劉永東：電動汽車充電設施技術及標準

01 不同充換電技術發(fā)展評估

1. 2015版充電技術路線

即2015年國家出臺《加快充電基礎設施建設意見》后提出的充電技術路線，目前應用最多。以居住地慢充為主，以道路旁、停車站、高速公路旁建設快充為輔，在特定領域進行換電。隨著我國居住區(qū)、單位停車場、城市公共場所建設充電設施的發(fā)展，2015版充電技術將長期存在，進一步完善。

2.換電技術

今后一段時間電池更換技術仍主要應用于局部區(qū)域運行的特定車輛，如出租車、租賃、公交車等?？紤]到電池的梯級利用以及儲能、能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電池更換還有探索的空間。

2011年—2014年，曾以電網(wǎng)公司為主導進行了換電探索，效果不好。新能源汽車最大的成本是電池，電池是技術中非常核心的制高點，當年提出“車電分離”，看似降低了新能源汽車的門檻，但車企是不滿意的。換電要想產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化，電池箱、接口標準化是前提條件。如果要求電池標準化、統(tǒng)一化，那么不僅電池企業(yè)會有不同聲音，也限制了車型的設計，車的個性化很難得到體現(xiàn)，價格就很難提高，這就限制了車企發(fā)展。

2016年后又以車企為主導推行了新一輪換電技術路線。電池和車企的利益主體一致，應用范圍主要在出租、租賃領域。該領域車型相對穩(wěn)定，容易實現(xiàn)電池箱的標準化。

此輪換電還延伸了產(chǎn)業(yè)鏈，把換電和電池的更換、儲能結(jié)合起來。電池的一致性相對較好，電池維護使用和乘用車相比更加安全可靠，換電情況下電池再利用的可能性更高，電池梯級利用更容易實現(xiàn)。

3.大功率直流充電技術

2018-2019年，大功率充電關鍵技術研究、關鍵標準制定(如大功率充電接口、液冷電纜組件、通信協(xié)議)、小規(guī)模試運行；2020-2022年，投入商用；2023-2025年，開始大規(guī)模投入使用。

大功率充電的應用場景有：

1)長續(xù)航里程汽車。新能源汽車的續(xù)航里程越來越長，很多車型到了四五百公里，其電池容量相對較低，按2015版充電體驗非常差，需要大功率充電技術。

2)出租、物流領域，時間寶貴，更希望加快充電。

3)公交、重載汽車，電池數(shù)量特別大，原充電速度遠不能滿足需求。

4)特大城市公共充電。2015版充電技術以慢充為主，特大城市停車位非常緊張，公共充電是剛需。廣州充電平臺調(diào)研顯示，一個人平均一周兩次在外充電，每次40-60分鐘，難以長期忍受。充電時間應保持在30-60分鐘。

5)高速公路，很難想象到2035、2050年五一、十一等高峰期，新能源汽車還在高速公路服務區(qū)一輛車充半小時，服務區(qū)將變成停車場。

4.小功率直流充電技術

2018-2019年，小功率充電關鍵技術研究、關鍵標準制定、小規(guī)模試運行；2020-2022年，投入商用，大規(guī)模投入使用。其定位是為代替交流充電樁提供一個新選擇。

小功率直流充電起源于物流車。為了節(jié)省成本，物流車往往把車上的OBC取消掉，使用便攜式10千瓦、15千瓦的直流充電器。按照GB/T 18487標準要求，直流充電必須硬性連接，必須和電網(wǎng)電源固定連接，便攜式直流充電器不符合標準。必須開發(fā)便攜式的小功率直流充電機，來解決臨時充電的產(chǎn)業(yè)需求。車企正在探索：取消車上的OBC，設計7千瓦、15千瓦壁掛式的直流充電機，解決小功率充電問題。

這條技術路線對整個產(chǎn)業(yè)很有價值。對車企來講，取消OBC可節(jié)約空間，簡化充電技術路線，降低成本。對運營商來講，直流充電才有通訊協(xié)議，今后跟電網(wǎng)互動是必然的，如預約充電、有序充電等都需要車樁互動，小功率直流充電可解決這個問題。從社會總成本來講，OBC是定制化產(chǎn)品，成本較高，變成小功率充電就變成線下產(chǎn)品，成本必然大幅下降。

