本文將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)(SAE)標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織(ESO)標(biāo)準(zhǔn)、全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(NTCAS)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，分析電動(dòng)汽車(chē)充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的建立。

一、電動(dòng)汽車(chē)的主要標(biāo)準(zhǔn)化組織

與電動(dòng)汽車(chē)充電有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)可分為3個(gè)部分：電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施(元件)標(biāo)準(zhǔn)、電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)。在電動(dòng)汽車(chē)充電元件標(biāo)準(zhǔn)化中，ISO主要致力于將電動(dòng)汽車(chē)作為一個(gè)整體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，其他的標(biāo)準(zhǔn)則在組件級(jí)別上進(jìn)行規(guī)范。電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是處理電動(dòng)汽車(chē)充電/放電的，充電/放電過(guò)程中，電動(dòng)汽車(chē)在電網(wǎng)中就像分布式能源。電網(wǎng)整合標(biāo)準(zhǔn)制定有兩個(gè)主要的參與組織，即電氣工程師協(xié)會(huì)(IEEE)和保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)。電動(dòng)汽車(chē)充電和電網(wǎng)整合的安全標(biāo)準(zhǔn)，主要參照美國(guó)消防協(xié)會(huì)(NFPA)和電氣規(guī)程(NEC)這些組織機(jī)構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)。

制定電動(dòng)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)最多的3個(gè)組織是美國(guó)SAE、歐洲ESO以及中國(guó)的NTCAS。SAE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)有9000多名工程師參與標(biāo)準(zhǔn)修訂和維護(hù)，共制定了81項(xiàng)汽車(chē)電氣化標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)定義了有關(guān)電動(dòng)汽車(chē)的術(shù)語(yǔ)，如電動(dòng)汽車(chē)安全性、電動(dòng)汽車(chē)通信、電池、電動(dòng)汽車(chē)充電、電動(dòng)汽車(chē)電磁兼容性、電源質(zhì)量、額定功率和連接器的協(xié)議。ESO制定了在歐洲實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)，其已建立了95個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其中包含了電動(dòng)汽車(chē)和相關(guān)系統(tǒng)的所有特征。中國(guó)NTCAS已經(jīng)為所有類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)建立了GB和QGDW標(biāo)準(zhǔn)，已發(fā)布和正在準(zhǔn)備的標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)為79個(gè)。

二、電動(dòng)汽車(chē)術(shù)語(yǔ)和詞匯標(biāo)準(zhǔn)

1. 電動(dòng)汽車(chē)術(shù)語(yǔ)



電動(dòng)汽車(chē)主要有5種類(lèi)型(如下所說(shuō)明和圖1所示)，需要充換電的有電池電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)。



在本文中，引自標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語(yǔ)有：

(1)供應(yīng)設(shè)備(EVSE)是指“充換電站”的基礎(chǔ)設(shè)施，用于將電能從電源傳遞到電動(dòng)汽車(chē)充電器，EVSE也稱(chēng)為充電點(diǎn)，它將電源線、連接器和接口整合到市電中，從而為電動(dòng)汽車(chē)電池提供能量。EVSE和市電之間的接口將直接“硬連線”到控制設(shè)備或插頭和插座。

(2)可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)(RESS)是指任何具有充放電能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)，如電池、電容器等。

(3)插頭、插座、車(chē)輛插孔、車(chē)輛連接器、車(chē)輛耦合器等術(shù)語(yǔ)，見(jiàn)圖2所示。



2. 電動(dòng)汽車(chē)充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)

不同組織的充電標(biāo)準(zhǔn)主要集中在傳導(dǎo)充電方法上，感應(yīng)充電或無(wú)線充電和電池交換技術(shù)，圖3顯示了主要標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的電動(dòng)汽車(chē)充電標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量。



⑴IEC充換電標(biāo)準(zhǔn)

