吳鵬飛 劉宏駿 盧強(qiáng)

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司,北京 100070）

主題詞： 電動汽車充電 傳導(dǎo)式充電接口標(biāo)準(zhǔn) 充電兼容性

1 前言

近年，各大車企都在不斷加大電動汽車的研發(fā)和市場開拓力度，汽車電動化趨勢不可避免。然而，電動汽車在全球推廣和使用中，面臨著各國充電接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的制約，導(dǎo)致各類電動汽車在不同國家和地區(qū)間無法實(shí)現(xiàn)充電互聯(lián)互通，造成車輛開發(fā)成本的增加和各類充電設(shè)施的重復(fù)建設(shè)。因此，中、美、歐、日等國家和地區(qū)都積極促進(jìn)充電接口標(biāo)準(zhǔn)在各自國家和地區(qū)乃至全世界的統(tǒng)一[1]。梳理全球主要電動汽車充電接口標(biāo)準(zhǔn)及其發(fā)展趨勢，對于未來電動汽車的充電接口標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展具有一定參考意義。

2 全球主要電動汽車充電接口標(biāo)準(zhǔn)簡介

現(xiàn)階段，全球充電接口標(biāo)準(zhǔn)體系包括IEC標(biāo)準(zhǔn)、CCS聯(lián)合充電標(biāo)準(zhǔn)、CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)、SAE標(biāo)準(zhǔn)、GB/T標(biāo)準(zhǔn)等，以及部分車企獨(dú)立使用的充電接口標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)

IEC 62196標(biāo)準(zhǔn)系列，由國際電工委員會（IEC）牽頭制定，主要有3部分組成：IEC 62196-1：2014主要規(guī)定了一般及通用性要求；IEC 62196-2：2016主要規(guī)定了交流充電接口標(biāo)準(zhǔn)；IEC 62196-3：2014主要規(guī)定了直流和交直流接口標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 CCS聯(lián)合充電標(biāo)準(zhǔn)

“聯(lián)合充電系統(tǒng)”(Combined Charging System)，即“CCS”標(biāo)準(zhǔn)，共包含Combo 1和Combo 2兩種連接器形式，分別由SAE以及8家歐美車企制定，可同時支持電動汽車快充及慢充，其組合式直流充電接口標(biāo)準(zhǔn)被IEC采納。

2.3 日本CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)

CHAdeMO充電標(biāo)準(zhǔn)是由日本電動汽車快速充電器協(xié)會倡導(dǎo)，日產(chǎn)、豐田、斯巴魯、本田和三菱聯(lián)合制定，主旨為推進(jìn)快速充電規(guī)格在日本的統(tǒng)一，全球應(yīng)用較為廣泛。

2.4 中國GB標(biāo)準(zhǔn)

中國電動汽車充電接口相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 20234“電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置”系列，該標(biāo)準(zhǔn)是以IEC 62196標(biāo)準(zhǔn)系列為基礎(chǔ)制定，經(jīng)過2次修訂和完善，最新的充電接口國標(biāo)GB/T 20234—2015系列于2015年12月頒布，2016年1月實(shí)施，共3部分組成，形式接近于IEC 62196-1，2，3，但與IEC標(biāo)準(zhǔn)不兼容。

2.5 車企獨(dú)立充電標(biāo)準(zhǔn)

以特斯拉為代表的車企采用了獨(dú)立于各標(biāo)準(zhǔn)系列的充電接口，主要應(yīng)用于美國，可通過充電轉(zhuǎn)換接頭與IEC和CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)充電接口實(shí)現(xiàn)兼容，而出口到中國和歐盟的特斯拉車型均采用了符合當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的充電接口。

3 國內(nèi)外電動汽車充電接口標(biāo)準(zhǔn)對比分析

目前，全球電動汽車主要應(yīng)用區(qū)域分別采用了不同類型的充電接口標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

圖1 國內(nèi)外主要充電接口示意

3.1 交流充電接口標(biāo)準(zhǔn)

交流充電由于受不同國家和地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，在充電標(biāo)準(zhǔn)中對充電連接器電壓和電流的要求不盡相同[2]，且物理接口及通信協(xié)議也存在一定的差別。

3.1.1 IEC 62196-2

IEC 62196-2提出“交流針和導(dǎo)電管配件尺寸兼容性和互換性要求”，主要規(guī)定了交流充電接口標(biāo)準(zhǔn)[3]，共包含3種形式：

