引言

這篇文章是邀請倪總寫的內(nèi)容，主要系統(tǒng)性的講述chaoji充電接口的背景信息，從標準主要指定著的角度來讓我們了解中國主要引導這個充電標準的產(chǎn)生過程。

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一、背景

目前被國際上廣泛接受的電動汽車直流充電技術一共有3種系統(tǒng)（分別為日本CHAdeMO充電系統(tǒng)，中國GB/T充電系統(tǒng)和歐美CCS充電系統(tǒng)）、四種接口（CCS充電系統(tǒng)由于歐美的交流接口的不同，分成了采用同樣設計理念的CCS1和CCS2兩種不同界面布置的交直流組合式接口），如圖1所示。

圖1 國際主流的四種直流充電接口

這些系統(tǒng)和接口均在2010-2012年期間完成設計定型，截止目前已經(jīng)被國內(nèi)外的主流汽車制造廠和充電設施運營和制造企業(yè)廣泛地使用了近十年的時間。在這十年里，這些接口為世界上不同經(jīng)濟體的純電動汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻，與此同時我們發(fā)現(xiàn)了這些系統(tǒng)和接口也不同程度地存在著這樣或那樣的問題和缺陷。主要表現(xiàn)在以下這些方面。

1．結(jié)構(gòu)設計缺陷

在充電插頭的設計方面，由于對使用環(huán)境的估計不足，各種充電插頭的設計方案都存在結(jié)構(gòu)設計問題，其中CCS充電插頭在機械強度上設計最弱，GB/T次之。在應用現(xiàn)場都出現(xiàn)不同程度的損壞情況（如圖2所示），有的地方甚至出現(xiàn)帶電導體完全暴露等極其危險的狀況。

圖2 各種接口現(xiàn)場損壞情況舉例

在充電插頭與插座的配合方面，以GB/T方案為例，由于國標中允許在1.9mm尺寸范圍內(nèi)自由晃動（如圖3中綠色部分），導致在插入過程中容易產(chǎn)生接觸晃動及偏斜等情況。

圖3 GB/T2015充電槍插入充電座間隙問題

另外GB/T配合尺寸公差大，且無對插引導結(jié)構(gòu)，當充電槍采用傾斜角度插拔或上下左右插拔時，充電槍的絕緣體孔口與充電插座孔位絕緣柱存在干涉，互插時會干涉磨損，同時充電時針孔也會呈一定角度進行對插，針孔連接電阻增大，這也加速了插孔損壞。圖4是以CC2孔位配合為例。

圖4 CC2配合尺寸公差對充電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響.

以上配合及公差的問題造成了GB/T連接器在使用中，尤其是在充電電流較大時極易造成鏈接端子出現(xiàn)燒蝕（如圖5所示），損壞率大大提高。圖6為某連接器廠家統(tǒng)計的某批次充電插頭現(xiàn)場使用時的溫升數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出在電流較大的時候由于上述原因，充電連接器使用壽命非常短。

圖5 GB/T2015連接器燒蝕情況

圖6 某批次充電插頭現(xiàn)場溫升數(shù)據(jù)統(tǒng)計

另外，GB/T 2015充電連接器在結(jié)構(gòu)設計中還有一個嚴重的設計缺陷，就是在電動汽車安全全球法規(guī)（EVS-GTR）中針對諸如充電連接器等高壓部件，要求必須符合IPXXB的要求(如圖7所示)。而GB/T 2015充電連接器的設計由于采用了12mm的主功率端子設計，無法通過圖8標準量規(guī)的測試，從而也無法滿足這一要求。這個缺陷也使得在IEC標準中將整個中國直流充電方案排除在歐洲標準之外（如圖9所示），導致中國汽車出口到歐洲，采用或參考歐盟標準的國家和地區(qū)均事實上難以使用GB/T直流充電標準，而只能使用歐美CCS充電系統(tǒng)或者日本CHAdeMO充電系統(tǒng)。

