基于互联互通的电动汽车充电设施标准优化设计

作为服务电动汽车发展的基础性设施，充电设施是电动汽车规模化应用的重要保障。按照系统、通用、高效和兼容的设计思路和原则，通过研究充电接口、通信协议及充电系统的关键技术，结合充电设施建设运行的实践经验，在物理尺寸、电气性能、防护等级和主动监测等方面对原有标准进行优化设计，极大提升了充换电设施的安全性、兼容性和可靠性。新标准为充电设施建设运营提供了技术保障，已全面应用于国内充换电设施产业，助力充电基础设施互联互通。

引言

电动汽车是我国战略性新兴产业，对提高我国能源安全、应对气候变化、改善环境保护起着重要作用。我国高度重视电动汽车产业发展，习近平总书记指出“发展新能源汽车是迈向汽车强国的必由之路”。近年来，党中央国务院不断加大对电动汽车及充电基础设施的政策支持，从顶层设计、政策支持等方面进行规划部署，电动汽车及充电基础设施正迎来快速发展的时期。

发展电动汽车是实施能源安全战略、推动低碳经济转型、推进生态文明建设的有效途径。充换电设施建设运营规模化、标准化、高效化，是电动汽车推广应用的可靠保障和重要基础。行业发展初期，充换电设施产品不成熟、充电流程不统一、充电接口不兼容，严重制约了充换电设施标准化推广、规模化发展、高效化运行，阻碍了电动汽车产业发展，亟须建立内容完备、技术先进的全方位系统化标准体系。

电动汽车传导充电接口及通信协议标准是保证电动汽车和充电基础设施互联互通的基础性标准，原标准在国内实施多年，基本满足电动汽车充电功能需求，但随着电动汽车普及和充电需求的快速增长，原标准不能完全适应。修订是在原有版本的基础上补充、完善和更新，参考了最新国际标准，与充电装置产品研发和生产紧密结合，新标准于2015年12月28日发布，主要涉及GB/T18487.1—2015《电动汽车传导充电系统第1部分通用要求》、GB/T20234—2015(所有部分)《电动汽车传导充电连接装置》、GB/T27930—2015《电动汽车非车载传导充电机和电池管理系统之间的通信协议》。

1 电动汽车充电设施标准化

1.1 国外充电设施标准化情况

电动汽车充换电设施相关国际标准主要由IEC/TC69和IEC/SC23H负责制定。目前，电动汽车充电系统标准IEC 61851系列由TC69/WG4、MT5负责制定和维护;充电接口标准IEC 62196系列由IEC/SC23H/MT8进行维护;通信协议ISO/IE 15118系列由ISO/IEC联合工作组JWG1负责;无线充电系统IEC 61980系列由IEC/TC69/PT61980负责制定;电池更换系统IEC 62840系列由IEC/TC69/PT62840负责制定。

欧洲电工标准化委员会CENELEC制定的欧洲标准(EN)和协调性文件(HD)，其成员国必须执行，同时必须撤销与之对立的标准。德国的DIN负责德国标准的管理，而德国汽车工业协会(VDA)与德国电工委员会(DKE)分别在技术层面负责电动车辆与充电设施相关标准的修订工作。美国的SAE主要负责美国汽车及充电接口相关标准的编制和发布，NEMA负责美国设施类标准及通信协议的编制。成立于2010年的CHAdeMO组织，主要由日本丰田、三菱、东京电力等企业联合发起，主要关注直流快充接口及直流充电机的标准，也是现在全球范围得到应用最广的标准体系之一。

1.2 国内充电设施标准化情况

电动汽车相关国家和行业标准主要由挂靠在中国汽车研究中心(CATRC)的国家车辆标准化委员会电动汽车分委会(SAC TC114/SC27)牵头，并负责与IEC TC69的对口工作;挂靠在中国电力企业联合会(CEC)能源行业电动汽车充电设施标准化技术委员会(NEA TC3)则负责充电设施方面标准的技术归口工作。在零部件方面，缆上控制与保护装置由挂靠在上海电器科学研究院(SEARI)的国家低压电器标委会(SAC TC189)负责;充电电缆由挂靠在上海电缆研究所(SECRI)的国家电线和电缆标委会(SAC TC213)负责;充电连接器由挂靠在中国电器院(CEI)的国家电器附件标委会(SAC TC67)负责，并负责与IEC SC23H的对口工作。