IEC61851-1-2017第1部分，規(guī)定了電動(dòng)車(chē)輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的一般要求，適用電動(dòng)道路運(yùn)輸車(chē)輛(EV)和插電式混合動(dòng)力車(chē)輛(PHEV)的車(chē)載充電設(shè)備。充換電設(shè)備供電和輸出額定電壓輸出范圍為高達(dá)1000V的AC電源和1500V的直流電源。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的方面包括：①供應(yīng)設(shè)備(EVSE)的特性和運(yùn)行條件；②供應(yīng)設(shè)備與電動(dòng)汽車(chē)之間的連接規(guī)范；③供應(yīng)設(shè)備的電氣安全要求。

IEC61851-21-1:2017電動(dòng)車(chē)輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第21-1部分規(guī)定了電動(dòng)車(chē)輛傳導(dǎo)車(chē)載充電器連接交流/直流電源的EMC要求。IEC61851-21-1:2018電動(dòng)車(chē)輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第21-2部分規(guī)定了電動(dòng)車(chē)輛傳導(dǎo)非車(chē)載充電器連接交流/直流電源的EMC要求。

IEC61851-23:2014給出了DC快速充電裝置和EV之間的控制和通信連接要求，不適用于無(wú)軌電車(chē)、鐵路車(chē)輛、工業(yè)用卡車(chē)以及主要設(shè)計(jì)用于越野車(chē)的車(chē)輛。IEC61851-24:2014電動(dòng)車(chē)輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第24部分規(guī)定了電動(dòng)車(chē)輛直流充電站和電動(dòng)車(chē)輛之間為進(jìn)行直流充電控制而發(fā)生的數(shù)字通信要求。

IEC61980-1-2015電動(dòng)車(chē)輛無(wú)線功率傳輸(WPT)系統(tǒng)第1部分給出了一般要求。IECTS61980-2:2019電動(dòng)車(chē)輛無(wú)線功率傳輸(WPT)系統(tǒng)第2部分給出了電動(dòng)道路車(chē)輛(EV)和基礎(chǔ)設(shè)施之間通信的特殊要求。IECTS61980-3:2019電動(dòng)車(chē)輛無(wú)線功率傳輸(WPT)系統(tǒng)第3部分規(guī)定了磁場(chǎng)無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)的特殊要求。

IECTS62840-1:2016電動(dòng)汽車(chē)電池交換系統(tǒng)第1部分規(guī)定了換電總則和指南。IEC62840-2:2016電動(dòng)汽車(chē)電池交換系統(tǒng)第2部分規(guī)定了換電安全要求。

IEC62196-1和IEC62196-2定義了用于為電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電的插頭和插座，解決全球區(qū)域企業(yè)單獨(dú)開(kāi)發(fā)不兼容的問(wèn)題，規(guī)范了不同電力基礎(chǔ)設(shè)施使用的插頭和插座。IEC62196-1：2014規(guī)定了插頭、插座、車(chē)輛連接器和車(chē)輛插孔的一般要求，充電時(shí)額定工作電壓不超過(guò)500V/AC，額定電流不超過(guò)63A三相、73A單相，電源頻率為50～60Hz。而IEC62196-2標(biāo)準(zhǔn)化了3種類(lèi)型的連接系統(tǒng)，稱(chēng)為類(lèi)型1、2和3。IECTS62196-3-1：2020規(guī)定了用于直流充電的插頭、插座、車(chē)輛連接器和車(chē)輛插孔，額定工作電壓不超過(guò)1500V/DC且額定電流不超過(guò)250A，以及額定電壓不超過(guò)1000V/AC且額定電流不超過(guò)250A，采用熱傳感。見(jiàn)表2，各種插頭插座、車(chē)輛耦合器的類(lèi)型匯總。

