技術(shù)標準是搶占技術(shù)制高點的神兵利器，成為世界各國尤其是工業(yè)發(fā)達國家的必爭之地。當然標準之爭也絕不可能永遠持續(xù)下去，如果各國都采取本國標準，汽車進出口則會遭遇尷尬。技術(shù)先進、性價比高、安全、便捷、快速以及系統(tǒng)穩(wěn)定性，都是標準追求的目標。未來快速充電器必定實現(xiàn)統(tǒng)一國際標準。

a.日本jari草案

51電子網(wǎng)公益庫存:

9012 2TY

9013

9013 J3Y

ACT-F512K32N-070P7Q

AD1580BRT

B772

BA00BC0WFP

BA00BC0WFP-E2

BA033C0FP-E2

BA033CC0WFP-E2

上世紀90年代末，日本充電器標準由原日本電動車協(xié)會(現(xiàn)日本汽車研究所)策劃制定。如今，charge de move連接器等物理接口均采用此規(guī)格。

關(guān)于通訊協(xié)議，在以舊規(guī)格為基礎(chǔ)的同時，考慮到不同充電器的設(shè)計方針，以東京電力為中心，汽車公司、電源設(shè)備廠家等又添加了一些內(nèi)容：(1)汽車和充電器規(guī)格信息及汽車電流命令值的數(shù)據(jù)通訊，包括開始充電、充電中、停止充電各階段中，雙方互相通知各自的情況，通過控制程序切實進行安全充電。(2)為不同種類ev可與快速充電器正確連接，規(guī)定了正確操作程序。為使充電能夠安全開始、結(jié)束，充電器和汽車雙方每次充電時都需各種確認、驗證操作，任何一方操作持續(xù)時間超過設(shè)定時間，控制程序則不成立，或有可能無法充電。(3)在新規(guī)格中，明確所有在充電開始、停止中各步驟的等待時間及實施事項。通過對發(fā)生異常情況的明確規(guī)定，實現(xiàn)在所有運行條件中安全充電運行。

日本全部采用charge de move方式快速充電器以及與此對應(yīng)的電力汽車事實上也就成為了行業(yè)標準。預(yù)計今后會進入專為更大范圍普及的技術(shù)改進并開展推廣政策的階段。作為普及活動的團體，在2010年3月成立了“charge de move協(xié)議會”。截至今年5月，包括全球著名汽車制造商豐田、日產(chǎn)在內(nèi)，已有超過430家汽車和充電器制造商加入成為其會員。目前，已有為數(shù)不少的汽車公司及充電器制造商采用了cha de mo協(xié)議。這種快速充電器在歐美等市場已安裝238座并投入使用。在日本，按照chademo標準安裝的快速充電器有1154座投入使用。

chademo充電器的最大功率62.5kw，已經(jīng)以jari草案向sea、iec提交了標準審核文件，許多國家在此草案的基礎(chǔ)上，提出了連接器以及功能擴展等方面的修正草案。chademo會員正通過互相配合、改進技術(shù)、解決難點，實現(xiàn)和相關(guān)的企業(yè)、團體超越各自的領(lǐng)域范疇與利益關(guān)系緊密合作，使快速充電技術(shù)能夠成為國際通用標準。

b.美國的sae探討

特斯拉汽車公司推出了搭載大容量電池的電動汽車，隨之開始了有關(guān)快速充電規(guī)格的探討。當初在sae中，多數(shù)意見認為將電池搭載量設(shè)定在50kwh左右、快速充電的輸出為200kw規(guī)格較為合適。但有意見指出為實現(xiàn)如此大的容量，就要有大型化纜線及連接器，這樣就不利于普通用戶特別是老人和女性的操作。

在完善基礎(chǔ)設(shè)施階段中，有系統(tǒng)負荷過大需要加強配電線設(shè)備等問題。普遍認為日本提案中的50kw功率標準，充分考慮到了充電時間和設(shè)備規(guī)模以及與成本的平衡，有一定的科學合理性。