圖7 電動汽車安全全球法規(guī) (EVS)-2018

圖8 IPXXB標準量規(guī)

圖9 IEC 61851-23 ed1 中國直流充電方案排除在歐洲標準之外

GB/T充電連接器的電子鎖設計參考了日本CHAdeMO充電系統(tǒng)的設計理念，將電子鎖設計在了充電插頭端，但其具體結(jié)構(gòu)設計又相對過于簡單，鎖止動作不可靠，經(jīng)常會出現(xiàn)鎖不上或拔不下的問題，同時采用了電子鎖復用機械鎖止結(jié)構(gòu)的設計，導致無論機械鎖還是電子鎖只要有一個失效，整個鎖止系統(tǒng)就會失效。

圖10 GB/T充電連接器的電子鎖示意圖

2．電氣連接及系統(tǒng)安全缺陷

GB/T和CCS充電系統(tǒng)采用了類似的導引電路設計，如圖11，12，13所示，在樁和車的兩側(cè)分別有電源U1和U2。這兩個電源在正常工作時互相沒有影響，但當PE在某些特定的地方斷開時，就會形成一個回路，導致PE中斷時車樁雙方都無法檢測，這帶來了很大的安全隱患。CHAdeMO充電系統(tǒng)由于其PE采用了直徑僅1.5mm的信號地設計，造成其在充電時，尤其是在干擾較大的大功率充電場合，通信信號受到較為嚴重的干擾。這些問題采用原有的導引電路和結(jié)構(gòu)設計均無法很好地解決。

圖11 CCS1控制導引電路圖

圖12 CCS2控制導引電路圖

圖13 GB/T控制導引電路圖

此外，在歐美、日本和中國目前使用的充電標準中，針對安全的一系列諸如Y電容、最大短路電路、人體PE、絕緣檢測時間等與充電安全相關的問題，或未定義或要求過于寬泛，這些問題都需要建立一個統(tǒng)一的安全模型，通過軟硬件的改進提升和明確技術要求來解決。

3．兼容性設計缺失，系統(tǒng)的可擴充能力低

如上文所述，目前國際上廣泛使用的三個充電系統(tǒng)四種直流充電接口均為2010年前后設計，當時要解決的首要問題就是能不能充電以應對即將到來的汽車電動化時代。因此幾乎所有的系統(tǒng)除基本的充電功能以外均沒有考慮對其他功能的適用性。在系統(tǒng)的硬件和軟件設計上都沒有考慮完善的向后兼容性。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，各種各樣的諸如PnC、V2X、大功率充電等不同的應用訴求層出不窮。一個接口系統(tǒng)如果沒有良好的兼容性設計，在為了滿足新增功能的需求或修正原系統(tǒng)的錯誤而推出新的系統(tǒng)后，就會出現(xiàn)新老系統(tǒng)的兼容性問題，這個現(xiàn)象在GB/T2011充電系統(tǒng)升級到GB/T2015充電系統(tǒng)的過程中已經(jīng)表現(xiàn)得非常明顯：當時由于GB/T充電系統(tǒng)在軟硬件兩方面均未考慮完善的兼容性設計，造成在相當長一段時間內(nèi)新老系統(tǒng)難以互用，甚至帶來安全問題。幸運的是，當時采用GB/T2011充電系統(tǒng)和設備數(shù)量較少，所以問題顯得不是很突出。但如果今后要對數(shù)量巨大的GB/T2015充電系統(tǒng)進行升級，只是簡單地增加功能，不做完善的兼容性設計會給未來的發(fā)展造成巨大的混亂，大大降低系統(tǒng)的安全性和可用性。

小結(jié)：這是上篇，講了背景和現(xiàn)狀，其實目前250A的限制對于中國電動汽車的發(fā)展的充電設置了挺大的瓶頸

原文標題：面向未來的新一代電動汽車充電系統(tǒng)ChaoJi上

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