電動(dòng)汽車的發(fā)展正在推動(dòng)汽車，電力及能源產(chǎn)業(yè)的變革。在這一新興產(chǎn)業(yè)中，標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程至關(guān)重要，比如關(guān)于電動(dòng)汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施之間的充電接口標(biāo)準(zhǔn)，就影響了不同車型在不同國(guó)家和地區(qū)的電網(wǎng)之間如何快速，簡(jiǎn)便的進(jìn)行電能的補(bǔ)充。
目前全球主要采用的傳導(dǎo)式充電接口系統(tǒng)有：
? IEC 62196-1,2：2012年1月發(fā)布，主要被歐洲國(guó)家所采用的交流充電標(biāo)準(zhǔn)。
? IEC 62196-3：目前還在制定過程中，預(yù)計(jì)2014年制定完成。主要內(nèi)容是對(duì)直流充電接口的定義。
? SAE J1772：2010年1月發(fā)布，是最早實(shí)施的充電接口標(biāo)準(zhǔn)，被美國(guó)及日本廣泛使用。其5芯的交流充電接口，在IEC 62196-2中被定義為type 1接口。
? CHAdeMO：該協(xié)會(huì)于2010年3月15日成立，成員單位大多數(shù)來自日本，主旨為推進(jìn)快速充電規(guī)格在日本的統(tǒng)一，因此主要被日本車廠所采用。
? GB/T 20234.1,2,3-2011：2011年12月頒布，2012年3月實(shí)施，共三部分組成，形式接近于IEC 62196-1,2,3。雖然目前是國(guó)標(biāo)推薦標(biāo)準(zhǔn)，但解決了中國(guó)國(guó)內(nèi)不同地區(qū)，不同電網(wǎng)公司，充電接口不統(tǒng)一的問題。
為了更好的對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹，下面先列舉標(biāo)準(zhǔn)中常用的充電接口術(shù)語定義（圖1）。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)充電接口各部分的術(shù)語定義
? 供電插座 socket-outlet：供電接口中和電源供電線纜或供電設(shè)備連接在一起且固定安裝的部分。
? 供電插頭 plug：供電接口中和充電線纜連接且可以移動(dòng)的部分。
? 車輛插座 vehicle inlet：車輛接口中固定安裝在電動(dòng)汽車上，并通過電纜和車載充電機(jī)或車載動(dòng)力蓄電池相互連接的部分。
? 車輛插頭 vehicle connector：車輛接口中和充電線纜連接且可以移動(dòng)的部分。
不同標(biāo)準(zhǔn)的車輛插座界面比較（圖2）
圖2 各國(guó)主要充電接口標(biāo)準(zhǔn)的比較
傳導(dǎo)式充電采用的方式
在目前的電動(dòng)汽車傳導(dǎo)式電能補(bǔ)給過程中主要采用兩種方式：直流充電（DC）和交流充電（AC）。一般來說由于直流非車載充電機(jī)可以產(chǎn)生較高的功率（100kW以上），所以充電時(shí)間較短，多用于需要快速充電的場(chǎng)合。而交流充電一般直接采用民用的220V或110V電壓通過車載充電機(jī)對(duì)電池進(jìn)行電能補(bǔ)充，由于受到車載充電機(jī)體積和散熱條件的限制，其功率通常在7kW以下，所以充電時(shí)間較長(zhǎng)，因此常利用夜間峰谷電對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行交流慢速充電。
交流充電
交流充電由于受不同國(guó)家和地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，在充電標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)充電連接器電壓和電流的要求也不盡相同。比如在德國(guó)三相電的使用比較普遍，即使個(gè)人用戶在民宅中也可以使用，因此在IEC 62196-2標(biāo)準(zhǔn)中，定義了480V交流充電電壓和63A充電電流，實(shí)際充電功率可以達(dá)到40kW以上。相比在國(guó)標(biāo)GB/T 20234.2中雖然也定義了三相充電電壓為440V，但因?yàn)橹袊?guó)私人住宅及小區(qū)進(jìn)戶直接能使用三相電的情況很少，所以目前交流充電電流最大只有32A，而實(shí)際多采用220V，16A進(jìn)行充電。至于美標(biāo)的SAE J1772因?yàn)橹欢x了5芯的充電接口，因此采用此標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)汽車只能使用單相交流充電，比如通用的沃藍(lán)達(dá)（Volt）及日產(chǎn)的聆風(fēng)（Leaf）。下表為不同標(biāo)準(zhǔn)定義的交流充電連接器最大電流及電壓的對(duì)照表（表1）：
