详解电动汽车充电接口及通信协议5项国家标准

    质检总局、国家标准委联合国家能源局、工信部、科技部等部门,在京发布新修订的电动汽车充电接口及通信协议5项国家标准。
    中国于2011年12月22日颁布了自己的电动汽车充电接口和通信协议4项国家标准。但是,对充电时的电流、电压、功率等细节并未进一步地做出详尽要求。此次5项标准修订电动车充电接口在硬件和软件层面最终实现了统一,全面提升了充电的安全性和兼容性。本文将对新国标做详细解读。
    充电接口标准几经修订
    中国在2006年就发布了《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》(GB/T20234-2006),这个国家标准详细规定了充电电流为16A、32A、250A交流和400A直流的连接分类方式,主要借鉴了国际电工委员会(IEC)2003年提出的标准,但是这个标准并未规定充电接口的连接针数、物理尺寸和接口定义。2011年,中国又推出了GB/T20234-2011推荐性标准,替换了部分GB/T20234-2006中的内容,其中规定:交流额定电压不超过690V,频率50Hz,额定电流不超过250A;直流额定电压不超过1000V,额定电流不超过400A。
    此次新国标的充电接口标准提高了电压和电流等级,并且调整了信号针和机械锁的部分尺寸,明确了电子锁的有关要求等。
    另一方面,新标准对充电设备是有很大好处的,对充电设备的推广应用有很大帮助。在此前充电设备面临“谁建谁用”的问题,国标重点统一了充电桩通信协议,这意味着电动车充电接口在硬件和软件的标准层面最终实现了统一,这将提高充电设备的利用率。
    新国标都有哪些改变
    相对于旧标准,新标准改动很多,有一些是细节上优化,譬如充电接口标准本次修订提高了电压和电流等级,从而提高了充电功率,缩短了充电的时间,并且调整了信号针和机械锁的部分尺寸,优化了连接时序等。
    1.通用要求
    此次新国标要求在直流充电枪内安装电子锁,同时预留车辆插座加装电子锁的机械结构。而实施方案将由充电桩企业来完成,车企可能将会增加控制导引电路。
    新国标规定,在交流充电电流大于16A时,供电揭开和车辆接口应具有锁止功能,该锁止地功能应符合GB/T20234.1-2015的相关要求。供电插座和车辆插座应安装电子锁止装置,防止充电过程中的意外断开。当电子锁未可靠锁止时,供电设备或电动汽车应停止充电或不启动充电。
    直流充电时,车辆接口应具备锁止功能,该锁止应符合GB/T20234.1-2015的相关要求。车辆插头应安装机械锁止装置,供电设备应能判断机械锁是否可靠锁止。车辆插头应安装电子锁止装置,电子锁处于锁止位置时,机械锁应无法操作,供电系统应能判断电子锁是否可靠锁止。当电子锁未可靠锁止是,供电设备或电动汽车应停止充电或不启动充电。
    同时,电子锁止装置应具备应急解锁功能,不应带电锁且不应人手直接操作解锁。
    此外,通用要求还规定了,供电接口和车辆接口的功能性说明、接口温度监控、神域电流保护器、供电设备过载和短路保护、充电的急停、供电设备的维修等要求。
    2.通信协议的细化
    过去的标准详细地规定了不同信号的定义,而新标准不仅规定了定义,还规定了各种状态下的传输速率、报文超时的判定、最大电流输出的判定,对故障和报文发送终止也做了规定。
    在新标准中,明确规定电机与BMS之间的通信速率,而在旧标准中,并没有进行限制,只是提到了推荐值。据标准,在通信环境恶劣的专用场合(如通信距离较长的商用车充电战),经供电设备制造商和电动汽车制造商协商一致,可采用50kbit/s的通信速率。
    报文选项分为必须项和可选项,对于同一帧报文中全部内容为可选项,该报文可选择不发送,对于同一帧报文中部分内容为可选项,可选项所有按照标准规定格式发送或填充1,标准未规定的无效位或字段填充1。标准未规定的位或预留位填充1。
    BRM增加了8个字节用于预留,CML增加最小充电电流字段,CCS增加充电暂停字段,增加BMS中止充电故障原因等。此外还增加了充电时序流程图、充电过程故障处理方式、报文开始发送和中止条件等。
    3.充电接口的修改
    据介绍,本次修订重点考虑充电的安全性和兼容性,增加了充电温度监控、机械锁与电子锁联动、过载和短路保护等安全措施,完善了充电控制导引和时序、故障分类信息、冗余保护等内容,提高了标准的适应性和可操作性。
    3.1 交流充电接口部分
    电动汽车传导充电用的交流接电口,其额定电流从不超过32A修改为不超过63A。如果供电接口使用了符合GB2099.1和GB 1002的标准化插头插座,则不适用于这些插头插座。
    充电接口的额定电流值增加10A和63A。如图所示:

    备用触头扩展为三相充电功能。如图所示:

    在充电连接界面中增加了R4电阻,如图所示:

    此外,本次标准修订删除了控制导引电路与控制原理,修改了充电接口控制导引触头和机械锁的部分尺寸,增加了插座内的排水孔(可选),密封圈封改为可选,修改了插头空间尺寸要求。
    3.2 直流充电接口部分
    修改了充电接口最高额定电压,额定电压不超过100V(DC)、额定电流不超过250A(DC)。
    增加了充电接口额定电压80A和200A,如图所示:

    调整了充电连接过程中触头耦合顺序,其顺序为:保护接地、充电连接确认(CC2),直流电源与直流电源负,低压辅助电源与低压辅助电源,充电通信,充电连接确认(CC1);在脱开的过程中则顺序相反。
    此外,本次新国标删除了充电模式4的直流充电控制导引电路与控制原理;修改了充电接口控制导引触头和机械锁的部分尺寸;修改了插电空间尺寸要求等。
    充电标准的认证和检测
    国标委主任田世宏表示,新标准确保了电动汽车与充电设施的互联互通,避免了市场的无序发展和充电“孤岛”,有利于降低因不兼容而造成的社会资源浪费。下一步,质检总局和国家标准委将会同有关行业部门推动充电设施产品认证与准入管理制度使用新标准,促进充电设施和电动汽车生产企业按新标准组织生产,已建、在建充电设施要按新标准进行更新升级换代。同时,国家标准委将加强充电设施互操作性测试、充电站安全防范、运营服务等配套标准的制定工作,为充电设施管理、运营、维护等各环节提供技术支撑。
    不过在目前,与之前国标相同的是,检测认证是企业自愿行为,不是强制性的。
    国家能源局副局长郑栅洁透露,下一步,国家能源局将加快充电基础设施的建设,进一步规范充电基础设施行业准入,把符合新国标作为充电设施市场准入的条件之一。
    应用改造方面
    在接口标准上,国际上直流充电有四种技术方案,即欧标、美标、日本标准和中国标准,而在实行方面,中国充电桩将不会对其他标准实行兼容。国外企业的产品需要进行改进,在中国的市场上符合中国的标准。
    对于已经建成和售出的充电桩和电动车在新标准实施后将怎样处理的问题,国标委相关负责人表示,“对于在个人充电桩充电的私家车,和在固定线路为内部公交车、出租车充电的充电设施及其车辆,不存在新旧标准兼容的问题,不需要修改;已建成的充电桩中,面临改造的主要是公用充电桩。”
    值得注意的是,由于充电接口也包括电动车的一端,因此电动车也需要调试改造。根据新国标,电动车既要改造软件上的通信协议,又要改造硬件上的控制导引电路。因此,如果车主未来需要用到公用充电桩,那就需要对车辆进行升级改造,如果自家私用的充电桩就可以满足车辆的日常用电需求,车主也可以选择不对车辆进行改造。