本文將國際標準化組織(ISO)標準、國際電工委員會(IEC)標準、美國汽車工程師學會(SAE)標準、歐洲標準化組織(ESO)標準、全國汽車標準化技術(shù)委員會(NTCAS)標準進行對比，分析電動汽車充換電設施標準的建立。

一、電動汽車的主要標準化組織

與電動汽車充電有關(guān)的標準可分為3個部分：電動汽車充電設施(元件)標準、電動汽車并網(wǎng)標準和安全標準。在電動汽車充電元件標準化中，ISO主要致力于將電動汽車作為一個整體進行標準化，其他的標準則在組件級別上進行規(guī)范。電動汽車并網(wǎng)標準是處理電動汽車充電/放電的，充電/放電過程中，電動汽車在電網(wǎng)中就像分布式能源。電網(wǎng)整合標準制定有兩個主要的參與組織，即電氣工程師協(xié)會(IEEE)和保險商實驗室(UL)。電動汽車充電和電網(wǎng)整合的安全標準，主要參照美國消防協(xié)會(NFPA)和電氣規(guī)程(NEC)這些組織機構(gòu)制定的標準。

制定電動汽車標準最多的3個組織是美國SAE、歐洲ESO以及中國的NTCAS。SAE標準委員會有9000多名工程師參與標準修訂和維護，共制定了81項汽車電氣化標準，這些標準定義了有關(guān)電動汽車的術(shù)語，如電動汽車安全性、電動汽車通信、電池、電動汽車充電、電動汽車電磁兼容性、電源質(zhì)量、額定功率和連接器的協(xié)議。ESO制定了在歐洲實施的標準，其已建立了95個標準，其中包含了電動汽車和相關(guān)系統(tǒng)的所有特征。中國NTCAS已經(jīng)為所有類型的電動汽車建立了GB和QGDW標準，已發(fā)布和正在準備的標準總數(shù)為79個。

二、電動汽車術(shù)語和詞匯標準

1. 電動汽車術(shù)語



電動汽車主要有5種類型(如下所說明和圖1所示)，需要充換電的有電池電動汽車和插電式混合動力汽車。



在本文中，引自標準中的術(shù)語有：

(1)供應設備(EVSE)是指“充換電站”的基礎設施，用于將電能從電源傳遞到電動汽車充電器，EVSE也稱為充電點，它將電源線、連接器和接口整合到市電中，從而為電動汽車電池提供能量。EVSE和市電之間的接口將直接“硬連線”到控制設備或插頭和插座。

(2)可充電儲能系統(tǒng)(RESS)是指任何具有充放電能力的儲能系統(tǒng)，如電池、電容器等。

(3)插頭、插座、車輛插孔、車輛連接器、車輛耦合器等術(shù)語，見圖2所示。



2. 電動汽車充換電設施標準

不同組織的充電標準主要集中在傳導充電方法上，感應充電或無線充電和電池交換技術(shù)，圖3顯示了主要標準化組織制定的電動汽車充電標準數(shù)量。



⑴IEC充換電標準

IEC61851-1-2017第1部分，規(guī)定了電動車輛傳導充電系統(tǒng)的一般要求，適用電動道路運輸車輛(EV)和插電式混合動力車輛(PHEV)的車載充電設備。充換電設備供電和輸出額定電壓輸出范圍為高達1000V的AC電源和1500V的直流電源。該標準涵蓋的方面包括：①供應設備(EVSE)的特性和運行條件；②供應設備與電動汽車之間的連接規(guī)范；③供應設備的電氣安全要求。

IEC61851-21-1:2017電動車輛傳導充電系統(tǒng)第21-1部分規(guī)定了電動車輛傳導車載充電器連接交流/直流電源的EMC要求。IEC61851-21-1:2018電動車輛傳導充電系統(tǒng)第21-2部分規(guī)定了電動車輛傳導非車載充電器連接交流/直流電源的EMC要求。

IEC61851-23:2014給出了DC快速充電裝置和EV之間的控制和通信連接要求，不適用于無軌電車、鐵路車輛、工業(yè)用卡車以及主要設計用于越野車的車輛。IEC61851-24:2014電動車輛傳導充電系統(tǒng)第24部分規(guī)定了電動車輛直流充電站和電動車輛之間為進行直流充電控制而發(fā)生的數(shù)字通信要求。

