2010年3月，日本成立了名为”CHAdeMO”电动汽车快速充电器协会；今年5月，通用、大众等8大车企联合发表声明，将共同推广”Combo”快速充电系统。

　　我国电动汽车虽然已经起步多年，但”标准未出、建设先行”的中国特色，使电动车市场、充电建设面临尴尬。和欧美日等发达国家相比，在国际标准舞台上的角色并未受到重视。

　　一、从”一杯茶即得”谈起

　　”CHAdeMO”是一个旨在推动电动汽车快速充电器实现国际标准化的组织。日语「茶でも」的发音是”CHAdeMO”，其谐音汉译是”一杯茶即得”的意思，寓意追求电动汽车快速充电所需时间，仅需喝上一杯茶的功夫即可。

　　1.功率与时间的设定

　　充电输出功率增大可使充电时间缩短，从而提高充电的便利性。CHAdeMO的研究结果表明，10分钟可使电动汽车行驶50-60km最符合用户实际需求，经济性(充电器成本)和实用性(时间消耗)也最好。

充电器参数的设定

　　功率过大将导致充电基础设施投资加大;大功率充电设备对安全性设计的要求更苛刻。由图中黄色曲线和第二纵坐标可看出，缩短充电时间、提高充电功率，充电器成本将成倍增加，充电功率大于50kW以后，对缩短充电时间的影响也不明显。根据实际运行及统计资料分析，设定电动车耗电量为7km/kWh最合理。若以此为依据确定充电10分钟可行驶50-60km为设计目标，快速充电器输出功率正好在40～50kW。

　　2.抑制电池老化对策

　　快速充电的技术焦点在于如何避免因快充导致的电池老化。造成电池容量降低的主因是高温和过压的影响与控制。高压、高温极易损坏电池极板，使电容量急速下降。所以，电动汽车必须设有电池管理装置，以满足对锂离子电池在使用中对电压、温度等的管控要求。

　　由于电池性能会因材料特性、使用工况而发生变化，如果靠充电器的模拟一种标准来进行，避免电池老化的方法就只能以最坏的使用环境和最差的电池为前提，确定充电电流才最安全、最保险。如此，快充目的便不可能实现。即使将来电池性能提高了，快充效果同样难以得到。车载电池受到电池管理系统对温度的监测与管理，能够自动将充电电流控制在符合电池温度要求的范围内，使温度过高的问题得以回避。

　　CHAdeMO 采用的快速充电方式如图所示，电流受控于汽车的CAN总线信号。即在监视电池状态的同时，实时计算充电所需电流值，通过通讯线向充电器发送通知;快速充电器及时接收来自汽车的电流命令，并按规定值提供电流。

CHAdeMO快速充电系统

　　通过电池管理系统一边监视电池状况，一边实时控制电流，完全实现了快速、安全充电所需各项功能，确保充电不受电池通用性限制。即使未来电池性能提高，充电基础设施也不会因电池升级换代而淘汰。

　　3.连接器与接口

　　作为快速充电的公共设施，需要通过标准化来实现充电器对电动车的通用性。除通讯协议外，连接器与接口须纳入标准化范围。由于安全设计必须以最大电压和最大电流为前提，所以连接器必须有足够安全系数，应对潜在风险。

CHAdeMO连接器与接口电路

　　CHAdeMO 方式除了数据控制线外，还采用CAN 总线作为通信接口，由于其抗噪性优越且检错能力高，通信稳定性、可靠性高，因此作为车载控制器的分散型网络技术而被广泛应用。快速充电采用CAN技术时，安全起见特意在网关与其他车载设备分离，使ECU 和充电器控制单元实现1 对1通信。

　　4.快充回路设计

　　供电系统和电池系统通过绝缘变压器分离，可防止因单一故障使供电系统的电压增加到电池系统。此外，不仅设置了提高效率的改善回路，还设置了可消除高次谐波影响的交流过滤器。

CHAdeMO快充回路设计

　　在电池系统方面，为防止对锂离子电池造成不良影响，在出口处设计了可以消除波纹电压噪声的过滤器。为检测充电状态下车内是否漏电，充电器回路源头专门安装了地线检测器。这使充电器和车辆之间的保险丝直径变细。一旦漏电，可降低保险丝较细的安全隐忧。实际上，通过电流旁路达到保护目的的保险丝并不能发挥应有作用，但地线检测器可以消除风险，提高充电器的安全性能。

　　5.快速充电过程

　　(1)充电准备

　　按下快速充电器”开始”按钮，启动充电程序。充电器关闭”d1”保护，充电器侧的12 V电压通过2 号模拟引脚向车辆供电，同时触发”f”光电耦合器。车辆识别充电操作正式开始，电池的最大电压、电池容量等参数通过CAN 方式传达给充电器。

