詳解電動汽車充電接口及通信協(xié)議5項國家標(biāo)準(zhǔn)

中國于2011年12月22日頒布了自己的電動汽車充電接口和通信協(xié)議4項國家標(biāo)準(zhǔn)。但是,對充電時的電流、電壓、功率等細(xì)節(jié)并未進(jìn)一步地做出詳盡要求。此次5項標(biāo)準(zhǔn)修訂電動車充電接口在硬件和軟件層面最終實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一,全面提升了充電的安全性和兼容性。本文將對新國標(biāo)做詳細(xì)解讀。

充電接口標(biāo)準(zhǔn)幾經(jīng)修訂

中國在2006年就發(fā)布了《電動汽車傳導(dǎo)充電用插頭、插座、車輛耦合器和車輛插孔通用要求》(GB/T20234-2006),這個國家標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了充電電流為16A、32A、250A交流和400A直流的連接分類方式,主要借鑒了國際電工委員會(IEC)2003年提出的標(biāo)準(zhǔn),但是這個標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)定充電接口的連接針數(shù)、物理尺寸和接口定義。2011年,中國又推出了GB/T20234-2011推薦性標(biāo)準(zhǔn),替換了部分GB/T20234-2006中的內(nèi)容,其中規(guī)定:交流額定電壓不超過690V,頻率50Hz,額定電流不超過250A;直流額定電壓不超過1000V,額定電流不超過400A。

此次新國標(biāo)的充電接口標(biāo)準(zhǔn)提高了電壓和電流等級,并且調(diào)整了信號針和機(jī)械鎖的部分尺寸,明確了電子鎖的有關(guān)要求等。

另一方面,新標(biāo)準(zhǔn)對充電設(shè)備是有很大好處的,對充電設(shè)備的推廣應(yīng)用有很大幫助。在此前充電設(shè)備面臨“誰建誰用”的問題,國標(biāo)重點(diǎn)統(tǒng)一了充電樁通信協(xié)議,這意味著電動車充電接口在硬件和軟件的標(biāo)準(zhǔn)層面最終實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一,這將提高充電設(shè)備的利用率。

新國標(biāo)都有哪些改變

相對于舊標(biāo)準(zhǔn),新標(biāo)準(zhǔn)改動很多,有一些是細(xì)節(jié)上優(yōu)化,譬如充電接口標(biāo)準(zhǔn)本次修訂提高了電壓和電流等級,從而提高了充電功率,縮短了充電的時間,并且調(diào)整了信號針和機(jī)械鎖的部分尺寸,優(yōu)化了連接時序等。

1.通用要求

此次新國標(biāo)要求在直流充電槍內(nèi)安裝電子鎖,同時預(yù)留車輛插座加裝電子鎖的機(jī)械結(jié)構(gòu)。而實(shí)施方案將由充電樁企業(yè)來完成,車企可能將會增加控制導(dǎo)引電路。

新國標(biāo)規(guī)定,在交流充電電流大于16A時,供電揭開和車輛接口應(yīng)具有鎖止功能,該鎖止地功能應(yīng)符合GB/T20234.1-2015的相關(guān)要求。供電插座和車輛插座應(yīng)安裝電子鎖止裝置,防止充電過程中的意外斷開。當(dāng)電子鎖未可靠鎖止時,供電設(shè)備或電動汽車應(yīng)停止充電或不啟動充電。

直流充電時,車輛接口應(yīng)具備鎖止功能,該鎖止應(yīng)符合GB/T20234.1-2015的相關(guān)要求。車輛插頭應(yīng)安裝機(jī)械鎖止裝置,供電設(shè)備應(yīng)能判斷機(jī)械鎖是否可靠鎖止。車輛插頭應(yīng)安裝電子鎖止裝置,電子鎖處于鎖止位置時,機(jī)械鎖應(yīng)無法操作,供電系統(tǒng)應(yīng)能判斷電子鎖是否可靠鎖止。當(dāng)電子鎖未可靠鎖止是,供電設(shè)備或電動汽車應(yīng)停止充電或不啟動充電。

同時,電子鎖止裝置應(yīng)具備應(yīng)急解鎖功能,不應(yīng)帶電鎖且不應(yīng)人手直接操作解鎖。

此外,通用要求還規(guī)定了,供電接口和車輛接口的功能性說明、接口溫度監(jiān)控、神域電流保護(hù)器、供電設(shè)備過載和短路保護(hù)、充電的急停、供電設(shè)備的維修等要求。

2.通信協(xié)議的細(xì)化

過去的標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)地規(guī)定了不同信號的定義,而新標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了定義,還規(guī)定了各種狀態(tài)下的傳輸速率、報文超時的判定、最大電流輸出的判定,對故障和報文發(fā)送終止也做了規(guī)定。

在新標(biāo)準(zhǔn)中,明確規(guī)定電機(jī)與BMS之間的通信速率,而在舊標(biāo)準(zhǔn)中,并沒有進(jìn)行限制,只是提到了推薦值。據(jù)標(biāo)準(zhǔn),在通信環(huán)境惡劣的專用場合(如通信距離較長的商用車充電戰(zhàn)),經(jīng)供電設(shè)備制造商和電動汽車制造商協(xié)商一致,可采用50kbit/s的通信速率。