IEC61980-1-2015電動車輛無線功率傳輸(WPT)系統(tǒng)第1部分給出了一般要求。IECTS61980-2:2019電動車輛無線功率傳輸(WPT)系統(tǒng)第2部分給出了電動道路車輛(EV)和基礎設施之間通信的特殊要求。IECTS61980-3:2019電動車輛無線功率傳輸(WPT)系統(tǒng)第3部分規(guī)定了磁場無線功率傳輸系統(tǒng)的特殊要求。

IECTS62840-1:2016電動汽車電池交換系統(tǒng)第1部分規(guī)定了換電總則和指南。IEC62840-2:2016電動汽車電池交換系統(tǒng)第2部分規(guī)定了換電安全要求。

IEC62196-1和IEC62196-2定義了用于為電動汽車傳導充電的插頭和插座，解決全球區(qū)域企業(yè)單獨開發(fā)不兼容的問題，規(guī)范了不同電力基礎設施使用的插頭和插座。IEC62196-1：2014規(guī)定了插頭、插座、車輛連接器和車輛插孔的一般要求，充電時額定工作電壓不超過500V/AC，額定電流不超過63A三相、73A單相，電源頻率為50～60Hz。而IEC62196-2標準化了3種類型的連接系統(tǒng)，稱為類型1、2和3。IECTS62196-3-1：2020規(guī)定了用于直流充電的插頭、插座、車輛連接器和車輛插孔，額定工作電壓不超過1500V/DC且額定電流不超過250A，以及額定電壓不超過1000V/AC且額定電流不超過250A，采用熱傳感。見表2，各種插頭插座、車輛耦合器的類型匯總。

這些標準都是基于IEC61851-1，IEC61851-1定義了3種電纜和插接設置，可用于為EV充電：情況A，其中電纜永久連接到EV;情況B，其中電纜未永久連接到任何內(nèi)容;情況C，其中電纜永久連接到充電站，見表3。這些標準基于IEC61851-1，它定義了從電源為EV充電的4種模式。模式1到3允許電動汽車直接連接到電源，在3～10h內(nèi)充滿電。模式4可以在10min內(nèi)為電動汽車充滿電量，但由于它使用離網(wǎng)電池，因此實現(xiàn)成本是最昂貴的。IEC62196-1標準適用于所有這4種模式(見表4)，而IEC62196-2適用于模式1到3。IEC62196-3將模式4直流充電標準化，并使用IEC62893規(guī)定直流電纜連接。



注明：類型1-充電器和RESS不能從車輛上拆下，無法從車輛上斷開電氣連接。

類型2-RESS不能從車上拆卸，充電器可從車輛上拆卸。RESS在電氣上無法從車輛上斷開，但充電器在電氣上可以從車輛上斷開。類型3-充電器和RESS可以從車輛上拆卸，并且都可以從車輛上斷開。

L1-電源1；N-中性；PE-保護接地；CP-控制導向；CS-連接開關(guān)；DC(+)-直流電源正；DC(+)-直流電源負；IM-絕緣監(jiān)視；COM-通訊；CC-連接確認；A+-低壓輔助電源正；A-低壓輔助電源負；S+-充電通訊CAN-H；S--充電通訊CAN-L；E-接地。

大功率配置ac.ac-指提供單獨的交流低功率接口和交流高功率接口。大功率配置ac.dc-指提供單獨的交流低功率接口和直流高功率接口。





⑵SAE充換電標準

SAEJ1772標準規(guī)定了電動汽車和插電式混合動力汽車的傳導充電要求，涵蓋了對電動汽車和插電式混合動力汽車實現(xiàn)充電的物理、電氣、功能和性能一般要求，定義了通用電動汽車和插電式混合動力汽車與供應設備進行導電充電的方法，包括操作要求以及車輛插孔和配對連接器的功能和尺寸要求。而SAEJ1773確立了在相同地理區(qū)域內(nèi)電動汽車感應充電的最低接口兼容性要求。SAEJ2954標準是針對輕型插電式混合動力汽車和電動汽車的無線功率傳輸和對準方法編制的，該規(guī)范定義了互操作性、電磁兼容性、電動場、最低性能、安全性以及對輕型電動和插電式混合動力電動汽車進行無線充電測試的可接受標準，支持家庭(專用)充電和公共無線充電。