CHAdeMO快速充电过程

　　充电器接收到信息后，确认该车辆为自身可供电的车辆后，将自身最大电压、最大输出电流等数据通过CAN 方式发送至车辆侧。车辆收到该信号后，确认与自身吻合后将充电指令通过”k”电晶体传导至4号模拟引脚。充电器接收到该指令后，将连接器锁定后向出口回路短暂加压，测试包括连接器接口在内的出口回路在短路及地线等方面有无异常。每次充电都按照该方法进行绝缘确认试验，防止因连接器电缆老化引起短路等事故。绝缘试验结束后，通过关闭”d2”将充电器已做好全面准备的信息经10号的模拟引脚传达给车辆。车辆根据”g”光电耦合器进行识别，完成充电准备。通过CAN 通信进行全部准备动作是可行的，上述充电准备程序，所需时间仅数秒。

　　(2)通电

　　车辆关闭电池系统入口侧配置的EV 接触器。车辆边监视电池系统，判断可能充电的最大电流，边将该参数值通过CAN以0.1s间隔时间发送至充电器。充电器根据稳态电流控制，供应与该参数值一致的电流。其间，车辆还监视车载电池状态及供电电流。若检出异常，将用以下4 种方法之一停止充电：①根据CAN通信向充电器发出输出电流为”零”指示;②根据CAN 通信向充电器发出输出”出错”指示;③将”k”切断，向充电器发送禁止充电模拟信号;④开放EV 接触器，将输入电流断开。

　　充电器侧也监视着自身各回路电流、电压和温度，超过限制值时通过CAN发送”出错”信号停止供电。此外，还设计了充电超出预想时间自动停止供电功能。当然也可手动按下”停止”按钮结束充电。

　　(3)结束充电

　　结束充电时，车辆通过CAN通信发送零电流指示信号、充电电流归零后，开放EV接触器、切断”k”电晶体，将模拟停止信号发送至充电器，确认输出电流为零后开放”d1”、”d2”继电保护。”d2”继电的保护作用主要是向EV 接触器的螺线管提供12 伏电源。

　　EV接触器开关是根据车辆的判断由EV接触器控制继电保护开关操作的。设计上EV接触器的螺线管电源由充电器提供，以避免车辆侧的误操作引起EV接触器误关闭。连接器未插入状态下，由于螺线管未导电而降低了EV 接触器误关闭的风险，可防止插口处电池电压超出300 伏。

　　地线即便很细，但由于设置了地线检测器因此是安全的。如果地线断了，那么”f”、”g”、”j”光电耦合器信号将同时消失，立即引起充电器输出停止和EV接触器开放的连锁反应。由此可见，连接器引脚布局和充电系统整体安全设计紧密相连。

　　充电停止后，出口回路的电压确认降到20 伏以下后，开放连接器的闸口，这样一连串充电的程序全部结束。

　　二、快速充电国际标准化动向

　　将快速充电器作为公共基础设施推广普及时，需要统一接口，且需提供不同车型均能充电的基础设施，需要统一与连接器的物理接口，以及前述通讯协议软件接口。

　　技术标准是抢占技术制高点的神兵利器，成为世界各国尤其是工业发达国家的必争之地。当然标准之争也绝不可能永远持续下去，如果各国都采取本国标准，汽车进出口则会遭遇尴尬。技术先进、性价比高、安全、便捷、快速以及系统稳定性，都是标准追求的目标。未来快速充电器必定实现统一国际标准。

　　1.日本JARI草案

　　上世纪90年代末，日本充电器标准由原日本电动车协会(现日本汽车研究所)策划制定。如今，CHArge de Move连接器等物理接口均采用此规格。

　　关于通讯协议，在以旧规格为基础的同时，考虑到不同充电器的设计方针，以东京电力为中心，汽车公司、电源设备厂家等又添加了一些内容：(1)汽车和充电器规格信息及汽车电流命令值的数据通讯，包括开始充电、充电中、停止充电各阶段中，双方互相通知各自的情况，通过控制程序切实进行安全充电。(2)为不同种类EV可与快速充电器正确连接，规定了正确操作程序。为使充电能够安全开始、结束，充电器和汽车双方每次充电时都需各种确认、验证操作，任何一方操作持续时间超过设定时间，控制程序则不成立，或有可能无法充电。(3)在新规格中，明确所有在充电开始、停止中各步骤的等待时间及实施事项。通过对发生异常情况的明确规定，实现在所有运行条件中安全充电运行。