(1)Type1形式

Type 1引用美國汽車工程師協(xié)會SAE J1772 OCT2017標(biāo)準(zhǔn)[4]，只包含單相交流充電標(biāo)準(zhǔn)，具有120 V及240 V兩種規(guī)格，最大充電電流80 A，最大功率19.2 kW。充電接口具有電子鎖及機(jī)械鎖結(jié)構(gòu)，物理結(jié)構(gòu)上使用5針接口（圖2），因此與IEC 62196-2 Type 2及中國國標(biāo)都不兼容，主要應(yīng)用于美國、加拿大、韓國、日本、澳大利亞等地。

圖2 SAEJ1772 OCT 2017充電插頭[4]

（2）Type2形式

Type 2由德國牽頭制定，定義了480 V和70 A的最大充電電壓及充電電流，由于德國三相電使用較為普遍，因此實(shí)際使用中充電功率可以達(dá)到40 kW以上。Type 2采用內(nèi)部電子鎖機(jī)構(gòu)對車輛插頭和插座進(jìn)行鎖定，物理結(jié)構(gòu)采用7針接口（圖3），主要應(yīng)用于歐盟國家。

圖3 IEC 62192-2 Type2充電插頭[3]

（3）Type3形式

Type 3由法、意等國制定，最大充電電壓500 V，最大電流32 A，具備4針單控制引導(dǎo)以及5針雙控制引導(dǎo)2種方式，目前已基本停止使用。

3.1.2 中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20234.2

GB/T 20234.2參考了IEC 62196-2 Type 2的7針物理結(jié)構(gòu)（圖4），采用電子鎖及機(jī)械鎖兩種充電鎖止機(jī)構(gòu)[5]。雖然也定義了三相充電電壓為440 V，但因為中國私人住宅及小區(qū)能直接使用三相電的情況較少，所以實(shí)際多采用220 V單相電進(jìn)行充電。

圖4 GB/T 20234.2交流充電插頭[5]

另外，雖然GB/T 20234.2與IEC的Type2均采用7針物理結(jié)構(gòu)布局，但實(shí)際在車輛插頭端由于分別采用了不同的公針和母針插芯位置設(shè)計，且國標(biāo)充電插口采用手動按壓控制的機(jī)械鎖，充電插頭尺寸小于IEC接口尺寸，所以兩者無法直接互換使用，可采用專用轉(zhuǎn)換連接器實(shí)現(xiàn)充電。

3.2 直流充電接口標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1 CHAdeMO直流充電接口標(biāo)準(zhǔn)

主要由日本車企采用，2014年被IEC采納為快速充電國際規(guī)格。CHAdeMO 1.0最大充電電壓和電流分別為500 V、125 A，最大充電功率60 kW，采用CAN總線通信方式，接口采用10針物理連接結(jié)構(gòu)[6]（圖5）。2017年和2018年，先后發(fā)布了CHAdeMO 1.2和2.0版本標(biāo)準(zhǔn)，支持最高達(dá)200 kW及400 kW的功率充電。截止2020年2月，全球約建成2.78萬個CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)充電設(shè)備。

圖5 CHAdeMO 1.0充電插頭[8]

3.2.2 中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20234.3

GB/T 20234.3采用9針物理結(jié)構(gòu)（圖6），使用CAN總線通信協(xié)議，同時規(guī)定了充電溫度監(jiān)控、機(jī)械鎖與電子鎖聯(lián)動、過載和短路保護(hù)的安全措施，直流額定電壓不超過1 000 V，額定電流不超過250 A，理論充電功率可達(dá)250 kW[7]。截止2020年1月，采用GB/T 20234.3標(biāo)準(zhǔn)的直流充電樁約有22萬臺。

圖6 GB/T 20234.3直流充電插頭[7]

3.2.3 IEC 62196-3

IEC 62196-3提出“直流和交直流引腳與車輛耦合器導(dǎo)電管的尺寸兼容性和互換性要求”[8]，并列包含了中國GB/T 20234.3、日本CHAdeMO對于直流充電接口以及CCS中對于交直流一體充電接口標(biāo)準(zhǔn)的定義[9]。

3.3 交直流結(jié)合充電接口標(biāo)準(zhǔn)

3.3.1 Combo1充電方式

Combo 1接口標(biāo)準(zhǔn)由國際自動機(jī)工程師學(xué)會于2012年10月發(fā)布（圖7），主要在北美地區(qū)使用，具備單相交流電、三相交流電、直流充電3種組合方式。交流模式下，可兼容美日等國使用的SAEJ1772交流接口充電，直流模式下，最高電壓500 V，最大電流可達(dá)200 A，功率達(dá)到100 kW。

圖7 美國CCSCombo 1充電插頭及插座[8]

