科普：新能源汽车充电标准
前言
全球对环境保护和可持续发展的关注日益增长，新能源汽车逐渐成为未来出行的主流选择。电动汽车和混合动力车等新型交通工具正以其零排放和低能耗的特性，成为减少空气污染和应对气候变化的有效途径。然而，这些新能源汽车的普及和推广面临着一个重要挑战：充电基础设施的建设和规范。
新能源汽车的发展和普及需要配套的充电设施支持，而新能源汽车充电标准的制定与推广则显得尤为关键。充电标准的科学性、统一性和互操作性，不仅关系着用户的便捷体验，更关系着整个行业的可持续发展。在这样的背景下，国际和国内的标准组织积极参与标准的研究与制定，以确保新能源汽车充电技术的安全、高效和普及。
新能源汽车种类很多，而在本文中主要讨论的是较为主流的电力新能源汽车本的充电标准，希望能让读者朋友了解这项为绿色出行保驾护航的重要技术标准，并共同期待未来更加便捷、高效、环保的出行方式。
概述
基础知识
在了解新能源汽车充电标准之前我们需要先了解一些有关新能源汽车充电的基础知识。
新能源汽车的种类
新能源汽车是指采用非传统燃料或能源作为动力源的汽车，其特点是零排放或低排放、节能环保。我们这里根据主要动力源和驱动方式的不同，可以将新能源汽车分为以下几种主要种类：
纯电动车
纯电动车（Battery Electric Vehicle，BEV）使用电池组作为唯一的能量来源，驱动电动机运行，完全不产生尾气排放。纯电动车的典型代表是特斯拉的电动汽车系列，以及比亚迪宋、元等。
插电式混合动力车
插电式混合动力车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）配备了电池组和内燃机，可以通过电源充电，也可以通过内燃机驱动。它可以纯电动驱动一段距离，也可以在电池耗尽后转为使用内燃机继续行驶。典型的插电式混合动力车有本田CR-V等。
混合动力车
混合动力车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）同时搭载内燃机和电动机，内燃机主要驱动车辆，电动机在启动、加速和低速行驶时提供辅助动力。这些车辆不能直接通过插电方式充电，电池主要由内燃机通过回收能量进行充电。典型的混合动力车有比亚迪 唐DM-i、Honda Insight等。
燃料电池车
燃料电池车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）使用氢气与氧气反应产生电能，驱动电动机运行，其排放物只有水蒸汽。虽然这种技术环保，但目前在全球范围内推广仍面临挑战。代表车型有丰田 Mirai、Honda Clarity Fuel Cell等。
充电功率及充电时间
对于新能源汽车的种类我们有了基本了解，接下来我们需要明白影响汽车充电的两个重要指标：充电功率及充电时间。
充电功率级别
充电功率是指充电设备向电动汽车传输电能的速率，通常以千瓦（kW）为单位。充电功率越大，充电速度越快。在不同的充电桩和充电设备上，常见的充电功率等级包括慢充（低功率）、快充（中功率）和超快充（高功率）。
慢充：通常为家用充电桩提供的充电功率，一般在3kW到7kW左右。慢充适用于在家或办公场所过夜充电，适合日常通勤和城市驾驶。
快充：快充功率一般在20kW到50kW之间，适用于商业区、购物中心等公共充电桩。快充速度较快，可以在较短时间内为电动汽车充电。
超快充：超快充功率通常在100kW以上，甚至能达到350kW或更高。超快充桩适用于长途旅行充电，可以在短时间内实现大容量电池的充电。
充电时间计算与影响因素
充电时间取决于电池容量、充电功率以及电池的充电状态。充电时间可以通过简单的公式来估算，但实际情况还受到充电设备的限制和电池管理系统的控制影响。
充电时间（小时）= 电池容量（千瓦时，kWh）/ 充电功率（千瓦，kW）
例如，如果一个电动汽车的电池容量为50kWh，使用一个快充桩（功率为50kW）进行充电，那么充电时间约为1小时。
需要注意的是，充电时间可能因为充电过程中电池的SOC（State of Charge，电池的充电状态）和充电策略的不同而有所变化。一般来说，充电过程的前期速度较快，而当电池SOC接近满时，充电速度会逐渐减慢以保护电池的寿命。
