当刘永东电动汽车充电设施技术及标准

刘永东：电动汽车充电设施技术及标准

原规划目标、充电技术路线的选择，是基于2012年、2013年对充电设施的认识，目前产业已发生很大变化。例如：原设想以交流充电为主，大部分车主在自家车位充电，但目前来看，一线城市车位紧张，一比一的交流充电技术路线很难满足车主需求。

另一方面，随着新能源汽车产业的进一步发展，保有量也将继续攀升，对于充电桩的需求也会日益增长，未来充电桩的建设规模非常巨大。

不同充换电技术发展评估

1. 2015版充电技术路线

即2015年国家出台《加快充电基础设施建设意见》后提出的充电技术路线，目前应用最多。以居住地慢充为主，以道路旁、停车站、高速公路旁建设快充为辅，在特定领域进行换电。随着我国居住区、单位停车场、城市公共场所建设充电设施的发展，2015版充电技术将长期存在，进一步完善。

2.换电技术

今后一段时间电池更换技术仍主要应用于局部区域运行的特定车辆，如出租车、租赁、公交车等。考虑到电池的梯级利用以及储能、能源互联的发展，电池更换还有探索的空间。

2011年—2014年，曾以电公司为主导进行了换电探索，效果不好。新能源汽车最大的成本是电池，电池是技术中非常核心的制高点，当年提出“车电分离”，看似降低了新能源汽车的门槛，但车企是不满意的。换电要想产业化、规模化，电池箱、接口标准化是前提条件。如果要求电池标准化、统一化，那么不仅电池企业会有不同声音，也限制了车型的设计，车的个性化很难得到体现，价格就很难提高，这就限制了车企发展。

2016年后又以车企为主导推行了新一轮换电技术路线。电池和车企的利益主体一致，应用范围主要在出租、租赁领域。该领域车型相对稳定，容易实现电池箱的标准化。

此轮换电还延伸了产业链，把换电和电池的更换、储能结合起来。电池的一致性相对较好，电池维护使用和乘用车相比更加安全可靠，换电情况下电池再利用的可能性更高，电池梯级利用更容易实现。

3.大功率直流充电技术

年，大功率充电关键技术研究、关键标准制定（如大功率充电接口、液冷电缆组件、通信协议）、小规模试运行；年，投入商用；年，开始大规模投入使用。

大功率充电的应用场景有：

1)长续航里程汽车。新能源汽车的续航里程越来越长，很多车型到了四五百公里，其电池容量相对较低，按2015版充电体验非常差，需要大功率充电技术。

2)出租、物流领域，时间宝贵，更希望加快充电。

3)公交、重载汽车，电池数量特别大，原充电速度远不能满足需求。

4)特大城市公共充电。2015版充电技术以慢充为主，特大城市停车位非常紧张，公共充电是刚需。广州充电平台调研显示，一个人平均一周两次在外充电，每次分钟，难以长期忍受。充电时间应保持在分钟。

5)高速公路，很难想象到2035、2050年五一、十一等高峰期，新能源汽车还在高速公路服务区一辆车充半小时，服务区将变成停车场。

4.小功率直流充电技术

年，小功率充电关键技术研究、关键标准制定、小规模试运行；年，投入商用，大规模投入使用。其定位是为代替交流充电桩提供一个新选择。

小功率直流充电起源于物流车。为了节省成本，物流车往往把车上的obc取消掉，使用便携式10千瓦、15千瓦的直流充电器。按照gb/t 18487标准要求，直流充电必须硬性连接，必须和电电源固定连接，便携式直流充电器不符合标准。必须开发便携式的小功率直流充电机，来解决临时充电的产业需求。车企正在探索：取消车上的obc，设计7千瓦、15千瓦壁挂式的直流充电机，解决小功率充电问题。

这条技术路线对整个产业很有价值。对车企来讲，取消obc可节约空间，简化充电技术路线，降低成本。对运营商来讲，直流充电才有通讯协议，今后跟电互动是必然的，如预约充电、有序充电等都需要车桩互动，小功率直流充电可解决这个问题。从社会总成本来讲，obc是定制化产品，成本较高，变成小功率充电就变成线下产品，成本必然大幅下降。

目前行业标准的前期准备工作正在进行，行业标准计划已申请立项，预计2020年底将出台。

5.无线充电技术

目前，无线充电的相关技术和标准还处于逐步完善阶段。预计到2020年，无线充电标准基本可以支撑无线充电的互操作性要求；年期间，无线充电技术将逐步实现商业化运营，从局部特定场合下应用向普通商业化应用扩展。其应用场景主要包括：自动驾驶汽车，高端汽车，共享汽车，立体停车库，景区、场站专用车等。

