充電系統(tǒng)概述

給電動汽車充電，需要將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，而且該直流電的電壓范圍應(yīng)該和電池的電壓范圍一致，電流則可大可小，大電流就充得快，小電流就充得慢。將交流電轉(zhuǎn)換為直流電就需要采用基于電力電子技術(shù)的開關(guān)電源。這種開關(guān)電源做成大功率的，充電電流大，安裝在車輛外面，就是“直流充電樁”這種充電設(shè)備，該充電設(shè)備連接電動汽車上的“快充口”; ?也可以做成小功率的車載充電機(jī)（OBC），布置在車輛里面，電網(wǎng)通過“交流充電樁”這種外置充電設(shè)備將電網(wǎng)的交流電送到車輛上的“慢充口”，車輛內(nèi)部從“慢充口”將交流電送到 OBC的輸入端。交流充電樁只是起到了監(jiān)控和計費的作用，并沒有進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換。OBC的功率大小主要有四種：基于單相220V輸入的3.3kW、6.6kW，基于三相380V輸入的11kW和22kW，其中6.6kW最主流。

按上述思路構(gòu)建了當(dāng)前主流的電動汽車充電系統(tǒng)，如圖1所示。

多數(shù)電動汽車有兩個充電口：交流充電口，俗稱慢充 ; 直流充電口，俗稱快充。電池上只有一個總正接口和總負(fù)接口，快充口和慢充口都需要通過高壓配電盒（PDU，Power Distribution Unit）轉(zhuǎn)接到銅排（電池母線）上，再接到電池的總正和總負(fù)接插件。電池需要同時連接電控、DC/DC、OBC、快充、空調(diào)、暖風(fēng)機(jī)等多種組件，PDU似乎必不可少。

圖1? 電動汽車充電系統(tǒng)最簡示意圖

圖2是充電系統(tǒng)的另外一種呈現(xiàn)。交流電從配電房引出后，可通過交流充電樁或直流充電樁，分別通過七孔國標(biāo)交流充電槍頭或九孔國標(biāo)直流充電槍頭接到車輛的慢充口或快充口。交流充電樁并沒有對電網(wǎng)的交流電進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，接到車輛內(nèi)的還是交流電，車輛內(nèi)部需要有車載充電機(jī)將交流樁轉(zhuǎn)換為直流電，再接到動力電池的母線，給動力電池充電。因為OBC的功率比較?。▏鴥?nèi)最大也就11kW，主流是6.6kW），所以將這種功率小的充電稱為"慢充”。?慢充不等于是交流充電，只是相對大功率直流充電來說，充電速度比較慢。直流充電樁也可以做成小功率的，也可以實現(xiàn)慢充，但直流充電樁在普通消費者的印象中就是充電場站里大體積的充電樁。這種大功率充電樁，我喜歡稱為“拖拉機(jī)充電樁"，工作起來像拖拉機(jī)一樣，噪聲達(dá)到了擾民的程度。

圖2? 充電系統(tǒng)示意圖

為什么需要直流充電和交流充電這樣兩套系統(tǒng)？

為什么一定要在車輛里面增加一個“開關(guān)電源”呢？

為什么不能將這“開關(guān)電源”拿出來，做成外置的小功率直流充電設(shè)備？

對這些問題的深入思考和探索就產(chǎn)生了“慢充直流化”的概念和一種全新的充電系統(tǒng)。圖3所示為兩種充電系統(tǒng)的框圖。隨著電動汽車的普及，電動汽車的保有量越來越大，電動汽車電池的能量集合起來是非常驚人的能量儲備。終極趨勢必然是，這些電動汽車的電池能量將作為儲能電池，參與電網(wǎng)的互動。交流充電樁因為不具備和電網(wǎng)及車輛的通信功能，無法實現(xiàn)這種互動。雙向的直流充電樁將是分布式充電樁的主要形態(tài)和最終的唯一形態(tài)。因此，將來的車輛只會有一個充電口，慢充口將會消失。代替交流充電樁的小功率直流充電樁將如雨后春筍一般涌現(xiàn)，并將呈現(xiàn)出非常豐富的產(chǎn)品形態(tài)。這個趨勢在逐漸演繹，要持續(xù)到2026年才能進(jìn)入拐點。如圖3所示代表了當(dāng)前和將來充電樁及車輛接口的變化。交流充電樁和直流充電樁將繼續(xù)共存達(dá)十年之久。

圖3 ? 充電系統(tǒng)的演繹趨勢：小功率直流樁代替交流充電樁

WattSaving能效電氣聯(lián)合蔚來汽車、吉利汽車、集度汽車、寶馬汽車、日產(chǎn)汽車等眾多車企，一直在引導(dǎo)這個變化趨勢，從2017年起陸續(xù)推出了業(yè)內(nèi)"第一個也是唯一一個"（First One and Only One）小功率直流充電樁系列產(chǎn)品。