以通用、福特為首的汽車公司提出了ac普通充電用和dc快速充電用連接器一體化的組合連接器。通用、福特在dc快速充電利用方面是后起之秀，但是，為了將來能在插電式混動車上使用，提議將車體開孔控制在最小范圍內(nèi)。另一方面，如果組合連接器尺寸過大，則會降低操作便利性;在鎖止機構(gòu)等安全方面，如果很復(fù)雜也會產(chǎn)生實用化欠佳問題。

c.歐洲iec的探討

以戴姆勒、雷諾、rwe為中心、被稱為e-mobility項目的團體提出將ac三相400v電線配置在充電機上，同時附加認證計費裝置的方案。主要依據(jù)是在路旁設(shè)置充電機的利用率很高，由于歐盟電力自由化命令，電力零售也相對自由。將充電機作為共通基礎(chǔ)設(shè)施，只需添加認證使用者及結(jié)算漫游功能，誰都可用。該團體還提出了采用plc作為系統(tǒng)通訊方法的方案，但就高速、低速選擇及規(guī)格化范圍沒有達成統(tǒng)一意見。ac充電方式，通過iec 61851-22還在繼續(xù)探討。在iec中，除了yazaki(sae j1772)之外，還提出了mennekes、scame的歐洲方案，e-mobility支持最大到44kw的充電方案mennekes。對此，以法國電力公司為首的團體提出了通過更小容量防止側(cè)壁浸水的scame方案，結(jié)果使歐洲委員會命令cen-cenelec制定標準規(guī)格，轉(zhuǎn)移了討論方向。dc充電在2010年7月建立了iec61851-23，以日本提案為中心開始探討。

去年，福特、通用、大眾、奧迪、寶馬、戴姆勒和保時捷提出了直流combo快速聯(lián)合充電標準系統(tǒng)，現(xiàn)在克萊斯勒又加入其中。未來上述車企的所有電動車將使用同一種制式充電接口。推廣聯(lián)合充電系統(tǒng)，能夠兼容四種直流和交流充電模式，意在從行業(yè)標準層面與純電動車領(lǐng)跑者日產(chǎn)形成對抗。

d.中國的新動向

2010年底，全國汽車標準化技術(shù)委員會牽頭起草了《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置》等三項系列推薦性國家標準，并在2012年1月獲得審核通過。

寶馬集團新能源汽車充電系統(tǒng)項目經(jīng)理albrecht pfeiffer認為，中國的交流充電標準與國際標準相比有11處明顯區(qū)別，其中3處有安全隱患。中國目前還未對pwm(脈寬調(diào)制)占空比進行定義。已出臺的gb/t20234.2-2011標準中，刪去了pwm占空比描述。最新版本的gb/t18487.1標準應(yīng)包含pwm的占空比，而不用包括pwm的描述。不同占空比的共存會產(chǎn)生安全風險。如果高水平通信沒有pwm指示點，直流充電和現(xiàn)有combo就不可能組合在一起。

面對國內(nèi)眾多無序化小規(guī)模車廠和國外廠家開始量產(chǎn)的狀況，政府一直致力于結(jié)束充電標準各自為政的亂局，但是全國電動車充電標準的統(tǒng)一還有待時日。深圳、合肥、重慶等城市已各自制定了電動車充電標準的“土政策”。

我國電動汽車標準絕大多數(shù)是參照國外有關(guān)標準和國際標準制定的。產(chǎn)品技術(shù)、水平、質(zhì)量、研發(fā)、創(chuàng)新等環(huán)節(jié)，均不能與汽車工業(yè)發(fā)達國家和跨國零部件企業(yè)相比。因此，即使政府頒布了國家電動汽車標準，實際操作上也很難捍衛(wèi)中國在國際標準化組織中的話語權(quán)。

2010年3月，日本成立了名為“chademo”電動汽車快速充電器協(xié)會;今年5月，通用、大眾等8大車企聯(lián)合發(fā)表聲明，將共同推廣“combo”快速充電系統(tǒng)。

我國電動汽車雖然已經(jīng)起步多年，但“標準未出、建設(shè)先行”的中國特色，使電動車市場、充電建設(shè)面臨尷尬。和歐美日等發(fā)達國家相比，在國際標準舞臺上的角色并未受到重視。

