢驗試驗規(guī)范車輛側(cè)
4.電動汽車智能車載終端車與充換電設(shè)施互動控制技術(shù)條件
這里重點談一談,，當前的一些問題,。充電這個事情，其實是屬于汽車標委會和電力標委會乃至電工標委會綜合的那塊,，里面包含了低壓配電,、電能質(zhì)量、車輛控制,、電氣連接等要求,。這個事情和傳統(tǒng)的車主導(dǎo)或者是電力企業(yè)主導(dǎo)都不一樣,，兩邊坐一塊你覺得會怎么樣？輕易是不會出結(jié)果的,，兩邊都需要拿出證據(jù),、數(shù)據(jù)乃至測試結(jié)果，還有標委會下面的相關(guān)單位也得提意見,，這活一點都不好干,。
這次修訂的20234.1.2.3，主要是接口方面,，主要是對電子suo位置,、引腳尺寸、干涉情況做個系統(tǒng)性的修正,，如圖4所示
圖4 引腳和干涉問題
4)直流充電的安全性問題
直流充電這個事情安全性很重要,，要基本考慮以下的問題：
1. 絕緣失效 水、塵,、對地絕緣退化,、機械損壞
2. 帶電部件直接接觸 基本保護失效(外殼、機械損壞,、絕緣)
3. 過高電壓
1. 外部(電網(wǎng)) 閃變 和內(nèi)部開關(guān)切換
2. 內(nèi)部(系統(tǒng)) 轉(zhuǎn)換器,、控制失效和通信失效
4. 過流 轉(zhuǎn)換器|控制|通信失效
5. 短路 水、塵,、 絕緣失效,、電子失效、機械損壞
6. 意外反向能流 轉(zhuǎn)換器|控制|通信失效
7. 交流保護設(shè)備斷開 交直流電路意外連接,、控制通信失效
8. 插頭|插座上意外高電壓
斷開設(shè)備失效,、
電子失效和帶載斷開
9. 過溫 塵土、連接性能衰退,、未完成插合和過流
10. 熱斷開 suo止|控制|通信失效
11. PE失效 機械損壞
在美國,，即使在標準里面規(guī)定了很多措施，車廠拼命在努力保證安全,，美國道路安全局NHTSA在評估這塊的的實驗的里面,，對直流充電系統(tǒng)也做了更多的故障注入試驗，有了系統(tǒng)層面的通盤的考慮,，對各種各樣可能發(fā)生的問題去考慮。高壓系統(tǒng)：對于高壓系統(tǒng)的一些問題,，即使車輛做的很高,，如果直流充電樁有各種問題，不受控整車需要有個正確的反應(yīng),。
* DC Bus Short Test
* DC Bus Held High Test
* Overcharge Test
* Charge Connector HV Connection
Disturbance
控制系統(tǒng)：整車的12V系統(tǒng),，甚至是連接的信號系統(tǒng)受到各種各樣的干擾和問題,。
* Ground Fault Test
* Chassis Ground Offset Test
* 12V System Under voltage Test
* 12V System Disturbance Test
* 12V System EMI/EMC Test
* BMS Internal Fault Detection
* System Overvoltage Test (12V Board Net)
* Charge Operation Disturbance Test
* Charge Connector Control Signal
Disturbance Test
* Charge Connector Field Ground
Connection Disturbance
其他：各種各樣奇葩的系統(tǒng)問題。
* Vehicle Crash or Bump Test
* Vehicle Movement Test
* Visual Inspection of Charge Port
* Cooling Heating System
摘取幾個很有趣的實驗結(jié)果：
a)冷卻液給鉗住了
45A充電電流,，從40degC開始(通過反復(fù)的加速和制動能量回收,，將電池系統(tǒng)的溫度提升上去)，限制冷卻液流動,，溫度上升到42.5degC,。
b)過壓10%