這些標(biāo)準(zhǔn)都是基于IEC61851-1，IEC61851-1定義了3種電纜和插接設(shè)置，可用于為EV充電：情況A，其中電纜永久連接到EV;情況B，其中電纜未永久連接到任何內(nèi)容;情況C，其中電纜永久連接到充電站，見(jiàn)表3。這些標(biāo)準(zhǔn)基于IEC61851-1，它定義了從電源為EV充電的4種模式。模式1到3允許電動(dòng)汽車(chē)直接連接到電源，在3～10h內(nèi)充滿電。模式4可以在10min內(nèi)為電動(dòng)汽車(chē)充滿電量，但由于它使用離網(wǎng)電池，因此實(shí)現(xiàn)成本是最昂貴的。IEC62196-1標(biāo)準(zhǔn)適用于所有這4種模式(見(jiàn)表4)，而IEC62196-2適用于模式1到3。IEC62196-3將模式4直流充電標(biāo)準(zhǔn)化，并使用IEC62893規(guī)定直流電纜連接。



注明：類(lèi)型1-充電器和RESS不能從車(chē)輛上拆下，無(wú)法從車(chē)輛上斷開(kāi)電氣連接。

類(lèi)型2-RESS不能從車(chē)上拆卸，充電器可從車(chē)輛上拆卸。RESS在電氣上無(wú)法從車(chē)輛上斷開(kāi)，但充電器在電氣上可以從車(chē)輛上斷開(kāi)。類(lèi)型3-充電器和RESS可以從車(chē)輛上拆卸，并且都可以從車(chē)輛上斷開(kāi)。

L1-電源1；N-中性；PE-保護(hù)接地；CP-控制導(dǎo)向；CS-連接開(kāi)關(guān)；DC(+)-直流電源正；DC(+)-直流電源負(fù)；IM-絕緣監(jiān)視；COM-通訊；CC-連接確認(rèn)；A+-低壓輔助電源正；A-低壓輔助電源負(fù)；S+-充電通訊CAN-H；S--充電通訊CAN-L；E-接地。

大功率配置ac.ac-指提供單獨(dú)的交流低功率接口和交流高功率接口。大功率配置ac.dc-指提供單獨(dú)的交流低功率接口和直流高功率接口。





⑵SAE充換電標(biāo)準(zhǔn)

SAEJ1772標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的傳導(dǎo)充電要求，涵蓋了對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)實(shí)現(xiàn)充電的物理、電氣、功能和性能一般要求，定義了通用電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)與供應(yīng)設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)電充電的方法，包括操作要求以及車(chē)輛插孔和配對(duì)連接器的功能和尺寸要求。而SAEJ1773確立了在相同地理區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)感應(yīng)充電的最低接口兼容性要求。SAEJ2954標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)輕型插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)線功率傳輸和對(duì)準(zhǔn)方法編制的，該規(guī)范定義了互操作性、電磁兼容性、電動(dòng)場(chǎng)、最低性能、安全性以及對(duì)輕型電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行無(wú)線充電測(cè)試的可接受標(biāo)準(zhǔn)，支持家庭(專(zhuān)用)充電和公共無(wú)線充電。

SAEJ1772-2017中明確了AC充電和DC充電水平，如表5所示。


⑶中國(guó)充換電標(biāo)準(zhǔn)

GB/T20234.1,2,3-2011由三部分組成，形式接近于IEC62196-1,2,3，解決了中國(guó)國(guó)內(nèi)不同地區(qū)，不同電網(wǎng)公司，充電接口不統(tǒng)一的問(wèn)題。在中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20234.3中定義的直流充電電壓和電流分別是750V和250A，充電功率可以達(dá)到150kW以上，相比目前日本電動(dòng)汽車(chē)快速充電器協(xié)會(huì)CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)中60kW的功率要高出一倍，所以在連接器設(shè)計(jì)中考慮到電氣間隙及爬電距離的影響，結(jié)構(gòu)尺寸有很大的不同，目前主要用于城市純電動(dòng)公交大巴的電能補(bǔ)充。國(guó)家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)（Q/GDW）制定的電動(dòng)汽車(chē)充換電標(biāo)準(zhǔn)也被積極采納。