“chademo”是一個旨在推動電動汽車快速充電器實現(xiàn)國際標準化的組織。日語「茶でも」的發(fā)音是“chademo”，其諧音漢譯是“一杯茶即得”的意思，寓意追求電動汽車快速充電所需時間，僅需喝上一杯茶的功夫即可。

1.功率與時間的設(shè)定

充電輸出功率增大可使充電時間縮短，從而提高充電的便利性。chademo的研究結(jié)果表明，10分鐘可使電動汽車行駛50-60km最符合用戶實際需求，經(jīng)濟性(充電器成本)和實用性(時間消耗)也最好。

功率過大將導(dǎo)致充電基礎(chǔ)設(shè)施投資加大;大功率充電設(shè)備對安全性設(shè)計的要求更苛刻。由圖中黃色曲線和第二縱坐標可看出，縮短充電時間、提高充電功率，充電器成本將成倍增加，充電功率大于50kw以后，對縮短充電時間的影響也不明顯。根據(jù)實際運行及統(tǒng)計資料分析，設(shè)定電動車耗電量為7km/kwh最合理。若以此為依據(jù)確定充電10分鐘可行駛50-60km為設(shè)計目標，快速充電器輸出功率正好在40～50kw。

2.抑制電池老化對策

快速充電的技術(shù)焦點在于如何避免因快充導(dǎo)致的電池老化。造成電池容量降低的主因是高溫和過壓的影響與控制。高壓、高溫極易損壞電池極板，使電容量急速下降。所以，電動汽車必須設(shè)有電池管理裝置，以滿足對鋰離子電池在使用中對電壓、溫度等的管控要求。

由于電池性能會因材料特性、使用工況而發(fā)生變化，如果靠充電器的模擬一種標準來進行，避免電池老化的方法就只能以最壞的使用環(huán)境和最差的電池為前提，確定充電電流才最安全、最保險。如此，快充目的便不可能實現(xiàn)。即使將來電池性能提高了，快充效果同樣難以得到。車載電池受到電池管理系統(tǒng)對溫度的監(jiān)測與管理，能夠自動將充電電流控制在符合電池溫度要求的范圍內(nèi)，使溫度過高的問題得以回避。

chademo 采用的快速充電方式如圖所示，電流受控于汽車的can總線信號。即在監(jiān)視電池狀態(tài)的同時，實時計算充電所需電流值，通過通訊線向充電器發(fā)送通知;快速充電器及時接收來自汽車的電流命令，并按規(guī)定值提供電流。

通過電池管理系統(tǒng)一邊監(jiān)視電池狀況，一邊實時控制電流，完全實現(xiàn)了快速、安全充電所需各項功能，確保充電不受電池通用性限制。即使未來電池性能提高，充電基礎(chǔ)設(shè)施也不會因電池升級換代而淘汰。

3.連接器與接口

作為快速充電的公共設(shè)施，需要通過標準化來實現(xiàn)充電器對電動車的通用性。除通訊協(xié)議外，連接器與接口須納入標準化范圍。由于安全設(shè)計必須以最大電壓和最大電流為前提，所以連接器必須有足夠安全系數(shù)，應(yīng)對潛在風險。

chademo 方式除了數(shù)據(jù)控制線外，還采用can 總線作為通信接口，由于其抗噪性優(yōu)越且檢錯能力高，通信穩(wěn)定性、可靠性高，因此作為車載控制器的分散型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而被廣泛應(yīng)用�？焖俪潆姴捎胏an技術(shù)時，安全起見特意在網(wǎng)關(guān)與其他車載設(shè)備分離，使ecu 和充電器控制單元實現(xiàn)1 對1通信。

4.快充回路設(shè)計

供電系統(tǒng)和電池系統(tǒng)通過絕緣變壓器分離，可防止因單一故障使供電系統(tǒng)的電壓增加到電池系統(tǒng)。此外，不僅設(shè)置了提高效率的改善回路，還設(shè)置了可消除高次諧波影響的交流過濾器。