輸出電壓由于是和電池系統(tǒng)相等的，充電樁如果在設(shè)置上出錯,，設(shè)置升到比較高電壓,，是需要等SOC高到一定程度的，電壓沒有那么容易上去,，當SOC比較高的時候,，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)這個問題，有一段恒壓之后的上升,，系統(tǒng)分析SOC和輸出電壓,，然后切斷了系統(tǒng)。
c)接口的斷開
從分斷盒里面,，將正極,、負極切斷。
d)總線短路
充電機沒有啟動起來,，車也沒有要求輸出電壓,，車載系統(tǒng)是先檢測輸入電壓的情況來判斷要不要給充電。
5)充電兼容性測試
我接觸充電的事務(wù)五年多,，這是一回要做測試,，所以還是要竭力給宣傳一下，這次不管怎么樣,，總歸是對的,。電動汽車充電接口及通訊協(xié)議標準GB/T18487.1、GB/T20234,、GB/T27930已完成送審稿,，國家標準《電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范》、《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議一致性測試》已完成征求意見稿,，為驗證標準開展電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試活動,，現(xiàn)將有關(guān)事項通知如下：
目的：統(tǒng)一測試程序，驗證測試內(nèi)容,；統(tǒng)一測試平臺,，驗證電動汽車和充電設(shè)施；開展實驗室測試與電動汽車和充電設(shè)施實際充電測試結(jié)果對比,，驗證標準,。
測試過程
1.di一階段：測試準備,。選定測試實驗室，統(tǒng)一測試程序及測試平臺,，成立測試專家組,。
2.第二階段：產(chǎn)品測試
3.第三階段：實車實樁驗證。
整個測試系統(tǒng)主要還是用分斷盒來測試的如下四部分：
1. 直流充電樁測試：連接確認測試,、自檢階段測試,、充電準備就緒測試、充電階段測試,、正常充電結(jié)束測試,、充電連接、控制時序測試,、通信中斷測試,、開關(guān)S斷開測試、車輛接口斷開測試,、絕緣故障測試,、PE斷針測試、其他充電故障,、輸出電壓控制誤差測試,、輸出電流控制誤差測試、輸出電流控制時間測試,、輸出電流停止速率測試,、反灌沖擊電流測試、CAN通信干擾測試,、控制導(dǎo)引電阻值測試,。
2. 交流充電樁測試：連接確認測試、充電準備就緒測試,、啟動及充電階段測試,、正常充電結(jié)束測試、充電連接控制時序測試,、斷開開關(guān)S3測試,、CC中斷測試、CC接地測試,、CP中斷測試,、CP接地測試、CP斷電測試,、PE斷針測試,、失電狀態(tài)測試、輸出過流測試,、PWM中斷測試,、PWM自恢復(fù)測試、PWM占空比變化和電流測試,、占空比超限測試,、PWM頻率超限測試、CP回路電阻測試,、CC回路電阻測試,。
3. 電動汽車直流充電測試：連接確認測試、自檢階段測試,、充電準備就緒測試,、充電階段測試、正常充電結(jié)束測試,、充電連接控制時序測試,、通信中斷測試、開關(guān)S斷開測試,、車輛接口斷開測試,、絕緣故障測試、PE斷針測試,、其他充電故障測試,、輸出電壓控制誤差測試、輸出電流控制誤差測試,、輸出電流控制時間測試,、輸出電流停止速率測試、反灌沖擊電流測試,、CAN通信干擾測試,、控制導(dǎo)引電阻測試。
4. 電動汽車直流充電測試：連接確認測試,、充電準備就緒測試,、啟動及充電階段測試、正常充電結(jié)束測試,、充電連接控制時序測試,、斷開開關(guān)S3測試、CC中斷測試,、CC接地測試,、CP中斷測試、CP接地測試,、CP斷電測試,、PE斷針測試、失電狀態(tài)測試,、輸出過流測試,、PWM中斷測試,、PWM自恢復(fù)測試、PWM占空比變化和電流測試,、PWM占空比超限測試,、PWM頻率超限測試、CP回路電阻測試,、CC回路電阻測試,。
對比一下SAE J2953 電動汽車和充電設(shè)施互通性測試，這個測試偏向于驗證這些產(chǎn)品行不行,，而不是驗證互相的兼容性,，所以對CP信號的規(guī)格完*全沒怎么做過多測試，對比一下下面的J2953做出來的測試報告,，側(cè)重點差距有些大,。
不管怎么說，用試驗來驗證規(guī)范,，這真是可喜的一大步了,。
圖5 互通性測試報告