6.v2x技术

产业发展趋势：v2g （电），v2h\v2b（住宅），v2l（负载），v2v（车），有序充电、需求响应、微电下的充放电、虚拟电厂、能源互联。

v2x技术涉及的领域比较多，现阶段谈v2g还为时尚早，v2g的路线要结合不同的场景，现阶段有价值的就是无线充电。

综上所述，不同技术路线有不同需求，适用不同应用场景，充电技术应满足用户具体的充电需求；充电技术产业化进程和充电技术成熟、成本降低密切相关，也和电动汽车发展密切相关；不同充电技术路线存在一定替代性。建议各地建立适用不同充电需求的充电服务体系。

大功率充电技术及标准

1.大功率充电技术背景

电动汽车大功率充电技术包括两类，一是传导大功率充电，二是无线大功率充电。其中，传导大功率充电分为乘用车大功率充电技术、客车大功率充电技术。传导大功率充电技术充电功率≥350kw，充电时间约为分钟，续航里程可达300公里。

自2016年起，先后召开国内、国际相关会议50余次，联合行业开展相关标准的预研工作。国际层面上，跟德国、日本、美国都开展了深入的研讨。

2. 大功率充电技术工作思路

大功率充电技术采取了广泛调研、行业讨论、关键技术联合研发、示范试点建设、标准研制和国际合作的工作思路。参与企业有电动汽车、动力电池、充电枪、充电电缆、充电机等。

广泛调研：中电联先后与电动汽车制造企业、充电服务运营商进行了广泛深入调研；中促盟启动了《电动汽车充电技术发展路线图与标准体系建设》研究课题并进行了行业调研。

行业讨论：针对大功率充电接口采用新接口的技术路线进行行业大讨论；对我国大功率充电接口进行可行性分析，分别就原接口采用加冷却方式与新接口加冷却方式进行对比分析，形成了《我国大功率充电接口可行性分析报告》。

关键技术联合研发：对大功率充电中的汽车电压等级、快充电池及电池热管理、充电连接器组件、通信协议、充电机等关键技术进行行业联合开发。

示范试点建设：国家电公司、万帮新能源投资有限公司、深圳奥特迅电器股份有限公司等牵头，在北京、南京、常州、济南、深圳等地，汽车、电池、充电连接器企业、充电设施企业联动。北汽、一汽、比亚迪、戴姆勒、宝马、奥迪等车企，将派车进行测试。

研制标准：针对充电连接器组件、通信协议、充电机等标准进行制修订，形成与现有充电技术标准体系兼容的大功率充电技术标准。

国际合作：坚持以我为主，充分利用国际资源；在国际标准化工作中积极参与，发挥主导作用。

大功率充电技术是现有2015版充电技术路线的补充，是一定场景下的应用需求，将和现有充电技术路线长期并存。

3.开展大功率充电的条件

大功率充电技术作为一项系统工程，从技术提出到完成标准制定，需要年时间，为了适用2020年前后汽车的发展规划，有必要抓紧开展大功率充电技术的研究、工程实践和标准预研工作。

整车方面，大部分车企计划在2020年充电电流升至a,2025年达到500a，续航里程将达到400～500公里。

动力电池方面，以宁德时代为代表的电池企业计划2018年量产3c倍率充电的动力电池，采用合理充电区间和充电策略保证动力电池使用寿命。

充电设施方面，以充电堆为代表的新充电技术，实现了充电模块的集成与充电功率的动态分配，充电功率达到350kw及以上。

4. 大功率充电技术主要技术指标

大功率充电设施应用后不会影响原有充电设施的布局和应用，不存在技术路线重来的现象。

1）乘用车远期目标

•充电电压1000（1500）v

•充电电流：不带冷却，最大电流120a，功率120kw；带冷却，最大电流400～500（600）a。

•接口标准实现向前兼容。

2）电动客车

•终端充电：2015版接口或大功率充电接口 。

•途中充电：充电弓补电。

3）向前兼容方案

大功率充电机将配备大功率充电和2015版两种接口，可以随车配套接口适配器，可在现有充电设备上继续使用2015版充电。导引电路向前兼容并继续使用与2015版相同的can 物理接口，适配器只完成物理尺寸转换，成本控制在非常低的范围内。

5. 大功率充电技术主要技术方案

1）电动汽车电压平台技术方案

•实现充电功率的提升，采用升高电压平台或提高充电电流。

•技术指标上，充电电压平台要达到1000v—1500v，充电电流要达到400安—500安。目前提出了一些简化口号，如“充电10分钟，续航300公里”，希望充电体验和加油体验一致，让车主不再为快速补电耗时长而苦恼。