在電池系統(tǒng)方面，為防止對鋰離子電池造成不良影響，在出口處設(shè)計了可以消除波紋電壓噪聲的過濾器。為檢測充電狀態(tài)下車內(nèi)是否漏電，充電器回路源頭專門安裝了地線檢測器。這使充電器和車輛之間的保險絲直徑變細。一旦漏電，可降低保險絲較細的安全隱憂。實際上，通過電流旁路達到保護目的的保險絲并不能發(fā)揮應(yīng)有作用，但地線檢測器可以消除風險，提高充電器的安全性能。

5.快速充電過程

(1)充電準備

按下快速充電器“開始”按鈕，啟動充電程序。充電器關(guān)閉“d1”保護，充電器側(cè)的12 v電壓通過2 號模擬引腳向車輛供電，同時觸發(fā)“f”光電耦合器。車輛識別充電操作正式開始，電池的最大電壓、電池容量等參數(shù)通過can 方式傳達給充電器。

充電器接收到信息后，確認該車輛為自身可供電的車輛后，將自身最大電壓、最大輸出電流等數(shù)據(jù)通過can 方式發(fā)送至車輛側(cè)。車輛收到該信號后，確認與自身吻合后將充電指令通過“k”電晶體傳導(dǎo)至4號模擬引腳。充電器接收到該指令后，將連接器鎖定后向出口回路短暫加壓，測試包括連接器接口在內(nèi)的出口回路在短路及地線等方面有無異常。每次充電都按照該方法進行絕緣確認試驗，防止因連接器電纜老化引起短路等事故。絕緣試驗結(jié)束后，通過關(guān)閉“d2”將充電器已做好全面準備的信息經(jīng)10號的模擬引腳傳達給車輛。車輛根據(jù)“g”光電耦合器進行識別，完成充電準備。通過can 通信進行全部準備動作是可行的，上述充電準備程序，所需時間僅數(shù)秒。

(2)通電

車輛關(guān)閉電池系統(tǒng)入口側(cè)配置的ev 接觸器。車輛邊監(jiān)視電池系統(tǒng)，判斷可能充電的最大電流，邊將該參數(shù)值通過can以0.1s間隔時間發(fā)送至充電器。充電器根據(jù)穩(wěn)態(tài)電流控制，供應(yīng)與該參數(shù)值一致的電流。其間，車輛還監(jiān)視車載電池狀態(tài)及供電電流。若檢出異常，將用以下4 種方法之一停止充電：①根據(jù)can通信向充電器發(fā)出輸出電流為“零”指示;②根據(jù)can 通信向充電器發(fā)出輸出“出錯”指示;③將“k”切斷，向充電器發(fā)送禁止充電模擬信號;④開放ev 接觸器，將輸入電流斷開。

充電器側(cè)也監(jiān)視著自身各回路電流、電壓和溫度，超過限制值時通過can發(fā)送“出錯”信號停止供電。此外，還設(shè)計了充電超出預(yù)想時間自動停止供電功能。當然也可手動按下“停止”按鈕結(jié)束充電。

(3)結(jié)束充電

結(jié)束充電時，車輛通過can通信發(fā)送零電流指示信號、充電電流歸零后，開放ev接觸器、切斷“k”電晶體，將模擬停止信號發(fā)送至充電器，確認輸出電流為零后開放“d1”、“d2”繼電保護。“d2”繼電的保護作用主要是向ev 接觸器的螺線管提供12 伏電源。

ev接觸器開關(guān)是根據(jù)車輛的判斷由ev接觸器控制繼電保護開關(guān)操作的。設(shè)計上ev接觸器的螺線管電源由充電器提供，以避免車輛側(cè)的誤操作引起ev接觸器誤關(guān)閉。連接器未插入狀態(tài)下，由于螺線管未導(dǎo)電而降低了ev 接觸器誤關(guān)閉的風險，可防止插口處電池電壓超出300 伏。

地線即便很細，但由于設(shè)置了地線檢測器因此是安全的。如果地線斷了，那么“f”、“g”、“j”光電耦合器信號將同時消失，立即引起充電器輸出停止和ev接觸器開放的連鎖反應(yīng)。由此可見，連接器引腳布局和充電系統(tǒng)整體安全設(shè)計緊密相連。

充電停止后，出口回路的電壓確認降到20 伏以下后，開放連接器的閘口，這樣一連串充電的程序全部結(jié)束。