表1 各標(biāo)準(zhǔn)交流充電電壓及電流的比較
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從交流接口的外形來看，三種標(biāo)準(zhǔn)也有區(qū)別，其中IEC的type2和GB標(biāo)準(zhǔn)最為接近，均采用7芯的布局，看似可以互相通用，但實(shí)際在車輛插頭端由于分別采用了母頭和公頭插芯的設(shè)計(jì)，所以兩者無法互換使用（圖3）。SAE標(biāo)準(zhǔn)由于只使用5芯接口，因此它的充電連接界面和IEC type2和GB完全不兼容（圖3）。但SAE和GB均采用了機(jī)械鎖的結(jié)構(gòu)，而IEC只采用內(nèi)部電子鎖機(jī)構(gòu)對(duì)車輛插頭和插座進(jìn)行鎖定。
IEC 62196-2 type 2 GB/T 20234.2-2011 SAE J1772
圖3 三種交流充電標(biāo)準(zhǔn)車輛插頭接口界面比較
不同標(biāo)準(zhǔn)的交流充電接口造成了在電動(dòng)汽車發(fā)展初期全球充電難的問題。比如一輛通用的沃藍(lán)達(dá)（Volt）采用的是SAE標(biāo)準(zhǔn)的5芯車輛插座，如果在德國(guó)行駛的話，就無法使用IEC type 2的7芯連接系統(tǒng)進(jìn)行充電。當(dāng)然解決方法也是有的，可以采用轉(zhuǎn)接適配器或混合標(biāo)準(zhǔn)充電線纜的方式。如圖4：供電插頭使用的是IEC type 2的接口，而在車輛插頭端使用的則是SAE標(biāo)準(zhǔn)接口。
SAE J1772 IEC 62196-2 type 2
圖4 適合歐標(biāo)充電設(shè)備與美標(biāo)車輛連接的充電線纜
直流充電
由于IEC 62196-3直流充電標(biāo)準(zhǔn)還在制定當(dāng)中，因此在各個(gè)國(guó)家和地區(qū)使用的直流充電接口方式也是五花八門。作為最早實(shí)施的日本CHAdeMO形式的直流充電標(biāo)準(zhǔn)，由于受日系車廠電動(dòng)汽車推廣較早的影響，目前在市場(chǎng)中應(yīng)用最廣，在日本，歐洲及北美市場(chǎng)均可以找到采用此接口的直流充電設(shè)施服務(wù)于日產(chǎn)，三菱等電動(dòng)車型的使用。由于采用CAN的通訊協(xié)議，因此除了常用的連接確認(rèn)，充電導(dǎo)引及直流針腳之外還有額外的兩根CAN通訊用針腳，所以整個(gè)CHAdeMO接口有多達(dá)10芯的連接針腳。
在中國(guó)市場(chǎng)由于目前直流充電采用的也是CAN的通訊方式，所以充電接口定義和CHAdeMO非常接近，但外觀卻有著天壤之別（圖5）。在國(guó)標(biāo)GB/T 20234.3中定義的充電電壓和電流分別是750V和250A，充電功率可以達(dá)到150kW以上，相比CHAdeMO目前60kW的功率要高出一倍，所以在連接器設(shè)計(jì)中考慮到電氣間隙及爬電距離的影響，結(jié)構(gòu)尺寸有很大的不同，目前主要用于城市純電動(dòng)公交大巴的電能補(bǔ)充。
圖5 GB/T 20234.3-2011中的直流充電接口
歐洲與北美的直流充電標(biāo)準(zhǔn)目前還在制定過程中，但在IEC 62196的定義中type 1及type 2的接口也是可以用來進(jìn)行直流充電的，即在小功率（25kW左右）直流充電的時(shí)候歐標(biāo)與美標(biāo)采用的接口形式同交流充電口（圖2），需要注意的是采用直流充電時(shí)充電線纜必須滿足標(biāo)稱的額定充電電流。但由于受到本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，type 1及type 2接口無法用于大功率直流充電（100kW）。
