电动汽车充电口浅析

目前主流的充电口标准按区域和标准类型总结如表一。

表一，各区域AC和DC充电口类型及标准

详细介绍见我之前对一个相关问题的回答

各地区充电模式和充电口的标准差异一方面是电动汽车产业发展历史中各方互相竞争的结果，另一方面也与各国或地区的电力系统差异有关。从标准化的角度，全球统一的充电标准对于所有利益相关方都是最有利的。所以充电标准的发展，即使无法完全统一，也在向着互相兼容的方向发展，包括不同标准的兼容性和交直流充电口之间的兼容性。充电口的另一个发展方向是功率越来越高，以提高充电速度。

主流的交流充电口有五孔和七孔两种。其中美国和日本使用J1772标准的五孔交流充电口，J1772被IEC62196采纳为Type1充电口。欧盟和中国以及世界其他大多数地区都使用七孔充电口，其中欧盟的Mennekes型交流充电口被IEC62196采纳为Type2充电口，中国目前采用的是2015版GB/T20234新国标。

七孔和五孔充电口的主要区别是五孔充电口只适用于单相充电，而七孔适用于三相和单相充电(详见下节介绍)。美国和日本采用五孔充电的主要原因是他们的居民配电系统是如下图所示的单相三线制系统，变压器带中间抽头，一般小功率电器使用中间抽头与变压器一端，标称电压为100V(日本)或120V(美国)，大功率电器使用变压器两端，标称电压为200V(日本)或240V(美国)。

而中国，欧洲及世界大多数地方都使用三相配电，所以需要单相三相均可使用的七孔充电口。美国的工商业配电系统也使用三相配电，所以美国的SAE也计划采用Type2的充电口，以SAEJ3068标准在美国应用。

CHAdeMO直流快充标准是由东京电力公司和日本五大汽车主机厂成立的ChAdeMO联盟在2010年首次提出的同名标准，CHAdeMo是“CHArgedeMOve”的缩写，CHA是日文的“茶”，CHAdeMo的意思即一杯茶的时间就可以充好电，喝杯茶走人。CHAdeMO被IEC62196采纳，定义为ConfigurationAA。

欧洲和美国的直流充电标准CCS考虑的是交直流充电口的兼容。CCS是CombinedChargingSystem的缩写。CCS的上部是与交流充电口兼容的，下部是两根直流快充端子。其中美国的CCS1被IEC62196采纳，定义为ConfigurationEE，上部是J1772标准的五孔交流充电口。欧洲的CCS2被IEC62196采纳，定义为ConfigurationFF，上部是Type2七孔交流充电口。

中国GB/T20234新国标采用了一种九孔直流充电标准，与其他直流充电口以及新国标交流充电口均不兼容。新国标直流充电口被IEC62196采纳，定义为ConfigurationBB。

CHAdeMO与中电协在2018年签订协议共同开发一种叫做“ChaoJi”(中文“超级”的拼音)的兼容直流充电口,也即CHAdeMO3.0，不过目前还没有正式发布。

此外Telsa曾经采用过一种交直流统一的充电口。

IEC61851中规定Mode2,Mode3,Mode4充电需要控制导引功能。控制导引需要两个端子实现，PP端子是确认连接的端子，CP是控制充电的端子。此外，为了保证充电的安全性，还需要一个接地端子，在充电时将车辆的等电位连接系统接入电网的接地保护系统。

关于充电模式的区分请参考：

关于充电的电气安全性，我将在后续文章中介绍。

J1772/Type1交流充电口的五孔分别为

L1：交流充电相线1

N:交流充电N线

PE：Protectiveearth，保护地线

CP：Controlpilot

PP：ProximityPilot

端子示意图如下

J1772/Type1(母口)，图片来源：Wiki

Type2的交流充电口的七孔分别为L1/L2/L3,N,CP,PP,PE,端子示意图如下

Type2(母口)，图片来源：Wiki

新国标交流充电口的七孔与Type2充电口七孔的功能相同，只是引脚分布不同，以及标识符稍有不同。CC是连接确认，CP是控制导引，PE孔的标识符是圆形接地符号。

新国标交流充电口(母口)，图片来源：Wiki

CCS1充电口的交流部分与J1772一致，下部为两个直流端子，端子示意图如下

CCS1(母口)，图片来源：Wiki

CCS2充电口的交流部分与Type2一致，下部为两个直流端子，端子示意图如下

CCS2(母口/公口)，图片来源：Wiki

特别注意一下Type2充电口也可以直接进行低功率和中功率直流充电。

Type2/CCS2的充电方式如表二

表二Type2/CCS2充电口在不同模式下的端子配置

CHAdeMO充电口的端子除了控制导引和接地端子，还有两个CAN总线的端子，总共有十个端子，分别是

DC+/DC-:直流充电端子

FG：接地端子

SS1/SS2：充电顺序信号(启停充电)