報文選項分為必須項和可選項,對于同一幀報文中全部內(nèi)容為可選項,該報文可選擇不發(fā)送,對于同一幀報文中部分內(nèi)容為可選項,可選項所有按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定格式發(fā)送或填充1,標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定的無效位或字段填充1。標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定的位或預(yù)留位填充1。

BRM增加了8個字節(jié)用于預(yù)留,CML增加最小充電電流字段,CCS增加充電暫停字段,增加BMS中止充電故障原因等。此外還增加了充電時序流程圖、充電過程故障處理方式、報文開始發(fā)送和中止條件等。

3.充電接口的修改

據(jù)介紹,本次修訂重點(diǎn)考慮充電的安全性和兼容性,增加了充電溫度監(jiān)控、機(jī)械鎖與電子鎖聯(lián)動、過載和短路保護(hù)等安全措施,完善了充電控制導(dǎo)引和時序、故障分類信息、冗余保護(hù)等內(nèi)容,提高了標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性和可操作性。

3.1 交流充電接口部分

電動汽車傳導(dǎo)充電用的交流接電口,其額定電流從不超過32A修改為不超過63A。如果供電接口使用了符合GB2099.1和GB 1002的標(biāo)準(zhǔn)化插頭插座,則不適用于這些插頭插座。

充電接口的額定電流值增加10A和63A。如圖所示:

備用觸頭擴(kuò)展為三相充電功能。如圖所示:

在充電連接界面中增加了R4電阻,如圖所示:

此外,本次標(biāo)準(zhǔn)修訂刪除了控制導(dǎo)引電路與控制原理,修改了充電接口控制導(dǎo)引觸頭和機(jī)械鎖的部分尺寸,增加了插座內(nèi)的排水孔(可選),密封圈封改為可選,修改了插頭空間尺寸要求。

3.2 直流充電接口部分

修改了充電接口最高額定電壓,額定電壓不超過100V(DC)、額定電流不超過250A(DC)。

增加了充電接口額定電壓80A和200A,如圖所示:

調(diào)整了充電連接過程中觸頭耦合順序,其順序為:保護(hù)接地、充電連接確認(rèn)(CC2),直流電源與直流電源負(fù),低壓輔助電源與低壓輔助電源,充電通信,充電連接確認(rèn)(CC1);在脫開的過程中則順序相反。

此外,本次新國標(biāo)刪除了充電模式4的直流充電控制導(dǎo)引電路與控制原理;修改了充電接口控制導(dǎo)引觸頭和機(jī)械鎖的部分尺寸;修改了插電空間尺寸要求等。

充電標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證和檢測

國標(biāo)委主任田世宏表示,新標(biāo)準(zhǔn)確保了電動汽車與充電設(shè)施的互聯(lián)互通,避免了市場的無序發(fā)展和充電“孤島”,有利于降低因不兼容而造成的社會資源浪費(fèi)。下一步,質(zhì)檢總局和國家標(biāo)準(zhǔn)委將會同有關(guān)行業(yè)部門推動充電設(shè)施產(chǎn)品認(rèn)證與準(zhǔn)入管理制度使用新標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)充電設(shè)施和電動汽車生產(chǎn)企業(yè)按新標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn),已建、在建充電設(shè)施要按新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新升級換代。同時,國家標(biāo)準(zhǔn)委將加強(qiáng)充電設(shè)施互操作性測試、充電站安全防范、運(yùn)營服務(wù)等配套標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,為充電設(shè)施管理、運(yùn)營、維護(hù)等各環(huán)節(jié)提供技術(shù)支撐。

不過在目前,與之前國標(biāo)相同的是,檢測認(rèn)證是企業(yè)自愿行為,不是強(qiáng)制性的。

國家能源局副局長鄭柵潔透露,下一步,國家能源局將加快充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),進(jìn)一步規(guī)范充電基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)準(zhǔn)入,把符合新國標(biāo)作為充電設(shè)施市場準(zhǔn)入的條件之一。

應(yīng)用改造方面

在接口標(biāo)準(zhǔn)上,國際上直流充電有四種技術(shù)方案,即歐標(biāo)、美標(biāo)、日本標(biāo)準(zhǔn)和中國標(biāo)準(zhǔn),而在實(shí)行方面,中國充電樁將不會對其他標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行兼容。國外企業(yè)的產(chǎn)品需要進(jìn)行改進(jìn),在中國的市場上符合中國的標(biāo)準(zhǔn)。

對于已經(jīng)建成和售出的充電樁和電動車在新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后將怎樣處理的問題,國標(biāo)委相關(guān)負(fù)責(zé)人表示,“對于在個人充電樁充電的私家車,和在固定線路為內(nèi)部公交車、出租車充電的充電設(shè)施及其車輛,不存在新舊標(biāo)準(zhǔn)兼容的問題,不需要修改;已建成的充電樁中,面臨改造的主要是公用充電樁。”

值得注意的是,由于充電接口也包括電動車的一端,因此電動車也需要調(diào)試改造。根據(jù)新國標(biāo),電動車既要改造軟件上的通信協(xié)議,又要改造硬件上的控制導(dǎo)引電路。因此,如果車主未來需要用到公用充電樁,那就需要對車輛進(jìn)行升級改造,如果自家私用的充電樁就可以滿足車輛的日常用電需求,車主也可以選擇不對車輛進(jìn)行改造。