充電樁的分類

標(biāo)準(zhǔn)上的分類

從大的方面，充電樁分為交流充電樁和直流充電樁。

在充電樁的通用標(biāo)準(zhǔn)《GB/T ?18487.1-2015 ，電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求》里，給出了更多維度的分類，包括：按供電設(shè)備輸入特性分為直流輸入和交流輸入，按供電設(shè)備輸出電流種類，按使用環(huán)境，按輸出電壓分類，按安裝方式，按電擊防護(hù)，按充電模式等不同分類。

在直流充電樁的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《NB/T 33001-2018 ， 電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件》中，給出了更細(xì)的分類，除通用標(biāo)準(zhǔn)的分類之外，還包括：按安裝使用場所分為工業(yè)環(huán)境和非工業(yè)環(huán)境，按使用對象分為共用型和專用型，按安裝方式分為落地式和壁掛式，按結(jié)構(gòu)形式分為一體式和分體式，按車輛插頭數(shù)量（充電槍數(shù)量）分為一機(jī)一充還是一機(jī)多充。

在小功率直流標(biāo)準(zhǔn)《NB/T 10902-2021，20kW及以下非車載充電機(jī)技術(shù)條件及安裝要求》里，增加了兩種分類：

上面提到的接入方式I、II、III也是在這個小功率直流標(biāo)準(zhǔn)里面定義的:

市場上形成的分類

從輸入是單相電還是三相電進(jìn)行區(qū)分，是一種常見的分類維度。如下的分類將更加接近我們商業(yè)上的產(chǎn)品分類：

交流充電樁

1.1 ?單相輸入的交流充電樁

1.1.1 模式二交流充電盒

A、2kW模式二交流充電盒

關(guān)于模式二的命名，我曾經(jīng)寫過一篇文章。

【UCC2000的產(chǎn)品名稱就叫直流充電槍？】充電樁-充電機(jī)-充電槍-充電盒-充電墻盒：車企對充電樁的稱謂

B、 3.5kW模式二交流充電盒

C、2kW/3.5kW兼容的模式二交流充電盒

1.1.2 ?7kW交流充電樁 ?????

1.2 ?三相輸入的交流充電樁

1.2.1 ?11kW交流充電樁

1.2.2 ?22kW交流充電樁

2. 直流充電樁

2.1 ?單相輸入的直流充電樁 （小功率直流的主要產(chǎn)品）

2.1.1 ?類模式二便攜式直流充電機(jī)

2kW便攜式直流充電機(jī)

2.1.2 ?移動式直流充電機(jī)

A、 3.5kW移動式直流充電機(jī)

B、7kW移動式直流充電機(jī)

2.1.3 ?7kW直流充電樁

2.2 三相輸入的直流充電樁

2.2.1 ?可以壁掛式安裝的直流充電樁 （也屬于小功率直流的范疇，但是小功率直流的標(biāo)準(zhǔn)，定義為20kW及以下了）

A、22kW/30kW/40kW直流充電樁

B、60kW/80kW直流充電樁

2.2.2 ?大功率落地安裝的直流充電樁

A、一體式單槍，常見功率：60kW/80kW

B、一體式雙槍，常見功率：60kW/80kW/120kW/160kW/

C、分體式，整機(jī)的常見功率：360kW/480kW

3. 雙向直流充電樁

充電樁的標(biāo)準(zhǔn)體系

目前全球共有五大電車充電標(biāo)準(zhǔn)，包括中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T、歐洲標(biāo)準(zhǔn)CCS2、美國標(biāo)準(zhǔn)CCS1、日本標(biāo)準(zhǔn)CHAdeMO和特斯拉標(biāo)準(zhǔn)NACS。CCS是美國汽車工程師協(xié)會（SAE）、歐洲汽車制造商協(xié)會（ACEA），聯(lián)合德國、美國八大汽車廠商聯(lián)合推出的標(biāo)準(zhǔn)，分為CCS1（Type 1美國標(biāo)準(zhǔn)）和CCS2（Type 2歐洲標(biāo)準(zhǔn)）。CCS1和CCS2的軟件部分是完全一樣的，只是充電槍的接口定義不一樣。NACS全稱North American Charging Standard，簡稱NACS，本質(zhì)上是特斯拉原本專屬的TPC充電規(guī)格, 2022年11月11日進(jìn)行了重新更名，當(dāng)時特斯拉在官網(wǎng)宣布開放其充電接口標(biāo)準(zhǔn)，特此更名為“北美充電標(biāo)準(zhǔn)”，大有要一統(tǒng)天下之勢。