充电基本原理
了解了以上基本知识，我们接下来看看新能源汽车（电车）充电的基本原理
动力系统构成
新能源汽车通常搭载电动驱动系统，主要由电池组、电动机和控制器组成。电池组负责将化学能转化为电能，电动机将电能转化为机械能，控制器负责控制电能的输出和驱动电动机运转。
充电方式
新能源汽车充电的基本原理主要是电能的传输与转化，包括直流充电和交流充电两种方式。下面让我们详细了解这些原理：
直流充电（DC充电）原理：
直流充电是将直流电源连接到电动汽车的电池组，直接将电能传递到电池中进行充电。直流充电在高功率充电和长途旅行充电中更为常见，因为其充电速度较快。以下是直流充电的基本原理：
直流充电设备（直流充电桩）将交流电源转换为直流电源，通常使用整流器或者变流器来实现。直流充电桩配备了特殊的充电连接器，可以与电动汽车上的充电接口进行连接。在充电过程中，充电设备会通过控制器向电动汽车发送充电命令，以确保电池组能够稳定地接受电能。然后直流电能直接输入到电动汽车的电池组中，通过电池管理系统（BMS）进行电池的充电和管理。
交流充电（AC充电）原理：
交流充电是将交流电源连接到电动汽车，由车载充电器将交流电能转化为直流电能再进行充电。交流充电常用于家用充电和办公场所充电，充电功率相对较低。以下是交流充电的基本原理：
交流充电设备（交流充电桩）通常直接使用室内或室外的交流电源，不需要将其转换为直流电源。交流充电桩配备了家用插头或特殊的充电连接器，可以与电动汽车上的充电接口进行连接。
电动汽车内部搭载车载充电器（OBC），交流电由车载充电器进行整流转换，然后再输入到电动汽车的电池组中，通过电池管理系统（BMS）进行电池的充电和管理。
充电设备类型
新能源汽车的主要充电设备就是充电桩，类比燃油车时代加油站中的加油机，充电桩是用来给电动汽车补能的设备装置。充电桩按照不同划分方式可以分为不同类型：
如上图所示，根据不同分类维度，可以将充电桩分为公共、私人、专用；直流、交流；落地式、挂壁式；室内、室外；一桩一充、一桩多充等多种类型。
我们这里结合上个部分讲述的充电方式简单聊聊直流和交流充电桩的区别，新能源汽车刚推出时，交流充电的技术已十分成熟，所以市场上主要以交流充电桩为主。然而，交流充电方式由于电压的限制，限制了充电功率的上限，新能源汽车的充电功率是提升用车体验重要指标。
在此基础上，直流充电由于更高的电压上限，能极大提升新能源汽车的充电效率，有效将充电时长缩短至1h，除此之外，直流充电桩不用额外在车内安装车载充电机（OBC）。于是直流充电桩得到了广泛发展。根据中国城市规划设计研究院发布的《2022年度中国主要城市充电基础设施监测报告》中统计，32座城市中心城区的直流公用桩占比均值约57.3%，23座城市的直流公用桩占比超过50%
我们通过直流充电桩和交流充电桩的对比图。可以详细了解两者的优劣。
国际充电标准
了解完新能源汽车充电相关的基础知识。接下来，我们进入本期的主题，目前国际上的新能源汽车充电标准到底有哪些呢？新能源汽车充电标准涉及多个国际标准组织的参与和制定。以下是一些重要的国际充电标准：
CHAdeMO标准
CHAdeMO（Charge de Move）是来自日本的一种快速直流充电标准，旨在为电动汽车提供高功率的快速充电服务。
该标准最初由日本电力公司、东京电力公司、日产汽车等企业共同开发，并得到广泛的国际认可。在CHAdeMO标准下，充电桩和电动汽车之间使用特殊的插头和连接器进行快速直流充电。
CCS标准
CCS（Combined Charging System）是一种整合型充电系统，结合了欧洲使用的Mennekes交流充电和美国使用的SAE J1772直流充电标准。它采用与Mennekes Type 2交流插头相同的插头，并在其下方增加两个直流电极。这样，CCS兼容了交流充电和直流充电，可以满足不同地区和不同车型的充电需求。
ChaoJi标准
