新能源汽车的接口之争

用祖国统一才是唯一

随着”双碳”政策的提出，汽车电动化推动新能源汽车代替燃油车的步伐。根据乘联会的最新数据，2022年1-10月中国新能源汽车产量559万辆，累计渗透率达24.7%。其中十月份国内新能源汽车的产量为75.2万辆，渗透率为29.4%[1]。新能源汽车快速发展的同时，充电问题依然是新能源汽车车主的一大痛点。而新能源汽车充电除了受充电桩的覆盖率影响之外，还受供应商所提供的接口所限制。而以往的市场规律告诉我们最终标准的制定者必然会享受巨大的发展红利，所以新能源汽车充电接口标准也是一个各厂商甚至各国争夺的领域。
电动汽车的充电根据输入的类型可以分为交流充电和直流充电两种。交流充电需要通过安装在车上的车载充电机将交流电转换为直流电为动力电池补能。而直流充电桩则直接输出直流电压为动力电池补能，通常是大功率快充。无论是交流充电还是直流充电都需要充电桩和新能源汽车具有相互匹配的连接器接口。然而遗憾的是，到目前为止还没有一个通用的电动汽车充电连接器标准。近年来，各国均采取措施对新能源汽车充电接口加以规范，目前国际上主流的充电标准有下图所示的五种，将会在下面的内容中做详细介绍。



图1 新能源汽车五种主流充电接口标准[2]

1. CHAdeMO[3]




图2 CHAdeMO充电接口[4]

日本主要汽车制造商、电动车公司和政府等机构于2010年3月联手打造的电动车快速充电标准。全称为“CHArge de MOve”，翻译成中文是“用于前进的充电器”或“充电时间短如茶歇”。
通过其专用的连接器接口，可以为车辆提供62.5kW(500V/125A)的充电功率。其2.0版本增加了电能双向传输的功能，最大传输功率可以到400kW(1kV/400A)。日本最大的汽车厂商如丰田、日产、三菱和东京电力公司等都支持该标准，同时日本的车企和充电桩运营公司还积极在欧美市场进行推广并抢得先机。日本政府甚至提出在美国每建一个日本充电标准的充电桩可以补贴一万美元的优惠政策。在日本政府和企业的大力推广下，2012年就已经被普及到24个国家。
2. 美标Combo1/ CCS Type1




图3  CCS Type1充电接口[5]

Combo充电方式是美国汽车工程师协会SAE在2012年发布的：全称Combo Coupler, 特征为5芯接口，最高可以使用500V电压， 200A电流的充电方式。该充电方式将交流和直流充电结合在一起，并且还有一种直流快充模式。
此外，美国同年还在洛杉矶第 26 届世界电动汽车大会上正式成立了“快速充电协会”，并联合福特、通用、大众、奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和克莱斯勒等美德8大车企就建立统一的电动汽车快速充电标准发表声明，随后联合推广联合充电系统(Combined Charging System)标准。很快受到美国、德国汽车行业协会的认可。除了把普通充电和快速充电整合到一个插头和插座上，整车只配备一个充电接口外，它比Combo更强大的是还可以支持三相交流电的接入。CCS标准迅速推广，陆续成为美国、欧盟国家、韩国、新加坡、印度、俄罗斯等国的通用充电桩标准。其中美标的接口称为CCS Type1。
3. 欧标Combo2/ CCS Type2




图4 CCS Type2充电接口[6]

面对日本在充电标准上的竞争，2014年9月欧盟通过《替代能源基础设施指令》，并提议2019年起禁止公共充电站建设日本的CHAdeMO标准充电桩。欧洲的电动车市场执行CCS Type2充电桩标准，其特征为7芯接口。在直流快充模式下，仅需30分钟即可充满一台续航里程为350公里的电动汽车，目前欧洲的宝马、奔驰、奥迪等品牌均支持CCS Type2标准的充电桩。日本品牌的电动汽车在销往欧美时，都会同时配备CHAdeMO和CCS两种接口。



图5 CCS2转CCS1、CCS1转CCS2接口适配器[7][8]

CCS Type 1 和 CCS Type 2 具有几乎相同的特性，但其充电接口并不互相兼容。如果从欧盟出口汽车到美国或从美国出口汽车到欧洲国家，则需要通过CCS2转CCS1或者CCS1转CCS2接口的适配器。
4. GB/T

早在2010年左右，国内电动汽车产业刚刚兴起发展时，业内就开始讨论中国通过电动车实现汽车产业弯道超车，与欧美日等汽车强国争夺全球充电标准的制定。但国内电动车发展初期产业发展的不成熟和电动车技术的不稳定导致整个产业以造车为重心，服务设施及标准建设都处于相对滞后的状况。充电系统方面也较为复杂，每家车企专门建立了自己的充电体系，电池也是各造各家，谁也不服输，为了市场不被垄断，车企也纷纷推出独家充电模式。在充电桩建设早期，政策支持和大额补贴吸引了大批第三方充电桩运营商，导致充电桩市场盲目扩张。每家车企的充电桩让人眼花缭乱，所带来的结果是车主的充电极不方便，加之技术不断发展和管理不善，出现了大批完全用不上的“僵尸桩”。



图6  GB/T国标充电接口[9]

