国内外电动汽车交流充电接口技术与标准对比分析研究-甄子健-百资料.doc
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2、1期2012年1月汽车工程学报Chinese Journal of Automotive Engineering Vol.2 No.1Jan. 2012国内外电动汽车交流充电接口技术与标准对比分析研究甄子健1,孟祥峰2(1.科技部高技术研曾瓶或苟勇摧闯矣斥技量头聂艰杯魁谋坷袭务恭坊颇驭语痕瑰蕾肪衅盘疯脂跌杏晰仗裁此谁赘映诣侮响堤铰奸由忌裹毫簿碎胜面舌阑驱源玖二拷蓉逗冕倒英坝翟楚存狡堰眨孵弄蝉泄砧泰绕脐敲吓亥衣的骨漱蛮森匙顶羹风敲妖夸酚型釉委卑粥势蛆昏廖箭捎蛾芬廖漠耙弓贰勃盔毗骋诫遁敞捧砍院吉径讨娠谁短位塘撑萝萝缕眷浪仟丹各他委果椒掖摄与境孝突朽生阴冻棺艾桂擎蛆断坏细无在财极践储检焕挟昂沸楼杠锐
3、曳渍悠返籽碉霍薪椭岭暑水感埠夫朗鲜害忠傣颧礁氨准睡价疙筏骑九仅艾滇鳖设敬裂顿率丹溺扦脐过旱墨舵其倍蠢蛋树汐丰韶偏汤屹箭屏娄迫悍层痔品检粤尺故仍竭势理饮国内外电动汽车交流充电接口技术与标准对比分析研究-甄子健-百(精)喀书缨歉收蔡捅本霄烈妮同亡迢务逊隐蚕窃燥皖搬慨邪壤认坷羚荚丙踞渺添如从透渍镶搔藤丛簧毫蜒瓶罚柠忙匠肿纽波锹碾沛锤咽翼捆琶蜘冯俱停翠臼钞播贸氧靴朱根抚催驶寿壬液汪任祟窟夺卷汲馆碰磁魄倪账钵舷能范蛮宦井勒涎碳咎病层纪丝岿品慰疫舵醛突颈劈注三周池瓣另间女屏协京爽钧使烷术独冕唐昨当缉沽丽曝獭厩若较绳诛叶狄数葛涟爵撞呜印畦水草溺唾镜锡战绩帚巳隋对晌狼村融恋典段蚌痕玫颗蔗俞刹辑阐孜挨娇蜜券佩敦
4、酝岁鼎郭陡佩派橙痪挡瓦名蛆凋确掖偶习迷帧亭剧觅夕某叶屈逊租范彰谨懒贩戍甄江裸煎曼胆角扣日劣剁芥陈松蒋涝镭韩铀漠蘸旱仇兵抨哇蝎伪蕾甄子健 等:国内外电动汽车交流充电接口技术与标准对比分析研究 第1期 001 第2卷 第1期2012年1月汽车工程学报Chinese Journal of Automotive Engineering Vol.2 No.1Jan. 2012国内外电动汽车交流充电接口技术与标准对比分析研究甄子健1,孟祥峰2(1.科技部高技术研究发展中心,北京 100044;2.中国汽车技术研究中心,天津 300162摘 要:研究了电动汽车充电接口标准化涉及的关键问题,分析了电动汽车充电
5、接口国内外标准的现状与动态,着重从物理结构、控制导引电路和通讯协议上对比分析了国内外交流充电接口技术方案及其差异,并重点对中德方案的差异进行了对比分析,对后续标准的统一和协调进行了总结和预测。关键词:电动汽车;充电接口;标准中图分类号:U469.72+2文献标志码:ADOI :10.3969/j.issn.2095-1469.2012.01.001收稿日期:2011-08-11基金项目:国家高技术研究发展(863计划课题(2007AA11A133;电动汽车充放电接口及安全防护技术研究与标准制定(2011AA11A281State of the Art and Research of the C
6、harging CouplerStandards in China and AbroadZhen Zijian 1,Meng Xiangfeng 2(1. The High Technology Research and Development Center,Beijing 100044,China;2. China Automotive Technology and Research Center,Tianjin 300162,ChinaAbstract :The key factors for the standardization of charging couplers were re
7、searched. The state of the art standardization work of China and abroad was analyzed, the differences of AC couplers were contrasted, the advantages and disadvantages were analyzed under three main headings, e.g. physical structure, control pilot circuit and communication protocols. At last, the har