NACC標(biāo)準(zhǔn)的接口確實小巧誘人。如下圖所示，黑色的是NACC接口，直流和交流充電是一種槍，而且比CCS小很多。

除了NACC，國標(biāo)、歐標(biāo)、美標(biāo)和日標(biāo)，直流和充電充電是兩種槍頭，但是歐標(biāo)和美標(biāo)比國標(biāo)有一個重大的好處：直流和交流的槍座可以是一樣的，交流槍頭比直流小，插到槍座的其中一部分接口中去，就實現(xiàn)了交流充電。

中國標(biāo)準(zhǔn)

和充電樁相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有三類：國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。直流充電樁的型式試驗遵循的是九大標(biāo)準(zhǔn)，包括國標(biāo)和行標(biāo)。

國家標(biāo)準(zhǔn)：

1，充電系統(tǒng)的通用標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 18487.1-2015：電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)?第 1 部分：通用要求

2，供電設(shè)備的測試標(biāo)準(zhǔn)：GBT 34657.1-2017 電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范 第1部分：供電設(shè)備

3，充電槍的通用標(biāo)準(zhǔn)：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

4，直流充電槍的標(biāo)準(zhǔn)：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

5，交流充電槍的標(biāo)準(zhǔn)：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，充電樁和BMS之間通信協(xié)議：GB/T 27930-2015：電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議

7，充滿樁和BMS之間一致性測試：GBT 34658-2017 電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議一致性測試

8，EMC標(biāo)準(zhǔn)：GB∕T 18487.2-2017 電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第2部分：非車載傳導(dǎo)供電設(shè)備電磁兼容要求

９，充電站標(biāo)準(zhǔn)：GB 50966-2014 電動汽車充電站設(shè)計規(guī)范

10，充電槍電纜標(biāo)準(zhǔn)：GBT 33594-2017 電動汽車充電用電纜

11，直流樁計量標(biāo)準(zhǔn)：JJG1149-2022，電動汽車非車載充電機(jī)檢定規(guī)程

12，交流樁計量標(biāo)準(zhǔn)：JJG1148-2022，電動汽車交流充電樁檢定規(guī)程

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

1，直流樁產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：NB/T 33001-2010：電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件

2，檢測標(biāo)準(zhǔn)：NB/T 33008.1-2013 電動汽車充電設(shè)備檢驗試驗規(guī)范 第 1 部分：非車載充電機(jī)

3，小功率直流標(biāo)準(zhǔn)：NB/T 10902-2021 20kW及以下非車載充電機(jī)技術(shù)條件及安裝要求

4，交流樁產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：NB/T 33002-2018 電動汽車交流充電樁技術(shù)條件

5，交流樁產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：NB/T33008.2-2018 電動汽車充電設(shè)備檢驗試驗規(guī)范?第2部分：交流充電樁

6，交流模式二充電盒產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：NB∕T 42077-2016 ，電動汽車模式2充電的纜上控制與保護(hù)裝置(IC-CPD)

地方標(biāo)準(zhǔn)：

１，上海市地標(biāo)：DB31T 1296-2021，電動汽車智能充電樁及互動響應(yīng)技術(shù)要求

企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

? Q/GDW 1233-201：電動汽車非車載充電機(jī)通用要求

? Q/GDW1235-2014：電動汽車非車載充電機(jī) - 通信協(xié)議

? Q/GDW1591-2014：電動汽車非車載充電機(jī)檢驗技術(shù)規(guī)范

? Q/CSG1211013-2016：電動汽車非車載充電機(jī)技術(shù)規(guī)范

? Q/CSG 1211013- 2016：電動汽車交流充電樁技術(shù)規(guī)范》

CCS標(biāo)準(zhǔn)（歐標(biāo)和美標(biāo)）

ISO15118 & CCS包含了一致性(Conformance)和互操作(Interoperability)兩部分。符合交流AC標(biāo)準(zhǔn)：IEC61851-1,SAEJ1772和GB/T18487.1-2015，符合直流DC標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61851-1,DIN 70121, ISO 15118, SAE J1772 和IEC 61851-23. WPT(wireless power transfer)無線功率傳輸，無線充電標(biāo)準(zhǔn)：JSON (SAE J2954)；

為了確保電動汽車和充電樁廠商的實施符合ISO15118及CCS標(biāo)準(zhǔn)，ISO15118 & CCS 標(biāo)準(zhǔn)組制定充電通信標(biāo)準(zhǔn)的一致性測試規(guī)范和驗證流程。ISO15118及CCS測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：

