全球電動汽車傳導式充電接口標準研究分析

吳鵬飛 劉宏駿 盧強

（中國汽車技術研究中心有限公司,北京 100070）

主題詞： 電動汽車充電 傳導式充電接口標準 充電兼容性

1 前言

近年，各大車企都在不斷加大電動汽車的研發(fā)和市場開拓力度，汽車電動化趨勢不可避免。然而，電動汽車在全球推廣和使用中，面臨著各國充電接口標準不統(tǒng)一的制約，導致各類電動汽車在不同國家和地區(qū)間無法實現(xiàn)充電互聯(lián)互通，造成車輛開發(fā)成本的增加和各類充電設施的重復建設。因此，中、美、歐、日等國家和地區(qū)都積極促進充電接口標準在各自國家和地區(qū)乃至全世界的統(tǒng)一[1]。梳理全球主要電動汽車充電接口標準及其發(fā)展趨勢，對于未來電動汽車的充電接口標準發(fā)展具有一定參考意義。

2 全球主要電動汽車充電接口標準簡介

現(xiàn)階段，全球充電接口標準體系包括IEC標準、CCS聯(lián)合充電標準、CHAdeMO標準、SAE標準、GB/T標準等，以及部分車企獨立使用的充電接口標準。

2.1 國際電工委員會IEC標準

IEC 62196標準系列，由國際電工委員會（IEC）牽頭制定，主要有3部分組成：IEC 62196-1：2014主要規(guī)定了一般及通用性要求；IEC 62196-2：2016主要規(guī)定了交流充電接口標準；IEC 62196-3：2014主要規(guī)定了直流和交直流接口標準。

2.2 CCS聯(lián)合充電標準

“聯(lián)合充電系統(tǒng)”(Combined Charging System)，即“CCS”標準，共包含Combo 1和Combo 2兩種連接器形式，分別由SAE以及8家歐美車企制定，可同時支持電動汽車快充及慢充，其組合式直流充電接口標準被IEC采納。

2.3 日本CHAdeMO標準

CHAdeMO充電標準是由日本電動汽車快速充電器協(xié)會倡導，日產、豐田、斯巴魯、本田和三菱聯(lián)合制定，主旨為推進快速充電規(guī)格在日本的統(tǒng)一，全球應用較為廣泛。

2.4 中國GB標準

中國電動汽車充電接口相關國家標準是GB/T 20234“電動汽車傳導充電用連接裝置”系列，該標準是以IEC 62196標準系列為基礎制定，經過2次修訂和完善，最新的充電接口國標GB/T 20234—2015系列于2015年12月頒布，2016年1月實施，共3部分組成，形式接近于IEC 62196-1，2，3，但與IEC標準不兼容。

2.5 車企獨立充電標準

以特斯拉為代表的車企采用了獨立于各標準系列的充電接口，主要應用于美國，可通過充電轉換接頭與IEC和CHAdeMO標準充電接口實現(xiàn)兼容，而出口到中國和歐盟的特斯拉車型均采用了符合當?shù)貥藴实某潆娊涌凇?/p>

3 國內外電動汽車充電接口標準對比分析

目前，全球電動汽車主要應用區(qū)域分別采用了不同類型的充電接口標準，如圖1所示。

圖1 國內外主要充電接口示意

3.1 交流充電接口標準

交流充電由于受不同國家和地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，在充電標準中對充電連接器電壓和電流的要求不盡相同[2]，且物理接口及通信協(xié)議也存在一定的差別。

3.1.1 IEC 62196-2

IEC 62196-2提出“交流針和導電管配件尺寸兼容性和互換性要求”，主要規(guī)定了交流充電接口標準[3]，共包含3種形式：

(1)Type1形式

Type 1引用美國汽車工程師協(xié)會SAE J1772 OCT2017標準[4]，只包含單相交流充電標準，具有120 V及240 V兩種規(guī)格，最大充電電流80 A，最大功率19.2 kW。充電接口具有電子鎖及機械鎖結構，物理結構上使用5針接口（圖2），因此與IEC 62196-2 Type 2及中國國標都不兼容，主要應用于美國、加拿大、韓國、日本、澳大利亞等地。

