充电桩

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一个位于法国马孔特斯拉超级充电站英语Tesla Supercharger充电桩

充电桩是一种为电动汽车(包含纯电动汽车和可插电的混合动力电动汽车)补充电能的装置,类似燃油汽车所使用的加油站加气站,充电桩是电动汽车充换电设施的一种。按照充电桩提供的输出电流分类,充电桩可以分为交流充电桩和直流充电桩,通常情况下,快速充电桩都是直流充电桩(但直流充电桩并非都是快速充电桩),对一般的纯电动乘用车而言,慢速充电桩充满电的时间一般需要3-8个小时,而快速充电桩只需要数十分钟[1](以小鹏G3纯电动SUV为例,从30%电量充到80%,快充时间小于等于30分钟,而慢充则需要5小时左右[2])。相比乘用车,公交车出租车等营运车辆对电池续航的需求更高,所以通常公交站场、出租车停车场等地会有设置较多的充电桩。[3]

历史[编辑]

1973年,西雅图街头一个使用NEMA连接器英语NEMA connector的充电桩,正在为一辆AMC Gremlin英语AMC Gremlin型电动汽车充电[4]

作为电动汽车的配套设施,充电桩因电动汽车的出现而诞生,并随着电动汽车的普及而逐渐普及

基本构成和功能[编辑]

充电桩由桩体、电气模块、计量模块等部分组成。桩体包括外壳和人机交互界面。电气模块包括充电插座、电缆转接端子排、安全防护装置等。

安全防护功能:充电桩应具备过载保护、漏电保护、防雷击、应急急停等安全保护功能。

人机交互功能:用于输入充电参数,显示各状态下的相关信息。如充电桩使用者可通过充电桩上的键盘输入充电电量或充电金额,预约充电时间(在夜间用电低谷时启动充电)。

充电过程中,充电桩上可显示充电电压、充电电流、充电电量等状态信息。用户可查询充电卡账户、资金余额等信息。

提供公共充电服务的充电桩一般还具有刷卡、身份识别、计量计费、票据打印、本地装置调试、远程通信控制等功能。

充电接口[编辑]

一般来说电动汽车的充电电流相比普通家用电器大,为确保电动汽车充电过程安全,充电桩通常采用专用充电接口[5],而根据充电桩输出类型的不同,充电接口同样分为交流充电接口和直流充电接口两种,相对而言,交流充电桩成本低,结构简单,对蓄电池更友好,适合大范围面积进行普及推广,而直流充电桩输出电流较大,适应于快速充电需求。

交流充电桩[编辑]

交流充电桩是为电动汽车车载充电机(即固定安装在电动汽车上的充电机)提供交流电源的供电装置。交流充电桩只提供电力输出,没有充电功能,后续的整流和DC/DC变换都是由车载充电机完成,充电桩只起到一个电源控制器的作用。在中国,功率以3.5kW和7kW的居多。

中国国标[编辑]

根据中华人民共和国国家标准GB/T 20234.2的规定,交流充电接口包含7个触头。[6]

触头编号/标识 额定电压和额定电流 功能定义
1-L 250V/440V, 16A/32A 交流电源
2-NC1 - 备用
3-NC2 - 备用
4-N 250V/440V, 16A/32A 中线
5-PE - 保护接地
6-CC 30V, 2A 充电连接确认
7-CP 30V, 2A 控制确认

SAE J1772[编辑]

SAE J1772又称“5 Pin”,是由美国汽车工程师协会(SAE)发布的一种充电接口标准,因实施时间较早,被美国及日本广泛使用,其5芯的交流充电接口,在IEC 62196-2中被定义为Type 1接口。 J1772标准定义了两个充电电压,1级为120V 16A/1.92 kW,2级为240V 32A/7.68 kW,在J1772标准下,交流充电接口包含5个触头。

一支典型的J1772交流充电枪
触头编号/标识 额定电压和额定电流 功能定义
1-L1 250V, 16A/32A 交流电源(相1)
2-N/L2 250V, 16A/32A 中线或交流电源(相2)
3-PE - 保护接地
4-CP 30V, 2A 控制确认
5-CS 30V, 2A 控制切换

IEC 62196 Type 2[编辑]

德国插接件制造商Mennekes德语Mennekes (Unternehmen)公司在"CEEplus"系列(上世纪九十年代就已应用)的基础上发展设计了该充电接口,在IEC 62196-2中被定义为Type 2接口,典型的Type 2连接器具有7个触头,可以使用单相或三相交流电为电动汽车充电[7],2013年1月,欧盟委员会选择IEC 62196 Type 2连接器作为欧盟的官方充电接口。[8]

一支典型的Type 2交流充电枪
宝马i3纯电动汽车的Type 2充电接口
触头编号/标识 额定电压和额定电流 功能定义
1-L1 480V, 63A/70A 交流电源(相1,单相时最高70A)
2-L2 480V, 63A 交流电源(相2,单相时不使用)
3-L3 480V, 63A 交流电源(相3,单相时不使用)
4-N 480V, 63A/70A 中线(单相时最高70A)
5-PE - 保护接地
6-CP 30V, 2A 控制确认
7-PP/CS 30V, 2A 连接确认或控制切换

直流充电桩[编辑]

中国国家电网充电桩.jpg

直流充电桩通过输出可调直流电,直接为电动汽车的车载电池充电,输出的电压和电流调整范围大,可以实现快速充电的需求,但对电池损耗相对比交流充电桩大。

中国国标[编辑]