　　日本全部采用CHArge de Move方式快速充电器以及与此对应的电力汽车事实上也就成为了行业标准。预计今后会进入专为更大范围普及的技术改进并开展推广政策的阶段。作为普及活动的团体，在2010年3月成立了”CHArge de Move协议会”。截至今年5月，包括全球著名汽车制造商丰田、日产在内，已有超过430家汽车和充电器制造商加入成为其会员。目前，已有为数不少的汽车公司及充电器制造商采用了CHA de MO协议。这种快速充电器在欧美等市场已安装238座并投入使用。在日本，按照CHAdeMO标准安装的快速充电器有1154座投入使用。

　　CHAdeMO充电器的最大功率62.5kW，已经以JARI草案向SEA、IEC提交了标准审核文件，许多国家在此草案的基础上，提出了连接器以及功能扩展等方面的修正草案。CHAdeMO会员正通过互相配合、改进技术、解决难点，实现和相关的企业、团体超越各自的领域范畴与利益关系紧密合作，使快速充电技术能够成为国际通用标准。

　　2.美国的SAE探讨

　　特斯拉汽车公司推出了搭载大容量电池的电动汽车，随之开始了有关快速充电规格的探讨。当初在SAE中，多数意见认为将电池搭载量设定在50kWh左右、快速充电的输出为200kW规格较为合适。但有意见指出为实现如此大的容量，就要有大型化缆线及连接器，这样就不利于普通用户特别是老人和女性的操作。

　　另外在完善基础设施阶段中，有系统负荷过大需要加强配电线设备等问题。普遍认为日本提案中的50kW功率标准，充分考虑到了充电时间和设备规模以及与成本的平衡，有一定的科学合理性。

　　之前，以通用、福特为首的汽车公司提出了AC普通充电用和DC快速充电用连接器一体化的组合连接器。通用、福特在DC快速充电利用方面是后起之秀，但是，为了将来能在插电式混动车上使用，提议将车体开孔控制在最小范围内。另一方面，如果组合连接器尺寸过大，则会降低操作便利性;在锁止机构等安全方面，如果很复杂也会产生实用化欠佳问题。

　　3.欧洲IEC的探讨

　　以戴姆勒、雷诺、RWE为中心、被称为e-Mobility项目的团体提出将AC三相400V电线配置在充电机上，同时附加认证计费装置的方案。主要依据是在路旁设置充电机的利用率很高，由于欧盟电力自由化命令，电力零售也相对自由。将充电机作为共通基础设施，只需添加认证使用者及结算漫游功能，谁都可用。该团体还提出了采用PLC作为系统通讯方法的方案，但就高速、低速选择及规格化范围没有达成统一意见。AC充电方式，通过IEC 61851-22还在继续探讨。在IEC中，除了YAZAKI(SAE J1772)之外，还提出了MENNEKES、SCAME的欧洲方案，e-Mobility支持最大到44kW的充电方案MENNEKES。对此，以法国电力公司为首的团体提出了通过更小容量防止侧壁浸水的SCAME方案，结果使欧洲委员会命令CEN-CENELEC制定标准规格，转移了讨论方向。DC充电在2010年7月建立了IEC61851-23，以日本提案为中心开始探讨。

　　去年，福特、通用、大众、奥迪、宝马、戴姆勒和保时捷提出了直流combo快速联合充电标准系统，现在克莱斯勒又加入其中。未来上述车企的所有电动车将使用同一种制式充电接口。推广联合充电系统，能够兼容四种直流和交流充电模式，意在从行业标准层面与纯电动车领跑者日产形成对抗。

　　4.中国的新动向

　　2010年底，全国汽车标准化技术委员会牵头起草了《电动汽车传导充电用连接装置》等三项系列推荐性国家标准，并在2012年1月获得审核通过。

　　宝马集团新能源汽车充电系统项目经理Albrecht Pfeiffer认为，中国的交流充电标准与国际标准相比有11处明显区别，其中3处有安全隐患。中国目前还未对PWM(脉宽调制)占空比进行定义。已出台的GB/T20234.2-2011标准中，删去了PWM占空比描述。最新版本的GB/T18487.1标准应包含PWM的占空比，而不用包括PWM的描述。不同占空比的共存会产生安全风险。如果高水平通信没有PWM指示点，直流充电和现有Combo就不可能组合在一起。

　　面对国内众多无序化小规模车厂和国外厂家开始量产的状况，政府一直致力于结束充电标准各自为政的乱局，但是全国电动车充电标准的统一还有待时日。深圳、合肥、重庆等城市已各自制定了电动车充电标准的”土政策”。

　　事实上，我国电动汽车标准绝大多数是参照国外有关标准和国际标准制定的。产品技术、水平、质量、研发、创新等环节，均不能与汽车工业发达国家和跨国零部件企业相比。因此，即使政府颁布了国家电动汽车标准，实际操作上也很难捍卫中国在国际标准化组织中的话语权。

　　( 编辑/李艳娇 )

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