圖2 SAEJ1772 OCT 2017充電插頭[4]

（2）Type2形式

Type 2由德國牽頭制定，定義了480 V和70 A的最大充電電壓及充電電流，由于德國三相電使用較為普遍，因此實際使用中充電功率可以達到40 kW以上。Type 2采用內部電子鎖機構對車輛插頭和插座進行鎖定，物理結構采用7針接口（圖3），主要應用于歐盟國家。

圖3 IEC 62192-2 Type2充電插頭[3]

（3）Type3形式

Type 3由法、意等國制定，最大充電電壓500 V，最大電流32 A，具備4針單控制引導以及5針雙控制引導2種方式，目前已基本停止使用。

3.1.2 中國國家標準GB/T 20234.2

GB/T 20234.2參考了IEC 62196-2 Type 2的7針物理結構（圖4），采用電子鎖及機械鎖兩種充電鎖止機構[5]。雖然也定義了三相充電電壓為440 V，但因為中國私人住宅及小區(qū)能直接使用三相電的情況較少，所以實際多采用220 V單相電進行充電。

圖4 GB/T 20234.2交流充電插頭[5]

另外，雖然GB/T 20234.2與IEC的Type2均采用7針物理結構布局，但實際在車輛插頭端由于分別采用了不同的公針和母針插芯位置設計，且國標充電插口采用手動按壓控制的機械鎖，充電插頭尺寸小于IEC接口尺寸，所以兩者無法直接互換使用，可采用專用轉換連接器實現(xiàn)充電。

3.2 直流充電接口標準

3.2.1 CHAdeMO直流充電接口標準

主要由日本車企采用，2014年被IEC采納為快速充電國際規(guī)格。CHAdeMO 1.0最大充電電壓和電流分別為500 V、125 A，最大充電功率60 kW，采用CAN總線通信方式，接口采用10針物理連接結構[6]（圖5）。2017年和2018年，先后發(fā)布了CHAdeMO 1.2和2.0版本標準，支持最高達200 kW及400 kW的功率充電。截止2020年2月，全球約建成2.78萬個CHAdeMO標準充電設備。

圖5 CHAdeMO 1.0充電插頭[8]

3.2.2 中國國家標準GB/T 20234.3

GB/T 20234.3采用9針物理結構（圖6），使用CAN總線通信協(xié)議，同時規(guī)定了充電溫度監(jiān)控、機械鎖與電子鎖聯(lián)動、過載和短路保護的安全措施，直流額定電壓不超過1 000 V，額定電流不超過250 A，理論充電功率可達250 kW[7]。截止2020年1月，采用GB/T 20234.3標準的直流充電樁約有22萬臺。

圖6 GB/T 20234.3直流充電插頭[7]

3.2.3 IEC 62196-3

IEC 62196-3提出“直流和交直流引腳與車輛耦合器導電管的尺寸兼容性和互換性要求”[8]，并列包含了中國GB/T 20234.3、日本CHAdeMO對于直流充電接口以及CCS中對于交直流一體充電接口標準的定義[9]。

3.3 交直流結合充電接口標準

3.3.1 Combo1充電方式

Combo 1接口標準由國際自動機工程師學會于2012年10月發(fā)布（圖7），主要在北美地區(qū)使用，具備單相交流電、三相交流電、直流充電3種組合方式。交流模式下，可兼容美日等國使用的SAEJ1772交流接口充電，直流模式下，最高電壓500 V，最大電流可達200 A，功率達到100 kW。

圖7 美國CCSCombo 1充電插頭及插座[8]