根据中华人民共和国国家标准GB/T 20234.3的规定,直流充电接口包含9个触头。[9]

触头编号/标识 额定电压和额定电流 功能定义
1-DC+ 750V 125A/250A 直流电源正极
2-DC- 750V 125A/250A 直流电源负极
3-PE - 保护接地
4-S+ 30V, 2A 充电通信 CAN_H,连接充电桩与电动汽车的通信线
5-S- 30V, 2A 充电通信 CAN_L,连接充电桩与电动汽车的通信线
6-CC1 30V, 2A 充电连接确认
7-CC2 30V, 2A 充电连接确认
8-A+ 30V, 20A 辅助供电正极
9-A- 30V, 20A 辅助供电负极

特斯拉[编辑]

特斯拉汽车有一套自己的充电标准,号称能在30分钟内充满可跑300公里以上的电量。因此其充电插座最高容量可达120kw, 最高电流可达80A。 在北美销售的特斯拉汽车采用专有的充电接口,而在欧盟等其他地区销售的特斯拉汽车则大多采用兼容欧洲Type 2标准的充电接口

CHAdeMO[编辑]

结构复杂的CHAdeMO直流充电枪
三菱欧蓝德PHEV混合动力SUV所使用的CHAdeMO直流快速充电接口 (右侧),左侧为普通的SAE J1772交流慢速充电接口

CHAdeMO是CHArge de Move的缩写,是在东京电力公司倡导下,日产、三菱、斯巴鲁于2010年3月联合发起成立的组织,推广CHAdeMO的直流充电系统,丰田和本田随后加入该协会,CHAdeMO从日语翻译过来意思为「充电时间短如茶歇」,这种直流快充插座可以提供高达100Kw的充电容量。 CHAdeMO充电接口采用10芯结构,相比于其他标准的充电接口来说较为复杂

组合充电桩[编辑]

为了解决交流充电接口和直流充电接口各自的弊端,随后出现了组合充电接口,常见的有基于SAE J1772改良的Combo 1接口和基于Type 2改良的Combo 2接口,这两种接口都是在原有交流充电接口的基础上额外增加2个直流充电触头而形成。

分类[编辑]

按安装方式分[编辑]

可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。

按安装地点分[编辑]

按照安装地点,可分为公共充电桩和专用充电桩。 公共充电桩是建设在公共停车场(库)结合停车泊位,为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。 专用充电桩是建设单位(企业)自有停车场(库),为单位(企业)内部人员使用的充电桩。 自用充电桩是建设在个人自有车位(库),为私人用户提供充电的充电桩。 充电桩一般结合停车场(库)的停车位建设。安装在户外的充电桩防护等级不应低于IP54。安装在户内的充电桩防护等级不应低于IP32。

按充电接口数分[编辑]

可分为一桩一充和一桩多充。

充电桩的建设安装[编辑]

中国[编辑]

截止2012年底,中华人民共和国全国共安装了17000个左右充电桩。大部分由国家电网公司投资建设,主要建设在北京上海杭州深圳合肥等“十城千辆示范工程”城市和“私人购车试点”城市。

2012年,上海发布了上海市工程建设规范《电动汽车充电基础设施建设技术规范》(DG/TJ08-2093-2012),规定在规划的地铁换乘站(P+R)、新建居民小区、新建超市/大卖场等商业中心、新建商务楼宇、各级政府大楼、学校等公用事业单位停车场,配置充电桩的停车位比例不低于停车位的10%。已建成停车场配置充电桩的停车位比例视实际情况确定。

美国[编辑]

欧洲[编辑]

相关政策[编辑]

2014年7月30日,中华人民共和国国家发改委发布电动汽车用电价格政策,规定居民家庭住宅、住宅小区等充电设施用电,执行居民电价。发改委新政的推行将终结“一车一价”的充电收费乱象,进一步降低电动汽车的使用成本。[10]

參考文獻[编辑]

  1. ^ 汪晓茜; 钱锋; 黄越; 温珊珊. 电动汽车充电设施空间规划和土建设计 = Space planning and construction design of electric vehicles charging infrastructure Di 1 ban. 东南大学出版社. ISBN 9787564169169. 
  2. ^ 小鹏G3-参数配置. 小鹏汽车官方网站. [2019-10-05]. 
  3. ^ Bear. 探访全球最大充电站!637根桩日充电16万度,坐标深圳. 智东西. [2019-10-06]. 
  4. ^ Reardon, William A. The energy and resource conservation aspects of electric vehicle utilization for the City of Seattle. Richland, WA: Battelle Pacific Northwest Laboratories. 1973: 28–29. 
  5. ^ 天骄·新能源汽车. 一文告诉你:电动汽车充电为什么要有新国标?. 第一电动网. [2019-10-06]. 
  6. ^ 中国国家标准化委员会. 电动汽车传导充电用连接装置 第 2 部分:交流充电接口 (PDF). [2019-10-06]. 
  7. ^ International Electrotechnical Commission. IEC 62196-2 Electric Vehicle Charge Connector Assembly Editon 2.0. International Electrotechnical Commission. : 10. 
  8. ^ [tt_news=929&cHash=5776533c6270bfd03a554a09e9d21954 Type 2 charging plug proposed as the common standard for Europe]. MENNEKES. 2013-01-30 [2019-10-06]. [永久失效連結]
  9. ^ 中国国家标准化委员会. 电动汽车传导充电用连接装置 第 3 部分:直流充电接口 (PDF). [2019-10-05]. 
  10. ^ 北京住宅小区充电桩将享居民电价,中国经济网,2014年7月31日