DIN 70122 直流充電數(shù)字通信的一致性試驗 ←→GB/T 34658-2017

DIN 70122 針對DIN 70121-2014標(biāo)準(zhǔn)的一致性測試規(guī)范。

ISO 15118-4 針對ISO 15118-2標(biāo)準(zhǔn)的一致性測試規(guī)范。

ISO 15118-5 針對ISO 15118-3標(biāo)準(zhǔn)的一致性測試規(guī)范。

IEC61851

涵蓋了用于為電動車輛（包括輕型電動車輛）充電的供電設(shè)備的機(jī)械、電氣、通訊、EMC和性能要求

? IEC61851-1：道路電動車輛充電系統(tǒng)第1部分：通用要求；

? IEC61851-2：道路電動車輛充電系統(tǒng)第2部分：電動車輛與交流/直流電源的連接要求；

? IEC61851-3：傳導(dǎo)充電系統(tǒng)（Part3-1：LEV充電系統(tǒng)基本要求；Part3-2：LEV直流充電樁；Part3-3：LEV換電系統(tǒng)；Part3-4：LEV通信）；【開發(fā)階段：涵蓋直流輸出不超過120V的EV供電設(shè)備，增強或雙重絕緣或III類用作防護(hù)電擊的主要手段】

? IEC61851-21-1：道路電動車輛充電系統(tǒng) 車載充電機(jī)EMC要求；

? IEC61851-21-2：道路電動車輛充電系統(tǒng) 非車載充電系統(tǒng)EMC要求；

? IEC61851-22：電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第22部分：交流電動車輛充電站；

? IEC61851-23：電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第23部分：直流電動車輛充電站；

? IEC61851-24：電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第24部分：電動汽車和充電樁之間直流充電控制數(shù)字通信

ISO 15118

電動汽車與充電設(shè)施通信，車與電網(wǎng)通信和無線充電。

? ISO 15118-1: V2G基本信息；

? ISO 15118-2: V2G拓?fù)浜蚈SI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?fù)洌?/p>

? 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

? ISO 15118-20 是ISO 15118標(biāo)準(zhǔn)系列的最新版本，是面向未來的電動汽車（EV）充電通信標(biāo)準(zhǔn)。ISO/IEC 聯(lián)合工作組于2015年底開始對其進(jìn)行開發(fā)，并專注于添加未納入 ISO 15118-2 的新功能。此外，新版本消除了在不同市場供應(yīng)商實現(xiàn) ISO 15118-2 時發(fā)現(xiàn)的限制。ISO 15118-20 旨在成為服務(wù)于所有用例的標(biāo)準(zhǔn)，以支持各種電動交通工具，無論是汽車、摩托車、卡車、公共汽車、船舶和飛機(jī)。ISO 15118-2 規(guī)定了 EV 和充電站交換的消息，以控制 AC 和 DC 充電會話。15118-20標(biāo)準(zhǔn)還支持智能充電功能和方便用戶且安全的即插即充電功能。ISO 15118-20 是 ISO 15118-2 的擴(kuò)展，它支持無線電力傳輸 (WPT)。

EC61980

ISO15118除了傳統(tǒng)傳導(dǎo)式充電外，還涉及到了V2G(向電網(wǎng)回饋電能)和無線充電部分內(nèi)容。

無線充電部門的要求為IEC61980，具體如下：

? IEC61980‐1: 無線充電基本要求；

? IEC61980‐2: 無線充電通信；

? IEC61980‐3: 特殊要求

IEC62196

IEC62196-2014等效于國標(biāo)20234標(biāo)準(zhǔn)要求，定義充電槍頭，槍座的基本要求。

? 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(biāo)準(zhǔn)三種；

? IEC62196‐3: 直流尺寸和互換性要求。

包含在Type1和Type2上演進(jìn)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；

? IEC62196-4：LEV插頭插座基本要求；

DIN70121

在聯(lián)合充電系統(tǒng)中，直流電動汽車充電站和電動汽車之間的數(shù)字通信，用于控制直流充電，即通信協(xié)議，等效于國標(biāo)GB/T 27930《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》；

日標(biāo)

接口標(biāo)準(zhǔn)：IEC 62196-3、JEVS G105、JEVS G109、IEC 60146-1-1、IEC 60146-1-2、IEC 60146-1-3、

電源標(biāo)準(zhǔn)：ISO 17409、IEC 61851-1、IEC 61851-23、IEC 61851-24

通訊標(biāo)準(zhǔn)：ISO 11898-1、ISO 11898-2、CHAdeMO 1.2、CHAdeMO 2.0、CHAdeMO 3.20

EMC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：CISPR 11、CISPR 25、CISPR 16-1-2、CISPR 16-2-3、IEC 60364-4-43、IEC 61000-3-6、IEC 61000-4-4、IEC 61000-4-5、IEC 61000-4-6、IEC 61000-4-8