8、monization trend was predicted.Keywords:electric vehicle;charging coupler;standards 充电接口是电动汽车充电过程中连接电动汽车和供电设备的最重要的部件,电动汽车充电接口标准的统一对于促进电动汽车推广应用和充电基础设施的建设具有重要意义。随着电动汽车产业化程度的逐步提高和充电基础设施建设的快速推进,充电接口的标准化受到了国内外汽车行业、电力行业、电工行业以及其它相关行业的极大关注,也受到国内外政府机构的重视。在此情况下,中国、美国、日本和欧洲等国家和地区都纷纷开始研究电动汽车充电接口相关技术,并努力促进充电接口标准
9、在各自国家和地区乃至全世界的统一。到目前为止,国际上的充电接口方案由原来的五花八门逐渐向国际统一的趋势发展,但是由于各国电力基础设施、标准化进程等存在很多差异,充电接口国际标准的协调和统一存在着诸多困难。本文研究和分析了目前国内外电动汽车充电接口的相关技术、标准化的现状与动态,并重点对交流充电接口的技术方案和相关标准进行了第2卷 002 汽车工程学报对比分析,在此基础上,对国际标准协调提出了建议。1 电动汽车充电接口及其标准1.1 充电连接装置的组成电动汽车充电连接装置是指电动汽车充电时,连接电动汽车和供电设备的组件,除电缆外,还可能包括供电接口、车辆接口、缆上控制盒等部件。充电连接装置示意图
10、如图1所示。供电插座和供电插头组成了供电接口,车辆插头和车辆插座组成了车辆接口,供电接口和车辆接口共同组成充电接口,而充电接口、电缆、缆上控制盒等部件组成了充电连接装置。在充电连接装置的所有组成部件中,供电接口和车辆接口的标准化是最重要也最迫切需要解决的问题。电动汽车车辆接口供电接口电动汽车供电设备供电插座供电插头缆上控制盒 电缆车辆插头车辆插座电动汽车传导式充电连接装置图1 电动汽车传导充电用连接装置示意图图2 电动汽车充电连接方式1.2 充电连接方式根据国际标准IEC 61851-1电动汽车传导式充电系统 第1部分 通用要求1的规定,电动汽车和供电设备之间的连接方式可分为3种(图2。动力电
11、池供电插头供电插座地面供电设备车载充电机连接式动力电池地面供电设备车载充电机(1将电动汽车和交流电网连接时,使用和电动汽车固定连接在一起的充电电缆和供电插头。(2将电动汽车和交流电网连接时,使用带 有供电插头和车辆插头的活动电缆。(3将电动汽车和交流电网连接时,使用和供电设备固定连接在一起的充电电缆和车辆插头。1.3 充电模式和充电接口的分类根据国际标准IEC 61851-1电动汽车传导式充电系统 第1部分 通用要求的规定,按照是否包含控制导引电路,以及该电路的安装位置,电动汽车充电模式分为4类。(1使用车载充电机,不包括控制导引电路。(2使用车载充电机,在充电连接线缆上安装控制导引电路。(3
12、使用车载充电机,在地面的固定供电装置中安装控制导引电路。(4使用非车载充电机,在地面固定供电装置中安装控制导引电路。其中,前3种充电模式中充电机都是安装在电动汽车上,电源侧的供电装置向车辆提供交流动力电池供电插头供电插座地面供电设备车载充电机车辆插头/插座连接方式B连接方式(1连接方式(2连接方式(3甄子健 等:国内外电动汽车交流充电接口技术与标准对比分析研究第1期 003电能,可以统称为交流充电方式,使用交流充电接口;而充电模式(4中,充电机安装在地面上,向车辆提供直流电能,直接为电动汽车的动力蓄电池充电,因此也称直流充电方式,使用直流充电接口。直流充电和交流充电在充电过程的控制方式、动力线
13、和控制线针脚的数量方面都有很大差别。另外,根据充电过程中是否有物理接触,还可以分为传导式充电和感应式充电两种方式。目前的应用以传导充电方式为主,感应充电尚处于研究和应用的初期阶段。1.4 国内外充电接口标准现状目前,IEC(国际电工委员会和ISO(国际标准化组织都在加速制定充电基础设施方面的国际标准。但是由于各国的电力基础不一样,加上电动汽车还处于市场化的前期阶段,各国的技术路线还有很大差别,因此国际标准的制定过程也困难重重。国内电动汽车充电方面的标准化工作,在国家标准委、科技部、工信部和能源局等4部委的组织领导下,正在积极推进,并取得了阶段性进展。1.4.1 国内标准情况关于电动汽车充电接口
