快速增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(chē) （EV） 銷(xiāo)售正在推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 40 年，所有功率水平的年價(jià)值將達(dá)到 2030 億美元。這將為電動(dòng)汽車(chē)充電價(jià)值鏈上的公司提供巨大的機(jī)會(huì)。

在 Wolfspeed 的引擎蓋下是什么系列的這一章中，我們介紹了各種標(biāo)準(zhǔn)充電功率水平，并描述了全球使用的各種電動(dòng)汽車(chē)充電器插頭。最后，我們討論了車(chē)輛與充電器之間以及充電器與電網(wǎng)之間通信的類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)。

雖然最常見(jiàn)的電動(dòng)汽車(chē)充電器類(lèi)型是插入家中標(biāo)準(zhǔn)墻上插座的充電器，但不同的交流功率水平和直流快速充電都有標(biāo)準(zhǔn)（圖 1）。前兩個(gè)充電功率級(jí)別基于交流電源，并使用電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電器 （OBC） 將交流電從傳統(tǒng)交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為直流電。

每個(gè)級(jí)別通常使用插頭和通信引腳以及受?chē)?guó)際（IEC和ISO）或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或特斯拉管理的協(xié)議。

1 級(jí)充電

1 級(jí)設(shè)備采用單相 120 V AC，通常來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)家用插座，額定電流最大為 15 A，帶斷路器降額為 12 A。這將最大可用功率限制為 1.4 kW，但專(zhuān)用 20 A 插座可以將其提升到 2.4 kW。

1 級(jí)主要在北美使用，因?yàn)槭澜缙渌貐^(qū)最低的國(guó)內(nèi)電源電壓約為該水平的兩倍。這種充電水平可提供每小時(shí)約 4-6 英里（6.4-9.7 公里）的行駛里程，從空電量充滿電需要 40-50 小時(shí)。

2 級(jí)充電

AC 2 級(jí)設(shè)備在歐洲和世界其他地區(qū)提供家用 240 V 充電。在3.3千瓦至22千瓦時(shí)，它可以每小時(shí)提供約12-54英里（19.3-86.9公里）。從空到充滿電的電動(dòng)汽車(chē)，2 級(jí)充電需要 4-10 小時(shí)。阿拉伯?dāng)?shù)字

該規(guī)范規(guī)定單相電流高達(dá) 80 A（最大 19.2 kW），但大多數(shù)插座的額定電流為 30-40 A。在 40 A 時(shí)，可用的最大功率僅為 9.6 kW。但是，使用特殊的多相電路，例如在美國(guó)商業(yè)充電地點(diǎn)提供的電路，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)22 kW的功率。據(jù)估計(jì)，美國(guó)超過(guò) 80% 的公共電動(dòng)汽車(chē)供應(yīng)設(shè)備 （EVSE） 為 2 級(jí)。

3 級(jí)充電

在 3 級(jí)，也稱(chēng)為直流 2 級(jí)或直流快速充電 （DCFC），EVSE 可以在短短 80-15 分鐘內(nèi)將電動(dòng)汽車(chē)從空充電到 45%，通常在一小時(shí)內(nèi)增加 100 到 200 多英里（160.9-321.8 公里）的行駛里程。

這些充電器利用三相交流到高壓直流（車(chē)輛電池電壓），需要專(zhuān)用基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)提供 50-300+ kW，這對(duì)于貨車(chē)和卡車(chē)等中重型電動(dòng)汽車(chē)以及長(zhǎng)途旅行中的乘用電動(dòng)汽車(chē)特別有用。

據(jù)估計(jì)，美國(guó)約有15%的公共EVSE端口能夠支持直流快速充電器。

標(biāo)準(zhǔn)和插頭

電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)尚未就單個(gè)交流或直流連接器達(dá)成一致，并且插頭（連接器）明顯多于電動(dòng)汽車(chē)充電的功率水平。根據(jù) EV 品牌和國(guó)家/地區(qū)，連接器的形狀、尺寸和引腳配置各不相同。

通常，所有連接器都使用兩個(gè)或多個(gè)大引腳（L1、L2、L3 用于交流相位線，N 表示中性線，AUX 表示輔助，PE 或 GND 用于保護(hù)接地或接地），以及幾個(gè)較小的引腳用于通信控制導(dǎo)頻 （CP）、接近導(dǎo)頻 （PP） 和控制器局域網(wǎng) （CAN），以及專(zhuān)有引腳。

SAE J1772：J1772（J 型插頭或矢崎連接器）在 IEC 62196-2 中被指定為用于單相交流充電的 Type 1 連接器的實(shí)現(xiàn)。雖然指定用于 1 級(jí)和 2 級(jí)，但它主要用于美國(guó)和日本。特斯拉插頭可以使用適配器使用 J 插頭充電。

1 型連接器具有帶有五個(gè)引腳的圓形外殼;有兩個(gè)交流電源引腳、一根接地線和兩個(gè)信號(hào)引腳：PP 和 CP。

門(mén)內(nèi)克斯：IEC將其定義為2型連接器，是歐洲2級(jí)充電的標(biāo)準(zhǔn)配置。特斯拉在歐洲使用Type 2連接器進(jìn)行交流和直流充電。該連接器具有五個(gè)用于中性線的電源引腳和三個(gè)交流線路相位和接地，可用于單相和三相充電。它還具有兩個(gè)用于 CP 和 PP 的小信號(hào)引腳。