目前行業(yè)標準的前期準備工作正在進行，行業(yè)標準計劃已申請立項，預計2020年底將出臺。

5.無線充電技術

目前，無線充電的相關技術和標準還處于逐步完善階段。預計到2020年，無線充電標準基本可以支撐無線充電的互操作性要求；2020-2025年期間，無線充電技術將逐步實現(xiàn)商業(yè)化運營，從局部特定場合下應用向普通商業(yè)化應用擴展。其應用場景主要包括：自動駕駛汽車，高端汽車，共享汽車，立體停車庫，景區(qū)、場站專用車等。

6.V2X技術

產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢：V2G (電網(wǎng))，V2H\V2B(住宅)，V2L(負載)，V2V(車)，有序充電、需求響應、微電網(wǎng)下的充放電、虛擬電廠、能源互聯(lián)網(wǎng)。

V2X技術涉及的領域比較多，現(xiàn)階段談V2G還為時尚早，V2G的路線要結(jié)合不同的場景，現(xiàn)階段有價值的就是無線充電。

綜上所述，不同技術路線有不同需求，適用不同應用場景，充電技術應滿足用戶具體的充電需求；充電技術產(chǎn)業(yè)化進程和充電技術成熟、成本降低密切相關，也和電動汽車發(fā)展密切相關；不同充電技術路線存在一定替代性。建議各地建立適用不同充電需求的充電服務體系。

02 大功率充電技術及標準

1.大功率充電技術背景

電動汽車大功率充電技術包括兩類，一是傳導大功率充電，二是無線大功率充電。其中，傳導大功率充電分為乘用車大功率充電技術、客車大功率充電技術。傳導大功率充電技術充電功率≥350kW，充電時間約為10-15分鐘，續(xù)航里程可達300公里。

自2016年起，先后召開國內(nèi)、國際相關會議50余次，聯(lián)合行業(yè)開展相關標準的預研工作。國際層面上，跟德國、日本、美國都開展了深入的研討。

2. 大功率充電技術工作思路

大功率充電技術采取了廣泛調(diào)研、行業(yè)討論、關鍵技術聯(lián)合研發(fā)、示范試點建設、標準研制和國際合作的工作思路。參與企業(yè)有電動汽車、動力電池、充電槍、充電電纜、充電機等。

廣泛調(diào)研：中電聯(lián)先后與電動汽車制造企業(yè)、充電服務運營商進行了廣泛深入調(diào)研；中促盟啟動了《電動汽車充電技術發(fā)展路線圖與標準體系建設》研究課題并進行了行業(yè)調(diào)研。

行業(yè)討論：針對大功率充電接口采用新接口的技術路線進行行業(yè)大討論；對我國大功率充電接口進行可行性分析，分別就原接口采用加冷卻方式與新接口加冷卻方式進行對比分析，形成了《我國大功率充電接口可行性分析報告》。

關鍵技術聯(lián)合研發(fā)：對大功率充電中的汽車電壓等級、快充電池及電池熱管理、充電連接器組件、通信協(xié)議、充電機等關鍵技術進行行業(yè)聯(lián)合開發(fā)。

示范試點建設：國家電網(wǎng)公司、萬幫新能源投資有限公司、深圳奧特迅電器股份有限公司等牽頭，在北京、南京、常州、濟南、深圳等地，汽車、電池、充電連接器企業(yè)、充電設施企業(yè)聯(lián)動。北汽、一汽、比亞迪、戴姆勒、寶馬、奧迪等車企，將派車進行測試。

研制標準：針對充電連接器組件、通信協(xié)議、充電機等標準進行制修訂，形成與現(xiàn)有充電技術標準體系兼容的大功率充電技術標準。

國際合作：堅持以我為主，充分利用國際資源；在國際標準化工作中積極參與，發(fā)揮主導作用。

大功率充電技術是現(xiàn)有2015版充電技術路線的補充，是一定場景下的應用需求，將和現(xiàn)有充電技術路線長期并存。

3.開展大功率充電的條件

大功率充電技術作為一項系統(tǒng)工程，從技術提出到完成標準制定，需要2-3年時間，為了適用2020年前后汽車的發(fā)展規(guī)劃，有必要抓緊開展大功率充電技術的研究、工程實踐和標準預研工作。