SAEJ1772-2017中明確了AC充電和DC充電水平，如表5所示。


⑶中國充換電標準

GB/T20234.1,2,3-2011由三部分組成，形式接近于IEC62196-1,2,3，解決了中國國內(nèi)不同地區(qū)，不同電網(wǎng)公司，充電接口不統(tǒng)一的問題。在中國國家標準GB/T20234.3中定義的直流充電電壓和電流分別是750V和250A，充電功率可以達到150kW以上，相比目前日本電動汽車快速充電器協(xié)會CHAdeMO標準中60kW的功率要高出一倍，所以在連接器設計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公交大巴的電能補充。國家電網(wǎng)公司標準（Q/GDW）制定的電動汽車充換電標準也被積極采納。

中國電力企業(yè)聯(lián)合會(CEC)最近批準并發(fā)布了一套電動汽車無線充電國家標準GB/T38775.1電動汽車無線充電系統(tǒng)第1部分：一般要求、GB/T38775.2電動汽車無線充電系統(tǒng)第2部分：車載充電器與充電設備之間的通信、GB/T38775.3電動汽車無線充電系統(tǒng)第3部分：特殊要求、GB/T38775.4電動汽車無線充電系統(tǒng)第4部分：電磁環(huán)境限值和測試方法，并與發(fā)布的其他國際標準SAEJ2954、ISO19363，IEC61980保持一致。無線充電使充電過程就像停車和走開一樣簡單，對于未來自動駕駛汽車的自動充電至關(guān)重要。

表6對IEC、SAE和NTCAS組織定義的充換電標準進行了歸納，分為系統(tǒng)、接口、無線傳輸、換電4個方面。



3. 充電設施標準的實施

一般情況下能提供給電動汽車的充電率從15kW到100kW不等，具體取決于尺寸、用途和所需的性能，而電池組容量為5~40kWh，總電壓為300~500V。具體充電插頭插座、車輛耦合器、充電模式選擇、與電網(wǎng)連接方式，前面部分已經(jīng)闡述。中國制定的充換電標準與ISO、IEC以及SAE標準相似。奧迪、寶馬、戴姆勒、福特、通用汽車、保時捷和大眾7家車企已就綜合式傳導充電連接方式達成一致，只需要在車輛上使用一個充電接口即可讓客戶使用所有現(xiàn)有的充電系統(tǒng)進行充電，如單相AC充電、快速三相AC充電、快速DC充電。這使得7家車企生產(chǎn)得電動汽車可以共享相同的快速充電站，充電標準兼容SAEJ1772連接器標準和IEC62196類型2。

充電基礎設施可分為住宅和非住宅類型，可以慢充電（AC水平1和2）以及快速充電（AC水平3和直流水平），快速充電指要求在1h內(nèi)完成充電。住宅、路邊、工作場所等位置采用交流慢速充電非常理想，而車輛停頓時間少于2h的地方(如商業(yè)綜合體，高速公路等)則采用快速充電是更合適的選擇。公交車需要在場站進行強制充電，而充電站大多是快速充電(包括交流電和直流電)。

當前，許多制造商正在努力建議結(jié)束電纜和插座的傳導充電方式，推廣電動汽車的非接觸式充電系統(tǒng)。將無線充電設施安裝集成在道路的瀝青中，也可以連接到路旁的停車位。停在無線充電設施上方的車輛電池的充電將通過感應無線方式完成。該技術(shù)基于感應充電，涉及通過兩個電磁線圈之間的氣隙傳輸電能。次級線圈應用于正常充電器，用AC水平1和2。

很多政府已將電池更換作為一種機制給予重要考慮，以緩解電動汽車成本和電動汽車面臨的里程焦慮問題。電池交換的一個主要優(yōu)點是電池更換可在5～15min內(nèi)完成，電動汽車的能量補充時間大大縮短。電池更換模式可降低電動汽車的前期成本，采取租賃電池方式進行營銷。2020年中國政府出臺的新能源汽車補貼最新政策中，為鼓勵“換電”等新型商業(yè)模式創(chuàng)新發(fā)展，對采取“換電”模式的新能源汽車產(chǎn)品不執(zhí)行30萬元限價要求。