國(guó)標(biāo)/噸：這是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)/推建的簡(jiǎn)稱(chēng)，意思是推薦性（但不是強(qiáng)制性的）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)的GB/T 20234-2015標(biāo)準(zhǔn)采用了與2型門(mén)內(nèi)克斯連接器相似但不兼容的交流連接器。該插頭允許交流充電功率為 8 kW 或 27.7 kW，電流為 10/16/32 A（250 V）或 16/32/64 A （440 V）。

對(duì)于直流充電，GB/T有一個(gè)不同的插頭，其獨(dú)特的是能夠同時(shí)為電動(dòng)汽車(chē)中的低壓輔助電池和高壓牽引電池充電。

CCS：組合充電系統(tǒng) （CCS） 標(biāo)準(zhǔn)將交流和直流充電整合到一個(gè)連接器中，該連接器已在美國(guó)、歐盟和韓國(guó)廣泛采用。在美國(guó)，CCS 1 在 AC J1772 配置下方放置了兩個(gè)額外的直流電源引腳。歐盟使用 CCS 2，它同樣將 AC Type 2 連接器與 DC 電源引腳相結(jié)合。CCS 連接器也稱(chēng)為組合，符合 IEC 62196-1、62196-2 和 62196-3 標(biāo)準(zhǔn)。

查德莫：該標(biāo)準(zhǔn)由豐田、日產(chǎn)和三菱等日本公司聯(lián)盟開(kāi)發(fā)，已作為IEC 61851-23、61851-24和62196-3以及IEEE 2030.1.1TM-2015發(fā)布。但是，在美國(guó)，只有日產(chǎn)和三菱銷(xiāo)售帶有此連接器的電動(dòng)汽車(chē)。

CHAdeMO 使用具有三個(gè)電源引腳和六個(gè)信號(hào)引腳的“Type 4”EV 連接器。

特斯拉連接器：此專(zhuān)有插頭支持 1 至 3 級(jí)充電條件。該插頭是美國(guó)特斯拉汽車(chē)的唯一選擇，使用三個(gè)電源引腳（包括接地）和兩個(gè)信號(hào)引腳。特斯拉插頭的獨(dú)特之處在于使用相同的連接器和引腳進(jìn)行交流和直流充電。

然而，在歐洲，特斯拉為所有車(chē)型提供 Type 2 電纜，為 Model X 和 S 提供 CCS 2 適配器（Model 3 使用 CCS 2），并單獨(dú)銷(xiāo)售 CHAdeMO 適配器。四

通信協(xié)議

車(chē)輛、充電器和電網(wǎng)之間的通信方式是標(biāo)準(zhǔn)化的，并側(cè)重于兩個(gè)主要的通信流——車(chē)輛和充電器之間以及充電器和電網(wǎng)之間。上述各種連接器中的信號(hào)引腳需要傳達(dá)的信息以標(biāo)準(zhǔn)IEC 61851、ISO 15118、DIN 70121和VDV 261為指導(dǎo)，這些標(biāo)準(zhǔn)定義了多個(gè)功能級(jí)別。每個(gè)功能使用不同的通信方法，并提供不同級(jí)別的功能和狀態(tài)支持。

低電平通信 （IEC 61851）：它提供與充電狀態(tài)和最大電流相關(guān)的有限功能，并使用接近先導(dǎo)引腳來(lái)確定狀態(tài)。

中級(jí)通信 （IEC 61851-1）：它使用在兩個(gè)定義的電平之間交替的控制導(dǎo)頻和脈寬調(diào)制 （PWM） 信號(hào)。EVSE 通過(guò)占空比指定 EV 的最大充電電流。IEC 61851-1標(biāo)準(zhǔn)定義了適用的占空比值。雖然功能與低級(jí)別類(lèi)似，但可以強(qiáng)制進(jìn)行高級(jí)通信。

高級(jí)通信 （IEC 61851-1）：直流充電的要求，此級(jí)別使用基于 IPv6 的協(xié)議結(jié)構(gòu)和基于專(zhuān)用引腳的電力線通信 （PLC） 技術(shù)，例如 CCS 中的 CP 和 PE。兩種常見(jiàn)的協(xié)議是符合ISO 15118-3和DIN 70121標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)級(jí)衰減表征（SLAC）和CAN，后者由DC GB/T和DC CHAdeMO使用。

充電器到電網(wǎng)：充電器到電網(wǎng)的通信通過(guò)使用開(kāi)放充電點(diǎn)協(xié)議 （OCPP） 通過(guò)以太網(wǎng)（或通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)線方式）進(jìn)行，OCPP 是一種允許 EVSE 通過(guò)中央管理系統(tǒng)進(jìn)行通信的應(yīng)用協(xié)議。OCPP 的愿景是使任何電動(dòng)汽車(chē)充電器與任何充電器管理軟件配合使用，并可能支持增值服務(wù)。

結(jié)論

電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域目前有大量的連接器和孤立的服務(wù)提供商，這限制了“充電器漫游”或使用離電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主最近的任何充電站的能力。但是，廣泛和快速采用電動(dòng)汽車(chē)的最后一個(gè)挑戰(zhàn)已經(jīng)通過(guò)行業(yè)努力得到解決。例如，美國(guó)超過(guò)50%的電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)已采用CCS標(biāo)準(zhǔn)5，而特斯拉使用軟件驗(yàn)證禁止美國(guó)非特斯拉電動(dòng)汽車(chē)使用充電器，并已開(kāi)放其在歐洲龐大的充電基礎(chǔ)設(shè)施。

審核編輯：郭婷