3.3.2 Combo 2充電方式

2012年5月，戴姆勒、奧迪、寶馬、福特、克萊斯勒等8家歐美廠商聯(lián)合推出了CCSCombo 2電動車充電器標(biāo)準(zhǔn)（圖8），除3種充電方式外還可實(shí)現(xiàn)大功率直流充電。目前該系統(tǒng)可支持最大電壓1 000 V，最大電流由200 A提升至400 A，功率可達(dá)350 kW，滿足大功率充電需求。

圖8 歐盟CCS Combo2充電插頭及插座[8]

Combo 1與Combo 2均采用了雙插頭形式，接口的相似度較高，可通過轉(zhuǎn)換接頭完成兼容充電。但CCS充電標(biāo)準(zhǔn)采用了PLC通訊協(xié)議，與中國GB/T 20234.3、日本CHAdeMO充電標(biāo)準(zhǔn)的CAN通訊協(xié)議有較大差異，無法實(shí)現(xiàn)兼容充電。聯(lián)合充電系統(tǒng)可兼容交流充電和直流充電，充電速率的快慢可由選用的充電連接插頭決定，具有一定的便利性優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于歐美、日本、澳大利亞以及印度等國家。

3.4 大功率充電接口標(biāo)準(zhǔn)

隨著大功率充電概念和技術(shù)的逐步成熟，各標(biāo)準(zhǔn)制定組織都在積極擬定大功率充電標(biāo)準(zhǔn)，目前充電接口樣式設(shè)計和布局已基本成型。

（1）歐盟委員會已將CCSCombo 2作為歐洲350 kW大功率充電技術(shù)發(fā)展方向；

（2）中國于2019年4月公開了大功率充電接口形式，預(yù)期最大電壓將達(dá)到1 500 V，最大電流600 A，總功率達(dá)到900 kW，充電速率將實(shí)現(xiàn)全球領(lǐng)先，預(yù)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將于2021年發(fā)布；

（3）日本除發(fā)展功率可達(dá)400 kW的CHAdeMO 2.0充電標(biāo)準(zhǔn)外，也積極與中國合作開發(fā)下一代大功率充電標(biāo)準(zhǔn)，2019年6月，日本CHAdeMO協(xié)會宣布與中國共同研發(fā)900 kW直流快速充電樁；

（4）美國大功率充電設(shè)施則多采用CCS以及CHAdeMO 2.0兩種標(biāo)準(zhǔn)的充電接口，實(shí)現(xiàn)較大功率的充電。

3.5 特斯拉充電接口標(biāo)準(zhǔn)

美國市場銷售的特斯拉車型使用了一套獨(dú)立于各標(biāo)準(zhǔn)系列的充電接口，可通過充電轉(zhuǎn)換接頭與IEC和CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)充電接口實(shí)現(xiàn)兼容。

早期出口到中國及歐洲的特斯拉車型均采用了與歐洲主流充電模式相似的IEC 62192-2 Type 2型充電接口，但由于特斯拉在充電插座上端設(shè)計了一個缺口，充電插頭較IEC插頭多出凸起物，因此，其他品牌電動汽車無法使用特斯拉專用充電設(shè)施，但特斯拉車型可使用IEC接口的充電樁。

現(xiàn)階段出口到中國的特斯拉車型采用了GB/T 20234的交流和直流充電接口，出口到歐洲的特斯拉車型采用了CCSCombo 2接口，均可使用符合本地接口標(biāo)準(zhǔn)的充電樁。

各類電動汽車充電接口標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

通過對于全球主要電動汽車充電接口標(biāo)準(zhǔn)的分析可知，各標(biāo)準(zhǔn)之間相互借鑒、參考、引用和采納，形成了全球充電接口標(biāo)準(zhǔn)體系，如圖9所示。

圖9 全球電動汽車充電接口標(biāo)準(zhǔn)體系

表1 主要充電接口標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)對比

4 結(jié)論和建議

（1）全球范圍內(nèi)使用較為廣泛的充電標(biāo)準(zhǔn)包括CCS和CHAdeMo兩種標(biāo)準(zhǔn)，支持車型較多。其中，CCS充電模式將交流和直流接口合二為一，減少了接口數(shù)量，降低了充電器和車身零部件的制造成本，得到各大歐美車企的推動，具有較大市場潛力。

（2）全球范圍內(nèi)采用GB/T 20234標(biāo)準(zhǔn)的充電設(shè)施數(shù)量最多，作為國際電動汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推動力量，中國應(yīng)積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，引導(dǎo)全球充電標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，并在未來大功率充電、無線充電、V2G等新型充電標(biāo)準(zhǔn)的制定中，發(fā)揮更大的作用。