DCP:充电允许信号(充电使能)

PP：确认(检测)连接

C-H/C-L：CAN总线

N/C：预留端子(未连接)

端子示意图如下

CHAdeMO(母口),图片来源：Wiki

新国标的直流充电口有九孔，分别为

DC+/DC-:直流充电端子

PE：保护接地

S+/S-：CAN总线

CC1/CC2：充电连接确认

A+/A-：低压辅助电源(连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源)

新国标直流充电口(母口)，图片来源：Wiki

提议中的ChaoJi充电口(CHAdeMO3.0)共有7个端子，分别为

DC+/DC-：直流充电端子

PE:接地端子

CC1/CC2:连接确认

S+/S-：CAN总线

端子示意图如下

提议中的ChaoJi充电口(CHAdeMO3.0)

IEC62196-2:2014交流充电口标准中规定的Type1接口的额定电压是单相250V,32A。

IEC62196-2:2014定义的Type2接口的额定电压是单相250V和三相480V。单相充电的额定电流有13A，20A，32A，63A和70A几种推荐规格，三相充电的额定电流有13A，20A，32A和63A几种推荐规格。

GB/T20234.2规定的交流充电口的额定值是

单相250V10A/16A/32A

三相440V16A/32A/63A

IEC62196-3:2014直流充电口标准中规定的直流充电口额定参数如下表三(IEC62196定义的是作为国际标准的充电口类型的最大额定值，并非各国实际规定的规格。)

表三直流充电口额定参数(IEC62196-3)

GB/T20234-3中规定的直流充电充电口的额定电压为750/1000V，额定电流为80A/125A/200A/250A

最后简单解释一下为什么充电桩、充电口要采用这样的规格，为什么直流充电桩的规格要比交流大很多。

电动汽车充电是将电能从电网传输到汽车自身的电化学储能系统，也就是车载电池包中，为车辆行驶提供能量。在不损害安全性的前提下充电的速度越快越好，充电越快车辆乘员等候的时间越短。一般认为充电时间小于15分钟就可以满足绝大多数用户的需求。

由于电网是交流电，而电池是直流电，从电网传输电能至电池需要将交流电转换为直流电，同时需要有充电控制系统，比如恒电流或恒功率充电都需要根据电池电压动态调整充电电压。

对于交流充电，一般充电桩只提供交流电输出，对电池充电需要通过车载充电机(OnBoardCharger，OBC)将交流电转成直流电，并提供充电控制。一方面交流充电受限于车载充电机的容量，功率不可能太大，否则车载充电机的体积太大，不利于车辆空间设计，重量太大也会损失电能利用效率。所以一般交流充电都在居民家中或商用停车场，不赶时间的场景。另一方面在居民区或普通商用场地，配电系统的容量也有限，充电功率不能过大。

目前比较常用的交流充电桩规格有

7.4kW(230V/32A,单相)

11kW(400V/16A,三相)

22kW(400V/32A,三相)

而直流充电站可以像传统加油站一样建在路边供车辆快速充电。专门建设的直流充电站可以由电网公司配置足够的电力容量。而直流充电桩本身具有充电控制功能，不需要经过车载充电机即可直接给车载电池充电。所以直流充电的参数越来越大，相应的充电口标准的规格参数也越来越大。直流充电参数的限制条件一是电池快速充电的安全性，这是由锂电池结构和特性决定的，二是受充电电缆等电气配件的强度(比如太粗的电缆是不是举得动，可否弯折？)，和散热等的限制。

交直流充电如下图示意

(图片来源：网络)

补充：

SAEJ1772(2017)按照充电功率的大小定义了四个充电等级，如表四所示

表四:北美充电功率等级

注:SAEJ1772(2017)的定义是ACLevel1/2和DCLevel1/2.由于更早的充电功率等级是在1999版北美电工法(NationalElectricalCode，NEC)中定义的，只有Level1-3三个等级，其中Level1-2是交流充电，Level3是直流充电，出于习惯，SAEJ1772定义的四个等级依然被叫做Level1-4。但即使是Level2和Level3,SAE和NEC定义的参数也不相同。

注意一下Level1和Level2都是单相充电。美国配电系统如下图所示。单相交流充电桩可以接入120V(Level1充电)208V/240V(Level2充电)配电网。

如前文介绍，SAE也计划采用Type2的三相充电口，采纳为SAEJ3068标准充电口。Type2在IEC62196-2中的最大额定电压定为480V，就是为了兼容美国的配电系统。

其他相关文章：