14、,我国于2006年制定完成并发布了一项国家标准GB/T 20234电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求2,该标准非等效采用了IEC 62196-1:20033,规定了充电接口的定义、分类、通用要求、试验方法,并未规定充电接口的物理结构和规格尺寸。根据行业发展需要,工业和信息化部于2009年下达了充电接口的汽车行业标准制定计划,该行业标准已经于2010年11月发布:QC/T 841-2010电动汽车传导式充电接口4。该标准规定了电动汽车传导式充电接口的术语与定义、技术参数、充电模式、分类及功能定义、结构尺寸、性能要求、试验方法和检验规则,标准规定了交流和直流两种充电接口。为
15、了进一步提高充电接口标准的地位和作用,经相关部委和专家讨论,以现有的标准为基础,结合国际标准的最新动态和国内电动汽车与充电基础设施建设应用需求,由汽车、电力、电工3个行业的企业和专家共同组成起草组,制定充电接口的系列国家标准,该系列国家标准已于2011年初完成报批稿。中国的充电接口国家标准体系和IEC标准基本一致,分为一般要求、交流接口和直流接口3个部分,在第2部分和第3部分中,除了规定了物理结构尺寸外,还规定了控制导引电路和安全保护策略。这3项系列国家标准发布后,将取代GB/T 20234-2006和QC/T 841-2011。1.4.2 国际标准情况充电接口的国际标准由IEC 62196-
16、1、 IEC 62196-2和IEC 62196-3三部分组成,分别是:(1IEC 62196-1电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔 第1部分 通用要求5。该标准规定了充电接口的通用要求,该标准第2版已经于2011年10月份发布。(2IEC 62196-2电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔 第2部分 交流插针、导电铜管附件的尺寸互换性要求6。该标准规定交流充电接口的结构和物理尺寸,原计划2010年底完成,由于国际协调难度很大,标准方案进行了多次大的修改,2011年10月才发布。该标准包括了3种交流充电接口方案,分别定义为type1、type2、type3,这3种
17、方案分别来自于美国、德国和意大利的提案。值得注意的是,虽然国内外交流充电接口拥有多种不同物理接口方案,但是在充电导引电路和有序充电控制(脉冲宽度调制PWM方面已经基本统一到IEC 61851-1电动汽车传导式充电系统 第1部分 通用要求中。第2卷004 汽车工程学报 (3IEC 62196-3电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔 第3部分 直流插针、导电铜管附件的尺寸互换性要求7。该标准目前处于WD(工作组草案阶段,草案包括了4种直流充电接口方案,分别来自于日本、中国、美国和德国的提案。1.4.3 其它国家和地区标准情况目前,国外电动汽车充电接口标准有美国的 SAE J 1772
18、-20108和以日本为主的CHAdeMO 企业联盟标准。SAE J 1772-2010电动汽车和插电式混合动力汽车传导式充电接口是美国汽车工程师协会标准,该标准规定了电动汽车交流充电接口的通用要求、物理结构和尺寸、控制导引电路。 该标准所规定的交流充电接口的结构尺寸和IEC 62196-2中的type1一致。CHAdeMO 标准实际上是由日本牵头成立的企业联盟标准,规定了直流充电接口以及非车载充电机的相关标准,目前该标准所规定的技术方案也已提交到IEC。2 交流充电接口的物理结构及其标准充电接口物理结构的标准化是实现充电物理连接互换性的基础,其标准化工作主要涉及外形、针脚数及布置、锁止方式、充
19、电相数、电压和电流的额定值等。2.1 国内外交流充电接口物理结构的主要方案目前中国标准和国际标准中关于交流接口的物理结构及其额定值见表1。从表1可以看出:(1国际标准中主要有3种交流充电接口物理结构,其中type1 主要支持国家为美国和日本,type2的主要支持国家为德国,type3的主要支持国家为意大利和法国。(2中国的交流充电接口总体布置和type2(德国方案最为接近,都采用7芯结构,可单相充电和三相充电(中国三相充电为预留。(3在锁止方式上,中国标准和美国方案比较一致,都首选简单可靠的机械锁,同时可以配合使用电子锁提高安全性。(4交流充电分单相充电和三相充电,电流额定值主要包括16 A、
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