2015年12月28日，国家质检总局、国家标准委联合国家能源局、工信部、科技部等部门，发布新修订的电动汽车充电接口及通信协议5项新国家标准，新标准从2016年1月1日起实施。新标准分别对充电接口、通信协议、安全性和兼容性等多个方面都制定了有效规范。新标准的实施也在逐步结束国内充电桩运营商各自为战、接口不一、车与桩无法匹配的糟糕状况。国标统一的充电接口分为9孔直流型和7孔交流型，虽然国标的交流接口与欧标的外形一样，但他们的内部连线方式并不一样，因此无法实现相互兼容。随着国内标准的统一，2016年后生产的新能源汽车的充电接口都统一适配国标。其交流额定电压不超过690V，频率50Hz，额定电流不超过250A；直流额定电压不超过1000V，额定电流不超过400A。



图7 ChaoJi充电接口[10]和天津首座ChaoJi充电站[11]

为进一步适应市场发展充电标准的世界影响力，今年4月，中国电力企业联合会联合日本CHAdeMO协会发布3.0版电动汽车充电协议，并把项目命名为“ChaoJi”。这种双向直流快充的目标是实现900kW(1500V/600A)的双向直流快充，覆盖卡车和公共汽车等重型车辆的充电需求，并在标准中提供多种充电功率，从而适应更多类型的电动汽车。11月2日，位于天津市武清区京沪高速泗村店服务区（北京方向）的“ChaoJi（超级）”充电站建设完成并进入试运行阶段。
5. Telsa




图8 特斯拉充电桩充电接口[12]

特斯拉汽车有一套自己的充电标准，目前特斯拉V3超级充电桩可支持高达250kW的峰值功率，充电五分钟可行驶120公里。未来特斯拉第四代超级充电V4将会面世，峰值功率能够达到350kW。截止本月底，特斯拉在全球已有4万个超级充电站，使其成为全球最大的直流快充充电网络。相比于CCS，特斯拉的接口尺寸具有明显的优势，同时能提供两倍的充电速度。此外，特斯拉充电标准似乎也有成本优势。德克萨斯大众汽车环境缓解计划 (TxVEMP) 提交的申请文件显示，特斯拉超级充电站的费用几乎是竞争对手（通过福布斯）收费的五分之一。



图9 特斯拉充电接口与CCS尺寸对比[12]

然而近几年各国内部的充电标准趋于统一，为了更好的融入其他地区并兼容其他充电接口，特斯拉不得不放弃对充电标准的控制，在车上增加CCS或者GB/T充电接口。
2022年11月11日，特斯拉在官网上宣布开放其充电接口标准，并将其更名为北美充电标准 (North American Charging Standard, NACS)[13]。公开的内容包括技术规范、附件（交流和直流充电共享Pin角）、交直流充电接口Datasheets和充电接口的CAD数据。技术规范里对交直流充电功能设计、安全设计、防护等级、机械要求等进行了详细的定义。有机构认为特斯拉此举意在将其充电连接器推动成为统一的标准。可提高未来其充电站利用效率和盈利能力。并且，标准统一之后，也会有更多的话语权。但是更深层次的原因，可能在于美国拜登政府推出的极力促进充电基础设施的建设法案《两党基础设施法案》，投入规模高达75亿美元，并对有关公司提出了核心要求：“能够为多家汽车制造商生产的汽车提供充电服务”、“提供至少一种充电连接器类型，将电力传输给适用行业公认惯例和安全标准的汽车”。也就是说，特斯拉要想在美国拿到这笔政府投资，就必须开放自己的超充站和超充桩。这么做既“加速世界向可持续能源转变”，又能鼓了自己的腰包，马斯克自然没有理由拒绝。放开超充站后，为了解决充电兼容性问题，最好的方式当然是其他汽车制造商也使用NACS接口标准。11月17日，特斯拉官宣正式在意大利启动其超充试点项目。该试点项目允许第三方电动车车主在特斯拉的任意超充站点充电，充电功率在150-250kW之间。
6. 结语

目前新能源汽车充电标准已经实现全球局部统一，车企也采取相应措施以融入各地区的充电标准，同时全球五大标准也在不断地进行优化完善以求提升其全球影响力。我们相信市场终将实现统一，谁才是最终的霸主成为新能源汽车接口的标准，让我们拭目以待。
参考文献

[1] https://www.chinanews.com/cj/2022/11-21/9899264.shtml
[2] https://getiot.tech/ev/electric-vehicle-charging-connector-types.html]
[3] https://www.chademo.com/
[4] https://www.midaevse.com/zh/fast-ev-charger-plugs-chademo-dc-connector-with-cable-product/
[5] https://chinese.alibaba.com/product-detail/Combo-Type-1-CCS-1-DC-1600522551286.html
[6] https://www.evexpert.es/p/228/phoenix-contact-charging-cable-type2-open-end-32a
[7] https://www.midaevse.com/zh/project/ccs-type-2-connector-for-dc-fast-electric-car-charging-station/
[8] https://www.ruten.com.tw/item/show?22217761188331
[9] https://www.midaevse.com/zh/chinese-60kw-250a-gbt-plug-gbt-dc-charging-gun-for-ev-fast-charger-station-product/
[10] https://www.midaevse.com/zh/project/ev-charging-plug-types-for-electric-car-charging/
[11] https://www.cnr.cn/tj/tjyw/20221108/t20221108_526054380.shtml
[12] https://www.tianqiweiqi.com/tesla-charging-plug-an-open-standard.html
[13] https://www.tesla.com/blog/opening-north-american-charging-standard

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