ChaoJi是一套包括充电连接组件、控制及导引电路、通信协议、充电系统安全、热管理等完整的传导充电系统解决方案，满足电动汽车充电快捷、安全、兼容的要求。ChaoJi吸取了当前国际四大直流充电接口系统的优点，改进了原有系统难以克服的缺陷，适应大、中、小功率充电，满足家用及各类公共充电场景；接口结构小巧轻便，在机械安全、电气安全、电击防护、防火及热安全设计上全面优化；能与现有国际四大直流充电系统实现兼容，并充分考虑未来产业发展需求，可平稳升级。与现有的各接口系统相比，ChaoJi充电系统在向前和向后兼容性、增强充电安全性、提升充电功率、提升用户体验以及国际认可度等方面具有突出的优势。
GB/T标准（国家标准）
GB/T标准是中国国家标准，由中国国家标准化管理委员会（SAC）负责制定。GB/T标准涵盖了国内新能源汽车充电的各个方面，包括交流充电和直流充电的技术要求、接口规范、充电设施的安装和使用等内容。GB/T标准已在中国境内广泛应用，是中国新能源汽车充电的主要标准。
IEC标准
IEC（International Electrotechnical Commission）是一个国际标准化组织，负责制定涵盖各种电气、电子和相关技术领域的国际标准。在新能源汽车充电领域，IEC也参与了充电接口标准的制定，例如IEC 61851系列标准，规定了交流充电和直流充电的接口要求。
Tesla Supercharger标准
特斯拉（Tesla）作为一家全球知名的电动汽车制造商，推出了其独有的快速直流充电标准，即Tesla Supercharger标准。这种标准适用于特斯拉的电动汽车，在特斯拉超级充电站可以实现高功率快速充电，为特斯拉车主提供便捷的长途旅行充电服务。
ISO标准
ISO（International Organization for Standardization）也参与了新能源汽车充电标准的制定工作，通过其制定的一系列标准，推动了充电技术的国际标准化和互操作性。例如ISO 15118标准涉及电动汽车和充电设施之间的通信协议，提高了电动汽车的智能化和网络互联性。
这些国际充电标准在全球范围内推动了新能源汽车充电技术的发展和普及。充电标准的统一性和互操作性对于新能源汽车行业的发展和用户的便捷体验至关重要。
接口类型
新能源汽车充电接口标准的外观类型也有很多，我们按照不同地区的通行接口标准（外观），可以将接口类型分为直流快充和交流慢充两种类型：
北美
北美的充电标准主要使用地区为美国和加拿大，其交流最大电压为240V AC，电流最大80A AC；直流最大电压为1000V DC，电流最大400A DC。
欧洲
欧洲的电压范围跟中国差不多，充电接口CCS2与美标的CCS1一脉相承，但还是有一些变化。主要区别在于欧洲的标准家用电力为230伏，几乎是北美所用电压的两倍，因此，欧洲没有 1 级充电。欧标交流最大电压为480V AC，电流最大63A；直流最大电压1000V DC，最大电流200A DC。
日本
日本的充电标准比较特殊，交流采用美标J1772的标准，而直流则采用CHAdeMO标准。J1772前面已经说过了，下面主要来说说CHAdeMO标准。
CHAdeMO是由五家日本汽车制造商联合开发的直流插头，并试图从2010年开始将其推广为全球标准，但并未被广泛采用。尽管如此，目前采用CHAdeMO接口的国家或地区也不少，除了日本外，其中大部分安装在欧洲（北欧居多）、美国和韩国。 CHAdeMO标准有两个版本，第一版支持最高62.5 kW充电，充电电流最大125 A ；而 修订后的CHAdeMO 2.0规范允许最高可达400 kW。同时CHAdeMO协会也正在与中国合作开发一种能够充电高达900 kW的超快速连接器，也就是chaoji充电接口，目前进展并不如预期。
国内充电标准发展与应用
国内新能源汽车充电标准的发展与应用经历了多个阶段，随着电动汽车产业的不断发展和普及，充电标准也逐步完善和推广。以下是国内充电标准发展与应用的主要阶段和特点：
2006年：GB/T 20234-2006
中国发布了首个新能源汽车充电标准GB/T 20234-2006，主要涵盖了直流充电桩的技术要求和安全规范。
