不看你一定后悔!全球电动汽车充电标准最详解析(上)


1)全球电力低压配电系统概览

充电产业,在媒体上号称有1000亿,不过现实的问题是中国的标准目前都在修订中,这个有些搞笑了。谈充电网络这个概念,是需要从ISO和IEC的标准体系谈起的。电动汽车充电系统,首先是建立在全球的低压配电电网存在较大差异的条件下进行的。如图1所示,从电网的基础来看,电压和频率存在较大的差异,而更大的差异来自家庭的三相到户的情况、家庭总的功率容量和电能质量这些较为细节的点。

其实正是有着这个大背景,既造成了后续的充电标准的差异,也造成了迫切融合的需求发生,如果按照普通电气来开发车辆的交流充电/直流系统是完成不可接受的,如果造成过大的差异,就会造成车辆在全球不同地区不同版本,整个成本一下子就上去不少。

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图1 全球低压配电电压频率

2)电动汽车充电标准系统

电动汽车汽车充电系统标准有以下几个标委会牵头:

A)IEC TC 23 国际电动委员会

电气附件 Electrical accessories SC 23H 工业插头插座Industrial plugs and socket-outlets

B)IEC TC69国际电动委员会

电动道路车辆及电动工业货车技术委员会 Electric road vehicles and electric industrial trucks

C)ISO的TC22 电气电子设备 Electrical and electronic equipment

产业在电气化的过程中,毕竟由欧洲(德国为主)、美国、日本和中国这几个国家的汽车公司所主导,所以目前电动汽车供电设备(EVSE)与电动汽车之间的互联,主要由这几个标准来界定。在这些关键的标准里面,基本上中国都派出了人员参与,担任一定的职责。

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图2 电动乘用车相关充电标准

2.1 IEC TC69 分标委

该标委会主要是协调车辆和电气之间的内容,偏向于系统层面的内容。下面的标准,又可以细分成三个部分

2.1.1 常规充电要求

主要用来界定一些基本要求:

IEC61851‐1: 充电系统总体要求

IEC61851‐21‐1: 充电系统 车载充电机EMC要求

IEC61851‐21‐2: 充电系统 非车载充电系统EMC要求

IEC61851‐23: 直流充电桩

IEC61851:24:直流充电通信要求

2.1.2 无线充电标准

无线标准,这将是下一波充电和交互的主要形态,这个工作主要由TC69分标委负责。

IEC61980‐1: 无线充电基本要求

IEC61980‐2: 无线充电通信

IEC61980‐3: 特殊要求

2.1.3 V2G标准

这个部分是涉及到我们要讲的电网与电动汽车网络通信的要求,由于车辆的电池的寿命实际情况,还远一些。

ISO 15118‐1: V2G基本信息

ISO 15118‐2: V2G拓扑和OSI层

ISO 15118‐3: V2G物理&数据链路层

ISO 15118‐4 Ed.1: V2G网络和拓扑

ISO 15118‐5 Ed.1: V2G物理&数据链路层测试

ISO 15118‐6 Ed. 1.0: V2G 无线充电

2.1.4 安全标准

最后最为核心的安全标准是TC22分标委下面的ISO/IEC 17409安全要求。

2.2 IEC SC23H 分标委

该分标委主要是处理接头的,下面界定充电接口的物理性状的要求,如表1所示,这是导致全球不同充电接口不一样的那部分。不过也是由于本身的局部电网的差异造成了一定差异性。

IEC62196‐1: 插头插座基本要求

IEC62196‐2: 交流尺寸和互换性要求,主要包含Type1(美国、加拿大、韩国、日本、澳大利亚等地)、Type2(欧盟)和中国标准三种。

IEC62196‐3+62196‐3‐1: 直流尺寸和互换性要求,包含在Type1和Type2上演进的Combo1&2系统和中国直流充电接口和CHAdeMO四种类型,其中前两者使用的控制逻辑都是一样的基于PLC的,而后两个都是基于CAN协议的。

表1 电动汽车车端充电插座概览

不看你一定后悔!全球电动汽车充电标准最详解析

这里需要说明的是,如前所述,欧洲特别是德国有三相电的充电诉求,使得该接口很复杂,有好几种配置,单相交流、三相交流、低功率直流和中等功率直流,特斯拉在欧洲和现在中国使用的直流充电配置,就是如图3的最右边的连接方式。

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图3 Type2 的不同配置

在美国,SAE汽车工程协会制定了SAE的相关标准,大部分是与以上的IEC/ISO标准兼容的,不过具备更多的实践意味。

1.SAEJ1772 对应IEC61851,顺带定义了IEC62196的所有内容

2.SAEJ 2847 J2931 直流充电消息、通信和拓扑

3.SAE J2836 USER CASE

4.SAE J2953 电动汽车和充电设施互通性

5.SAE J2894/2 充电设备电能质量/测试办法

6.SAEJ2954 无线充电