•国内已有少数企业能够生产800v电压等级的高压零部件。限于制造工艺和规模不足，目前成本还较高。由于电流的升高存在明显的性价瓶颈，升高电压在未来也是必由之路。

2）动力电池技术方案

•动力电池可以实现高能量密度和快充性能的平衡。

•研究正负极材料、电解液、隔膜、和极片设计，改善锂离子的接收和传输能力，实现电池高倍率充电放电能力，正确识别电池在不同温度和soc下的“健康充电区间”，确保延长寿命。

•快充电池技术在逐渐完善，目前在北汽、一汽进行示范站建设，到2020、2021年有望逐渐产业化。

3）充电连接组件技术方案

•若沿用2015版充电连接器，优点是与现有标准接口兼容，缺点是难以改进现有缺点，提升空间有限。

•若重新设计具有向前兼容但物理结构有所改进的连接器，制耳率e = （平均制耳峰高-平均制耳谷高）×100优点是可以全面改进现有方案的固有问题，减小尺寸，提升安全性能；缺点是需要采用转接头的方式实现向前兼容。

•目前我们建议采用全新接口的大功率充电技术来适应和推动行业的发展。

•连接器设计在尺寸上做到了最小，同时考虑了与交流接口的组合方案；安全性能提升，特别是在机械和电气设计上；支持技术升级，考虑人体工程、日常维护及未来新技术（如机械辅助充电）等要求；国际交流和合作，吸取了优缺点；充分考虑了向前兼容问题。

4）通信协议技术方案

•比较现有plc、can、以太三种不同通信方式，决定继续采用can通信方式，并基于现有的gb/t 进行扩充修改：完善通信协议版本信息，扩充大电流充电范围，增加温度监控信息、放电功能、热管理功能、预约充电、即插即充等新功能的信息交互，明确故障等级及处理方式，对故障信息进行了完善和分类。

•2019年准备启动修订gb27930：第一，满足大功率的需要；第二，增加对支持小功率充电的需要；第三，支持充放电的双向互动；第四，增加信息安全；第五，即插即充的技术路线。

5）充电机技术方案

提升充电接口的载流能力，提升充电机最高输出电压，完善散热设计，增强保护的及时性。充电机升级比较容易实现。

6）电配合技术方案

作为电动汽车能量补充的必要手段之一，大功率充电在规划布点时一般只放在高速公路服务区、商用车集中停靠站点等真正有需求的地方，站点不会很多，结合电规划、合理布局。尚需开展电动汽车与电互动，增强电系统调峰能力，在有必要的站点综合储能设备，减少对电的短时冲击。

7）充电安全技术方案

•车企的bms依然是核心问题，充电策略没有变化。唯一变化是增加温度监控装置，一旦温度过高就必须降低电流。

•大功率充电过程并不是一直满功率充到百分百，更多的是前一阶段快充，后面阶段慢下来。

6.大功率充电标准

电动乘用车方面规划中的标准有：

•电动汽车大功率非车载直流充电系统: 通用要求;

•电动汽车大功率非车载直流充电系统: 通信协议;

•电动汽车大功率非车载直流充电系统: 连接组件；

•电动汽车大功率非车载充电机: 技术要求；

•电动汽车大功率非车载充电机: 测试要求。

电动客车方面规划中的标准有:

•电动客车电动客车顶部接触式充电系统：通用要求、连接器。

大功率充电标准已从行业标准上做了规划，包括充电机、通讯协议及相关连接组件等。连接组件包括充电枪和电缆，一体化冷却。

7.大功率充电示范试点

国电动汽车服务公司于2018年底至2019年初在北京、山东、江苏、湖南、福建等地建成个大功率充电示范项目，涵盖乘用车的大功率插充和商用车的大功率充电弓模式，以及群充群控、公共直流母线、充光储一体化、自动充电和即插即充等不同类型的充电技术应用，功率范围覆盖240kw-600kw。

万邦新能源投资有限公司规划建设3种类型共4个示范站点，常州总部充电站为新建大功率高效率全液冷充电系统，已经完成；北京东亚怡园、长春金川街场站是在现有运行站进行改造；南京古平岗站为在已投运公交充电站上改造。

深圳奥特迅电力设备股份有限公司对已投运的深圳市电动汽车充（放）电机与电双向互通工程实验室进行改造，在原有的电动汽车柔性充电堆基础上，新增大功率充电终端，具备大功率充电能力。