為了解決未來電動(dòng)汽車大功率充電問題，德國(guó)汽車企業(yè)提出了組合式充電接口（Com-bined charging）的概念，并得到了美國(guó)車企的響應(yīng)，因此新的直流充電方式應(yīng)運(yùn)而生，菲尼克斯電氣作為一家專業(yè)的電氣接口供應(yīng)商承擔(dān)了該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)制定工作（圖6 左圖）。相比較目前廣泛使用的CHAdeMO充電方式，組合式充電接口具有以下的特點(diǎn)：1.充電功率更高（100kW以上），可以大幅縮短停車等待時(shí)間。2.直流和交流車輛插座（ve-hicle inlet）合二為一（圖6 右圖），減小了車輛插座占用的空間，并降低了成本。3.兼容現(xiàn)有的交流充電設(shè)施。4.采用電力載波通訊方式（Power Line Communication），可擴(kuò)展性強(qiáng)，便于今后有序充電技術(shù)的發(fā)展。5.直流充電只采用5芯連接，降低了充電線纜的成本。從2012下半年開始將會(huì)有一批采用PLC通訊及組合式充電接口的電動(dòng)汽車上路進(jìn)行測(cè)試，而與之相關(guān)的ISO 15118及IEC 62196-3標(biāo)準(zhǔn)也在加緊制定中，預(yù)計(jì)在2014或2015年能夠頒布實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)是否會(huì)影響CHAdeMO及GB的直流充電標(biāo)準(zhǔn)，還需要經(jīng)過市場(chǎng)的檢驗(yàn)，不過從系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念來看組合式充電接口會(huì)具有更廣泛的應(yīng)用前景。
圖6 標(biāo)準(zhǔn)正在制定中的交直流組合式充電接口
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展望
汽車電氣化是未來的發(fā)展趨勢(shì)，考慮到目前的電池技術(shù)還需要完善，因此傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)仍然會(huì)存在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。所以采用內(nèi)燃機(jī)和電池的混合動(dòng)力技術(shù)將是近期發(fā)展的主要方向，而其中PHEV（插電式混合動(dòng)力技術(shù)）由于對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施依賴較小，節(jié)能效果明顯，將會(huì)得到較快的發(fā)展。所以針對(duì)于PHEV的車型主要采用的是交流慢充的方式，利用夜間的峰谷電進(jìn)行220V，16A的交流充電，讓電池在車輛起步及交通擁堵低速行駛的路況下發(fā)揮作用。大功率的直流充電技術(shù)適用于BEV（純電動(dòng)）車型的電能快速應(yīng)急補(bǔ)充，在未來也會(huì)有很廣泛的應(yīng)用，由于其電流大電壓高，考慮到安全因素和對(duì)電網(wǎng)的影響，不會(huì)用于家庭私人充電場(chǎng)合，更多的會(huì)出現(xiàn)在有人值守的公共快速充電站中。
新的產(chǎn)業(yè)在發(fā)展初期，基本都會(huì)遇到標(biāo)準(zhǔn)紛繁復(fù)雜且互不兼容的情況，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)也不例外。因此全球不同的充電接口標(biāo)準(zhǔn)依然會(huì)并存較長(zhǎng)的時(shí)間，但隨著電動(dòng)汽車的普及，人們會(huì)越來越多的考慮標(biāo)準(zhǔn)的兼容性問題，即使各國(guó)家和地區(qū)的充電接口在結(jié)構(gòu)外形上無法形成統(tǒng)一，但涉及到車輛與充電基礎(chǔ)設(shè)施的通訊方式最終也許會(huì)達(dá)成一致。
結(jié)語
菲尼克斯電氣作為電動(dòng)汽車充電連接器的全球供應(yīng)商，針對(duì)于不同的充電接口標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品，為行駛在不同國(guó)家和地區(qū)的電動(dòng)汽車及充電基礎(chǔ)設(shè)施提供可靠安全的充電連接。
（菲尼克斯（中國(guó)）投資有限公司 陳凌）