1.3 国内外充电设施标准比对

在交流充电接口标准方面，北美和日本采用单相交流充电接口TYPE1;欧洲采用三相交流充电接口TYPE2;而法国和意大利等国提出TYPE3。中国的交流接口标准与TYPE2接近，但在具体结构、尺寸及锁止方式有较大的区别，无法直接对接，但其导引控制电路原理基本兼容。

在直流充电标准方面，欧美普遍采用交直流一体的组合式充电接口(COMBO)，其中，北美普遍采用是以TYPE1为基础的TYPE1 COMBO，欧洲则是TYPE2 COMBO。欧美直流充电通信均采用了基于HOME PLUG GREENPHY技术的宽带PLC通信解决方案。日本采用的则是基于CAN通信的CHAdeMO充电接口。与欧美国家相比中国则采用了自己的直流充电解决方案，其解决方案与日本类似，中国的直流充电方案也是基于CAN通信的方案，但是无论是连接器的物理设计还是通信规约均与欧美和日本的方案完全不同，无法直接兼容。

在无线充电技术方面，欧美国家已经在IEC内主导了标准体系的话语权，相应的IEC 61980标准已部分发布。中国的无线充电技术尚处于起步阶段，目前为数不多的几家公司和研究机构介入这一领域，相关中国标准已经立项。

在电池更换技术方面，电池更换技术最早由以色列BETTER PLACE公司在以色列、荷兰等国家投入应用，但在标准化方面一直存在很大的阻力。在中国和以色列共同努力下，电池更换技术在IEC标准立项方面获得了突破，并于2012年在IEC/TC69建立了电池更换的项目组PT 62840。目前已发布IEC 62840-1《电动汽车电池更换系统第1部分通用要求》，使得中国在这一标准技术领域占据了主导权。

2 电动汽车充电设施互联互通

2.1 充电设施互联互通的含义

充电设施之间的互联互通涉及三个层面问题：一是电动汽车和充电设施的匹配，新国标规定的充电接口及通信协议解决的就是这个问题;二是信息的互联互通，解决的是不同运营商之间的信息传递问题，旨在打破信息孤岛;三是支付的互联互通，解决不同运营商之间身份识别的问题。

综上，充电接口和通信协议是整个电动汽车充电设施互联互通的基础和核心，只有电动汽车和充电设施能够互联，信息和支付才能互通。

2.2 充电设施互联互通基础标准

接口标准规定了充电接口的额定值、技术要求、试验方法和检验规则，同时规定了交流充电接口尺寸和直流充电接口尺寸。

通信标准规定了充电设备和电动汽车之间的通信协议，其中直流通信采用基于CAN的数字通信技术路线，交流通信采用PWM模拟信号。

系统标准规定了电动汽车传导充电系统分类、通信、电击防护、电动汽车和供电设备之间的连接、车辆接口和供电接口的特殊要求、供电设备结构要求、性能要求、过载保护和短路保护等。适用于为电动汽车非车载传导充电的电动汽车供电设备，包括交流充电桩、非车载充电机、电动汽车充电用连接装置等。

3 接口和通信标准优化设计

《指导意见》与《发展指南》作为我国充电基础设施产业的顶层设计，是行业的一个重要里程碑。随着顶层设计逐步落地以及进一步发挥地方政府与企业的“首创精神”，未来几年内我国有望形成系统全面、上下贯通、协同高效的充电基础设施产业政策体系，为产业持续快速发展提供强有力的政策保障。

3.1  物理尺寸优化

通过细化和补充机械锁尺寸，调整机械锁高度，增加机械锁与S3开关联动工作高度，调整插座机械锁口深度等来解决电子锁未解锁时插头可能拔出带来的风险问题。

图1 交流充电车辆接口尺寸图