整車方面，大部分車企計劃在2020年充電電流升至200-400A，2025年達到500A，續(xù)航里程將達到400～500公里。

動力電池方面，以寧德時代為代表的電池企業(yè)計劃2018年量產(chǎn)3C倍率充電的動力電池，采用合理充電區(qū)間和充電策略保證動力電池使用壽命。

充電設施方面，以充電堆為代表的新充電技術，實現(xiàn)了充電模塊的集成與充電功率的動態(tài)分配，充電功率達到350kW及以上。

4. 大功率充電技術主要技術指標

大功率充電設施應用后不會影響原有充電設施的布局和應用，不存在技術路線重來的現(xiàn)象。

1)乘用車遠期目標

?充電電壓1000(1500)V

?充電電流：不帶冷卻，最大電流120A，功率120kW；帶冷卻，最大電流400～500(600)A。

?接口標準實現(xiàn)向前兼容。

2)電動客車

?終端充電：2015版接口或大功率充電接口 。

?途中充電：充電弓補電。

3)向前兼容方案

大功率充電機將配備大功率充電和2015版兩種接口，可以隨車配套接口適配器，可在現(xiàn)有充電設備上繼續(xù)使用2015版充電。導引電路向前兼容并繼續(xù)使用與2015版相同的CAN 物理接口，適配器只完成物理尺寸轉(zhuǎn)換，成本控制在非常低的范圍內(nèi)。

5. 大功率充電技術主要技術方案

1)電動汽車電壓平臺技術方案

?實現(xiàn)充電功率的提升，采用升高電壓平臺或提高充電電流。

?技術指標上，充電電壓平臺要達到1000V—1500V，充電電流要達到400安—500安。目前提出了一些簡化口號，如“充電10分鐘，續(xù)航300公里”，希望充電體驗和加油體驗一致，讓車主不再為快速補電耗時長而苦惱。

?國內(nèi)已有少數(shù)企業(yè)能夠生產(chǎn)800V電壓等級的高壓零部件。限于制造工藝和規(guī)模不足，目前成本還較高。由于電流的升高存在明顯的性價瓶頸，升高電壓在未來也是必由之路。

2)動力電池技術方案

?動力電池可以實現(xiàn)高能量密度和快充性能的平衡。

?研究正負極材料、電解液、隔膜、和極片設計，改善鋰離子的接收和傳輸能力，實現(xiàn)電池高倍率充電放電能力，正確識別電池在不同溫度和SOC下的“健康充電區(qū)間”，確保延長壽命。

?快充電池技術在逐漸完善，目前在北汽、一汽進行示范站建設，到2020、2021年有望逐漸產(chǎn)業(yè)化。

3)充電連接組件技術方案

?若沿用2015版充電連接器，優(yōu)點是與現(xiàn)有標準接口兼容，缺點是難以改進現(xiàn)有缺點，提升空間有限。

?若重新設計具有向前兼容但物理結(jié)構(gòu)有所改進的連接器，優(yōu)點是可以全面改進現(xiàn)有方案的固有問題，減小尺寸，提升安全性能；缺點是需要采用轉(zhuǎn)接頭的方式實現(xiàn)向前兼容。

?目前我們建議采用全新接口的大功率充電技術來適應和推動行業(yè)的發(fā)展。

?連接器設計在尺寸上做到了最小，同時考慮了與交流接口的組合方案；安全性能提升，特別是在機械和電氣設計上；支持技術升級，考慮人體工程、日常維護及未來新技術(如機械輔助充電)等要求；國際交流和合作，吸取了優(yōu)缺點；充分考慮了向前兼容問題。

4)通信協(xié)議技術方案

?比較現(xiàn)有PLC、CAN、以太網(wǎng)三種不同通信方式，決定繼續(xù)采用CAN通信方式，并基于現(xiàn)有的GB/T 27930-2015進行擴充修改：完善通信協(xié)議版本信息，擴充大電流充電范圍，增加溫度監(jiān)控信息、放電功能、熱管理功能、預約充電、即插即充等新功能的信息交互，明確故障等級及處理方式，對故障信息進行了完善和分類。

?2019年準備啟動修訂GB27930：第一，滿足大功率的需要；第二，增加對支持小功率充電的需要；第三，支持充放電的雙向互動；第四，增加信息安全；第五，即插即充的技術路線。

5)充電機技術方案

提升充電接口的載流能力，提升充電機最高輸出電壓，完善散熱設計，增強保護的及時性。充電機升級比較容易實現(xiàn)。

6)電網(wǎng)配合技術方案

作為電動汽車能量補充的必要手段之一，大功率充電在規(guī)劃布點時一般只放在高速公路服務區(qū)、商用車集中停靠站點等真正有需求的地方，站點不會很多，結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃、合理布局。尚需開展電動汽車與電網(wǎng)互動，增強電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰能力，在有必要的站點綜合儲能設備，減少對電網(wǎng)的短時沖擊。