无线充电技术及标准

1.电动汽车无线充电产业及技术现状

我国高度重视电动汽车充电技术，开展了传导充电、无线充电、电池更换等充电技术研究及应用。大部分主流乘用车车厂对无线充电以抵抗疲劳破坏系统进行了适配。从2014年开始，共部署有十几条商用车无线充电商用示范线。2016年初建立了首条乘用车移动式无线充电示范道路。目前正在建设首条乘用车移动式无线充电示范道路。

1）行业标准制定组织

中国电力企业联合会、能源行业电动汽车充电设施标准化技术委员会、能源行业电动汽车充电设施标准化技术委员会无线充电标准工作组。

中国汽车技术研究中心，全国汽车标准化技术委员会、全国电动汽车标准化分技术委员会 (sc27)。

2）在编标准概况

目前在编的五部分标准，前四部分已编制完成，正在上报，因此需要更大力度的管理第五部分已启动编制。

•第一部分：通用要求。规定无线充电系统框架、功率等级、安全要求、结构要求、机械要求等电源设备通用类要求。

•第二部分：通讯协议。规定无线充电系统充电控制流程以及充电过程中的消息定义、参数定义。

•第三部分：特殊要求。规定磁耦合方式无线充电系统关键参数、功能以及相应的测试方法。

•第四部分：电磁暴露限值。规定电磁曝露限值以及电磁场的测试方法。

•第五部分：电磁兼容性。规定电磁兼容性的限值以及测试要求、试验方法。

3）新国家标准立项获批

《电动汽车无线充电系统 第六、七部分：互操作性及测试（车辆端、地面端） 》《电动汽车无线充电系统 第八部分：商用车应用特殊要求 》《立体停车库无线供电系统 技术要求 》完成立项。

4）电动汽车标准化工作思路

我国无线充电的技术跟国外相比还有差距，无线充电的标准要结合国内技术的成熟度来开展。电动汽车标准化工作分四个步骤：优先制定无线充电的基础标准，为产业提供发展环境；加快制定无线充电互操作标准，为产业提供应用条件；试点制定无线充电产品标准，为产业提供推广基础；制定无线充电运维标准，为产业提供服务准则。

5）产业发展趋势

目前，无线充电的相关标准还在逐步完善，无线充电技术在电动汽车上的初期应用仍将集中在中高端车型，预计到2020年，无线充电标准基本可以支撑无线充电的互操作性要求；年期间，无线充电技术将逐步实现商业化运营；2025年以后随着智能联汽车产业成熟，无线充电产业也将实现产业化。

产业化成熟之前，立体车库、专用场站、示范试点等无线充电项目会得以发展。实现电动汽车无线充电系统间的互联互通，满足电动汽车无线充电系统互操作性，是电动汽车无线充电技术在公共领域普及应用的关键。

2.无线充电互操作测试活动

无线充电互操作性标准需要开展大量实验验证，我们组织了互操作性行业的测试活动，得到了行业的高度关注和广泛参与，国内外25家机构、公司，包括车、设施企业都参与了测试活动。

测试活动的目标是：通过电动汽车无线充电产品及互操作性测试活动，确定无线充电产品性能测试的项目、测试方法以及配套的测试装置；确定无线充电产品安全测试(包括emc, emf,fod等)的项目、测试方法以及配套测试装置；确定无线充电互操作性的测试项目、方法以及配套测试装置；根据我国互操作性测试结果，制定我国互操作性及测试标准。

3.无线充电频率选择

目前的频率段大概是79k赫兹到90k赫兹，中心频率点在85k赫兹。频率的确定需要得到政府部门批准；频率的选择需要国际协调统一（itu）；频率的选择需要与广播电视系统博弈；频率的确定可能带来技术路线的确定。

4.无线充电电磁环境 emf

据悉，中华人民共和国机动车环保信息随车清单（中国第六阶段）第二部分“检验信息”中将把gb 8702（预留）作为第10项“型式检验信息”依据标准之一。gb 《电磁环境控制限值》为强制性国家标准。gb 8702修订的主要变化是增加了1hz～100khz频段电场和磁场的公众曝露限值。

gb 8702标准是公共环境下的电磁环境要求，不是产品质量标准；线充电系统电磁环境指标应符合无线充电产品标准，可以不按照gb 8702标准制定；电动汽车周边环境应符合gb 8702标准；针对无线充电系统保护区域3的距离开展测试活动。我们计划到环保部沟铁谱显微镜（Ferroscope）又称双色显微镜通，希望明确第六阶段的环保信息随车清单不含gb 8702。

本文整理自刘永东主任在百人会未来出行学院课程“电动汽车充电服务市场发展现状及先进技术”（2019.4.13）上的演讲