3.3.2 Combo 2充電方式

2012年5月，戴姆勒、奧迪、寶馬、福特、克萊斯勒等8家歐美廠商聯(lián)合推出了CCSCombo 2電動車充電器標準（圖8），除3種充電方式外還可實現(xiàn)大功率直流充電。目前該系統(tǒng)可支持最大電壓1 000 V，最大電流由200 A提升至400 A，功率可達350 kW，滿足大功率充電需求。

圖8 歐盟CCS Combo2充電插頭及插座[8]

Combo 1與Combo 2均采用了雙插頭形式，接口的相似度較高，可通過轉換接頭完成兼容充電。但CCS充電標準采用了PLC通訊協(xié)議，與中國GB/T 20234.3、日本CHAdeMO充電標準的CAN通訊協(xié)議有較大差異，無法實現(xiàn)兼容充電。聯(lián)合充電系統(tǒng)可兼容交流充電和直流充電，充電速率的快慢可由選用的充電連接插頭決定，具有一定的便利性優(yōu)勢，廣泛應用于歐美、日本、澳大利亞以及印度等國家。

3.4 大功率充電接口標準

隨著大功率充電概念和技術的逐步成熟，各標準制定組織都在積極擬定大功率充電標準，目前充電接口樣式設計和布局已基本成型。

（1）歐盟委員會已將CCSCombo 2作為歐洲350 kW大功率充電技術發(fā)展方向；

（2）中國于2019年4月公開了大功率充電接口形式，預期最大電壓將達到1 500 V，最大電流600 A，總功率達到900 kW，充電速率將實現(xiàn)全球領先，預計相關標準將于2021年發(fā)布；

（3）日本除發(fā)展功率可達400 kW的CHAdeMO 2.0充電標準外，也積極與中國合作開發(fā)下一代大功率充電標準，2019年6月，日本CHAdeMO協(xié)會宣布與中國共同研發(fā)900 kW直流快速充電樁；

（4）美國大功率充電設施則多采用CCS以及CHAdeMO 2.0兩種標準的充電接口，實現(xiàn)較大功率的充電。

3.5 特斯拉充電接口標準

美國市場銷售的特斯拉車型使用了一套獨立于各標準系列的充電接口，可通過充電轉換接頭與IEC和CHAdeMO標準充電接口實現(xiàn)兼容。

早期出口到中國及歐洲的特斯拉車型均采用了與歐洲主流充電模式相似的IEC 62192-2 Type 2型充電接口，但由于特斯拉在充電插座上端設計了一個缺口，充電插頭較IEC插頭多出凸起物，因此，其他品牌電動汽車無法使用特斯拉專用充電設施，但特斯拉車型可使用IEC接口的充電樁。

現(xiàn)階段出口到中國的特斯拉車型采用了GB/T 20234的交流和直流充電接口，出口到歐洲的特斯拉車型采用了CCSCombo 2接口，均可使用符合本地接口標準的充電樁。

各類電動汽車充電接口標準主要技術參數(shù)如表1所示。

通過對于全球主要電動汽車充電接口標準的分析可知，各標準之間相互借鑒、參考、引用和采納，形成了全球充電接口標準體系，如圖9所示。

圖9 全球電動汽車充電接口標準體系

表1 主要充電接口標準的參數(shù)對比

4 結論和建議

（1）全球范圍內使用較為廣泛的充電標準包括CCS和CHAdeMo兩種標準，支持車型較多。其中，CCS充電模式將交流和直流接口合二為一，減少了接口數(shù)量，降低了充電器和車身零部件的制造成本，得到各大歐美車企的推動，具有較大市場潛力。

（2）全球范圍內采用GB/T 20234標準的充電設施數(shù)量最多，作為國際電動汽車技術和產業(yè)發(fā)展的重要推動力量，中國應積極參與國際標準的制定，引導全球充電標準的協(xié)調和統(tǒng)一，并在未來大功率充電、無線充電、V2G等新型充電標準的制定中，發(fā)揮更大的作用。