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)(CEC)最近批準(zhǔn)并發(fā)布了一套電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T38775.1電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)第1部分：一般要求、GB/T38775.2電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)第2部分：車(chē)載充電器與充電設(shè)備之間的通信、GB/T38775.3電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)第3部分：特殊要求、GB/T38775.4電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)第4部分：電磁環(huán)境限值和測(cè)試方法，并與發(fā)布的其他國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)SAEJ2954、ISO19363，IEC61980保持一致。無(wú)線充電使充電過(guò)程就像停車(chē)和走開(kāi)一樣簡(jiǎn)單，對(duì)于未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的自動(dòng)充電至關(guān)重要。

表6對(duì)IEC、SAE和NTCAS組織定義的充換電標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了歸納，分為系統(tǒng)、接口、無(wú)線傳輸、換電4個(gè)方面。



3. 充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施

一般情況下能提供給電動(dòng)汽車(chē)的充電率從15kW到100kW不等，具體取決于尺寸、用途和所需的性能，而電池組容量為5~40kWh，總電壓為300~500V。具體充電插頭插座、車(chē)輛耦合器、充電模式選擇、與電網(wǎng)連接方式，前面部分已經(jīng)闡述。中國(guó)制定的充換電標(biāo)準(zhǔn)與ISO、IEC以及SAE標(biāo)準(zhǔn)相似。奧迪、寶馬、戴姆勒、福特、通用汽車(chē)、保時(shí)捷和大眾7家車(chē)企已就綜合式傳導(dǎo)充電連接方式達(dá)成一致，只需要在車(chē)輛上使用一個(gè)充電接口即可讓客戶使用所有現(xiàn)有的充電系統(tǒng)進(jìn)行充電，如單相AC充電、快速三相AC充電、快速DC充電。這使得7家車(chē)企生產(chǎn)得電動(dòng)汽車(chē)可以共享相同的快速充電站，充電標(biāo)準(zhǔn)兼容SAEJ1772連接器標(biāo)準(zhǔn)和IEC62196類(lèi)型2。

充電基礎(chǔ)設(shè)施可分為住宅和非住宅類(lèi)型，可以慢充電（AC水平1和2）以及快速充電（AC水平3和直流水平），快速充電指要求在1h內(nèi)完成充電。住宅、路邊、工作場(chǎng)所等位置采用交流慢速充電非常理想，而車(chē)輛停頓時(shí)間少于2h的地方(如商業(yè)綜合體，高速公路等)則采用快速充電是更合適的選擇。公交車(chē)需要在場(chǎng)站進(jìn)行強(qiáng)制充電，而充電站大多是快速充電(包括交流電和直流電)。

當(dāng)前，許多制造商正在努力建議結(jié)束電纜和插座的傳導(dǎo)充電方式，推廣電動(dòng)汽車(chē)的非接觸式充電系統(tǒng)。將無(wú)線充電設(shè)施安裝集成在道路的瀝青中，也可以連接到路旁的停車(chē)位。停在無(wú)線充電設(shè)施上方的車(chē)輛電池的充電將通過(guò)感應(yīng)無(wú)線方式完成。該技術(shù)基于感應(yīng)充電，涉及通過(guò)兩個(gè)電磁線圈之間的氣隙傳輸電能。次級(jí)線圈應(yīng)用于正常充電器，用AC水平1和2。

很多政府已將電池更換作為一種機(jī)制給予重要考慮，以緩解電動(dòng)汽車(chē)成本和電動(dòng)汽車(chē)面臨的里程焦慮問(wèn)題。電池交換的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是電池更換可在5～15min內(nèi)完成，電動(dòng)汽車(chē)的能量補(bǔ)充時(shí)間大大縮短。電池更換模式可降低電動(dòng)汽車(chē)的前期成本，采取租賃電池方式進(jìn)行營(yíng)銷(xiāo)。2020年中國(guó)政府出臺(tái)的新能源汽車(chē)補(bǔ)貼最新政策中，為鼓勵(lì)“換電”等新型商業(yè)模式創(chuàng)新發(fā)展，對(duì)采取“換電”模式的新能源汽車(chē)產(chǎn)品不執(zhí)行30萬(wàn)元限價(jià)要求。