7)充電安全技術方案

?車企的BMS依然是核心問題，充電策略沒有變化。唯一變化是增加溫度監(jiān)控裝置，一旦溫度過高就必須降低電流。

?大功率充電過程并不是一直滿功率充到百分百，更多的是前一階段快充，后面階段慢下來。

6.大功率充電標準

電動乘用車方面規(guī)劃中的標準有：

?電動汽車大功率非車載直流充電系統(tǒng)： 通用要求；

?電動汽車大功率非車載直流充電系統(tǒng)： 通信協(xié)議；

?電動汽車大功率非車載直流充電系統(tǒng)： 連接組件；

?電動汽車大功率非車載充電機： 技術要求；

?電動汽車大功率非車載充電機： 測試要求。

電動客車方面規(guī)劃中的標準有：

?電動客車電動客車頂部接觸式充電系統(tǒng)：通用要求、連接器。

大功率充電標準已從行業(yè)標準上做了規(guī)劃，包括充電機、通訊協(xié)議及相關連接組件等。連接組件包括充電槍和電纜，一體化冷卻。

7.大功率充電示范試點

國網(wǎng)電動汽車服務公司于2018年底至2019年初在北京、山東、江蘇、湖南、福建等地建成3-5個大功率充電示范項目，涵蓋乘用車的大功率插充和商用車的大功率充電弓模式，以及群充群控、公共直流母線、充光儲一體化、自動充電和即插即充等不同類型的充電技術應用，功率范圍覆蓋240kW-600kW。

萬邦新能源投資有限公司規(guī)劃建設3種類型共4個示范站點，常州總部充電站為新建大功率高效率全液冷充電系統(tǒng)，已經(jīng)完成；北京東亞怡園、長春金川街場站是在現(xiàn)有運行站進行改造；南京古平崗站為在已投運公交充電站上改造。

深圳奧特迅電力設備股份有限公司對已投運的深圳市電動汽車充(放)電機與電網(wǎng)雙向互通工程實驗室進行改造，在原有的電動汽車柔性充電堆基礎上，新增大功率充電終端，具備大功率充電能力。

03 無線充電技術及標準

1.電動汽車無線充電產(chǎn)業(yè)及技術現(xiàn)狀

我國高度重視電動汽車充電技術，開展了傳導充電、無線充電、電池更換等充電技術研究及應用。大部分主流乘用車車廠對無線充電系統(tǒng)進行了適配。從2014年開始，共部署有十幾條商用車無線充電商用示范線。2016年初建立了首條乘用車移動式無線充電示范道路。目前正在建設首條乘用車移動式無線充電示范道路。

1)行業(yè)標準制定組織

中國電力企業(yè)聯(lián)合會、能源行業(yè)電動汽車充電設施標準化技術委員會、能源行業(yè)電動汽車充電設施標準化技術委員會無線充電標準工作組。

中國汽車技術研究中心，全國汽車標準化技術委員會、全國電動汽車標準化分技術委員會 (SC27)。

2)在編標準概況

目前在編的五部分標準，前四部分已編制完成，正在上報，第五部分已啟動編制。

?第一部分：通用要求。規(guī)定無線充電系統(tǒng)框架、功率等級、安全要求、結(jié)構(gòu)要求、機械要求等電源設備通用類要求。

?第二部分：通訊協(xié)議。規(guī)定無線充電系統(tǒng)充電控制流程以及充電過程中的消息定義、參數(shù)定義。

?第三部分：特殊要求。規(guī)定磁耦合方式無線充電系統(tǒng)關鍵參數(shù)、功能以及相應的測試方法。

?第四部分：電磁暴露限值。規(guī)定電磁曝露限值以及電磁場的測試方法。

?第五部分：電磁兼容性。規(guī)定電磁兼容性的限值以及測試要求、試驗方法。

3)新國家標準立項獲批

《電動汽車無線充電系統(tǒng) 第六、七部分：互操作性及測試(車輛端、地面端) 》《電動汽車無線充電系統(tǒng) 第八部分：商用車應用特殊要求 》《立體停車庫無線供電系統(tǒng) 技術要求 》完成立項。

