詳解電動汽車充電接口及通信協議5項國家標準

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議4項國家標準。但是,對充電時的電流、電壓、功率等細節(jié)并未進一步地做出詳盡要求。此次5項標準修訂電動車充電接口在硬件和軟件層面最終實現了統一,全面提升了充電的安全性和兼容性。本文將對新國標做詳細解讀。

充電接口標準幾經修訂

中國在2006年就發(fā)布了《電動汽車傳導充電用插頭、插座、車輛耦合器和車輛插孔通用要求》(GB/T20234-2006),這個國家標準詳細規(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年提出的標準,但是這個標準并未規(guī)定充電接口的連接針數、物理尺寸和接口定義。2011年,中國又推出了GB/T20234-2011推薦性標準,替換了部分GB/T20234-2006中的內容,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。

此次新國標的充電接口標準提高了電壓和電流等級,并且調整了信號針和機械鎖的部分尺寸,明確了電子鎖的有關要求等。

另一方面,新標準對充電設備是有很大好處的,對充電設備的推廣應用有很大幫助。在此前充電設備面臨“誰建誰用”的問題,國標重點統一了充電樁通信協議,這意味著電動車充電接口在硬件和軟件的標準層面最終實現了統一,這將提高充電設備的利用率。

新國標都有哪些改變

相對于舊標準,新標準改動很多,有一些是細節(jié)上優(yōu)化,譬如充電接口標準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,并且調整了信號針和機械鎖的部分尺寸,優(yōu)化了連接時序等。

1.通用要求

此次新國標要求在直流充電槍內安裝電子鎖,同時預留車輛插座加裝電子鎖的機械結構。而實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引電路。

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

直流充電時,車輛接口應具備鎖止功能,該鎖止應符合GB/T20234.1-2015的相關要求。車輛插頭應安裝機械鎖止裝置,供電設備應能判斷機械鎖是否可靠鎖止。車輛插頭應安裝電子鎖止裝置,電子鎖處于鎖止位置時,機械鎖應無法操作,供電系統應能判斷電子鎖是否可靠鎖止。當電子鎖未可靠鎖止是,供電設備或電動汽車應停止充電或不啟動充電。

同時,電子鎖止裝置應具備應急解鎖功能,不應帶電鎖且不應人手直接操作解鎖。

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、神域電流保護器、供電設備過載和短路保護、充電的急停、供電設備的維修等要求。

2.通信協議的細化

過去的標準詳細地規(guī)定了不同信號的定義,而新標準不僅規(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。

在新標準中,明確規(guī)定電機與BMS之間的通信速率,而在舊標準中,并沒有進行限制,只是提到了推薦值。據標準,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)),經供電設備制造商和電動汽車制造商協商一致,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容為可選項,可選項所有按照標準規(guī)定格式發(fā)送或填充1,標準未規(guī)定的無效位或字段填充1。標準未規(guī)定的位或預留位填充1。

BRM增加了8個字節(jié)用于預留,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

據介紹,本次修訂重點考慮充電的安全性和兼容性,增加了充電溫度監(jiān)控、機械鎖與電子鎖聯動、過載和短路保護等安全措施,完善了充電控制導引和時序、故障分類信息、冗余保護等內容,提高了標準的適應性和可操作性。

3.1 交流充電接口部分

電動汽車傳導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的標準化插頭插座,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,本次標準修訂刪除了控制導引電路與控制原理,修改了充電接口控制導引觸頭和機械鎖的部分尺寸,增加了插座內的排水孔(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:

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

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

充電標準的認證和檢測

國標委主任田世宏表示,新標準確保了電動汽車與充電設施的互聯互通,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。下一步,質檢總局和國家標準委將會同有關行業(yè)部門推動充電設施產品認證與準入管理制度使用新標準,促進充電設施和電動汽車生產企業(yè)按新標準組織生產,已建、在建充電設施要按新標準進行更新升級換代。同時,國家標準委將加強充電設施互操作性測試、充電站安全防范、運營服務等配套標準的制定工作,為充電設施管理、運營、維護等各環(huán)節(jié)提供技術支撐。

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

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設施的建設,進一步規(guī)范充電基礎設施行業(yè)準入,把符合新國標作為充電設施市場準入的條件之一。

應用改造方面

在接口標準上,國際上直流充電有四種技術方案,即歐標、美標、日本標準和中國標準,而在實行方面,中國充電樁將不會對其他標準實行兼容。國外企業(yè)的產品需要進行改進,在中國的市場上符合中國的標準。

對于已經建成和售出的充電樁和電動車在新標準實施后將怎樣處理的問題,國標委相關負責人表示,“對于在個人充電樁充電的私家車,和在固定線路為內部公交車、出租車充電的充電設施及其車輛,不存在新舊標準兼容的問題,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試改造。根據新國標,電動車既要改造軟件上的通信協議,又要改造硬件上的控制導引電路。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行改造。