在此阶段，中国仍处于新能源汽车产业的初期阶段，充电设施相对较少。因此，充电标准的应用范围有限，主要应用于少数试点项目和研究机构。
2015年：GB/T 18487.1-2015、GB/T 27930-2015
为推动新能源汽车充电基础设施建设，中国发布了新的新能源汽车充电标准GB/T 18487.1-2015，包括了交流充电桩和直流充电桩的技术规范，充电连接器的设计和使用，以及充电设施的安装和维护等内容。
与GB/T 18487.1-2015同时发布的是新能源汽车充电设施电能计量和支付系统标准GB/T 27930-2015，规定了充电设施的电能计量和支付方式，促进了充电设施的使用和管理。
2015年后：充电设施共建共享计划
中国国家电网与中国联通、中国移动等电信运营商共同推出了充电桩共建共享计划，加速了充电设施的建设和普及。随着标准的更新和完善，充电设施的建设逐渐加速。
例如，2015年，上海推出了国内首个充电桩共建共享计划，由上海国际汽车城推动，实现了多家运营商共享充电桩资源
2017年：国家标准化管理委员会发布一批新能源汽车充电标准
这些标准包括了充电设施的技术规范、充电接口和通信协议的统一标准，进一步推动了充电技术的标准化和互联互通。2017年，北汽新能源与特斯拉达成合作，北汽新能源为特斯拉提供了一批直流充电桩，扩大了特斯拉在中国的充电网络。2017年后，中国加大对快充技术的推广力度，不断提升充电功率，提高充电速度，以满足用户对快速充电的需求。
2018年：发展智能充电技术
中国加快推动智能充电技术的应用，包括充电设备的互联网远程监控、预约充电服务等，提高用户充电体验。2018年，广州南沙特斯拉超级充电站启用，该充电站集成了特斯拉V3超级充电技术，允许特斯拉车主在较短时间内充满电池。
2020年后：国家推动充电设施互联互通
中国开始推动不同充电设施的互联互通，实现不同厂商生产的电动汽车能够在任何充电设施充电，提高用户的便捷性。
2020年，国家电网联合多家电信运营商推出了“五统一”标准，即充电设施的规格、接口、电能计量、支付方式、运营服务等统一标准，促进了充电服务的互联互通。
此外，中国与其他国家和地区积极开展国际合作。例如，与国际充电标准组织IEC、ISO保持联系，推动充电接口标准的统一。同时，逐步推动充电服务互联互通，让用户可以在全国范围内便捷地充电。
2023年：ChaoJi充电国家标准获批发布
2023年9月7日，国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）发布2023年第9号国家标准公告，批准发布了下一代传导充电国家标准GB/T 18487.1—2023《电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求》、GB/T 27930—2023《非车载传导式充电机与电动汽车之间的数字通信协议》、GB/T 20234.4—2023《电动汽车传导充电用连接装置 第4部分：大功率直流充电接口》。该套标准的发布标志着ChaoJi充电技术路线获得国家批准，也标志着经过近8年的实践，ChaoJi充电技术从构想完成试验验证，从工程试点完成标准制定，为ChaoJi充电技术的产业化奠定了基础。
充电头网总结
技术与标准在事物发展的过程中始终互相影响，且辩证统一。新技术发展到一定程度为了规范发展就出现了标准，而标准在规范技术的同时，也会随着新需求进行变化，从而影响技术的发展。
当我们以辨证发展的视角去看待新能源汽车充电技术和标准时，就会发现。当前正处于技术发展推动标准完善的节点，世界各地区为了适应新能源汽车时代的到来，都纷纷出台了自己的标准和规范，在这些标准下，使得新能源汽车充电技术变得多样且开放，但同时也带来一些壁垒和阻碍，然而待到成熟统一的充电技术出现后，必然会推动国际统一标准的制定。
我们期待新能源汽车的充电标准与技术，能在发展中日趋成熟，带给世界人民更便捷、更绿色的出行方式，让智能化、安全性的交通场景早日到来。
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