4)電動汽車標準化工作思路

我國無線充電的技術跟國外相比還有差距，無線充電的標準要結(jié)合國內(nèi)技術的成熟度來開展。電動汽車標準化工作分四個步驟：優(yōu)先制定無線充電的基礎標準，為產(chǎn)業(yè)提供發(fā)展環(huán)境；加快制定無線充電互操作標準，為產(chǎn)業(yè)提供應用條件；試點制定無線充電產(chǎn)品標準，為產(chǎn)業(yè)提供推廣基礎；制定無線充電運維標準，為產(chǎn)業(yè)提供服務準則。

5)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

目前，無線充電的相關標準還在逐步完善，無線充電技術在電動汽車上的初期應用仍將集中在中高端車型，預計到2020年，無線充電標準基本可以支撐無線充電的互操作性要求；2020-2025年期間，無線充電技術將逐步實現(xiàn)商業(yè)化運營；2025年以后隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)成熟，無線充電產(chǎn)業(yè)也將實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

產(chǎn)業(yè)化成熟之前，立體車庫、專用場站、示范試點等無線充電項目會得以發(fā)展。實現(xiàn)電動汽車無線充電系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，滿足電動汽車無線充電系統(tǒng)互操作性，是電動汽車無線充電技術在公共領域普及應用的關鍵。

2.無線充電互操作測試活動

無線充電互操作性標準需要開展大量實驗驗證，我們組織了互操作性行業(yè)的測試活動，得到了行業(yè)的高度關注和廣泛參與，國內(nèi)外25家機構(gòu)、公司，包括車、設施企業(yè)都參與了測試活動。

測試活動的目標是：通過電動汽車無線充電產(chǎn)品及互操作性測試活動，確定無線充電產(chǎn)品性能測試的項目、測試方法以及配套的測試裝置；確定無線充電產(chǎn)品安全測試(包括EMC， EMF，F(xiàn)OD等)的項目、測試方法以及配套測試裝置；確定無線充電互操作性的測試項目、方法以及配套測試裝置；根據(jù)我國互操作性測試結(jié)果，制定我國互操作性及測試標準。

3.無線充電頻率選擇

目前的頻率段大概是79K赫茲到90K赫茲，中心頻率點在85K赫茲。頻率的確定需要得到政府部門批準；頻率的選擇需要國際協(xié)調(diào)統(tǒng)一(ITU)；頻率的選擇需要與廣播電視系統(tǒng)博弈；頻率的確定可能帶來技術路線的確定。

4.無線充電電磁環(huán)境 EMF

據(jù)悉，中華人民共和國機動車環(huán)保信息隨車清單(中國第六階段)第二部分“檢驗信息”中將把GB 8702(預留)作為第10項“型式檢驗信息”依據(jù)標準之一。GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》為強制性國家標準。GB 8702修訂的主要變化是增加了1Hz～100kHz頻段電場和磁場的公眾曝露限值。

GB 8702標準是公共環(huán)境下的電磁環(huán)境要求，不是產(chǎn)品質(zhì)量標準；線充電系統(tǒng)電磁環(huán)境指標應符合無線充電產(chǎn)品標準，可以不按照GB 8702標準制定；電動汽車周邊環(huán)境應符合GB 8702標準；針對無線充電系統(tǒng)保護區(qū)域3的距離開展測試活動。我們計劃到環(huán)保部溝通，希望明確第六階段的環(huán)保信息隨車清單不含GB 8702。

(來源：電車資源EV江湖 ChinaEV100)

)，聯(lián)系電話：0755-82433081 ，微信：314585903。

2019中國(西安)新能源汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)大會

5月17-18日，由電車資源、西安新能源汽車產(chǎn)業(yè)協(xié)會聯(lián)合主辦的“2019中國(西安)新能源汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)大會”將在西安舉行。此次大會以“新能源汽車的革新?lián)Q代”為主題，得到了陜西省工業(yè)和信息化廳 、西安市人民政府的指導；邀請新能源汽車行業(yè)的國家院士、資深專家、車企領導、零部件企業(yè)技術總工、車產(chǎn)品運營企業(yè)領導等，從企業(yè)關注的后補貼時代國家政策層面、產(chǎn)品技術升級與發(fā)展方向、新能源乘用車網(wǎng)約化之路、電動物流車綠色城配之選等熱點問題進行探討。 。點擊了解大會詳情>>>