电动汽车充电标准

2011 年，欧洲汽车制造商协会 (ACEA) 确立了以下定义：

• 插孔 (Socket Outlet): 指电动汽车供电设备 (EVSE) 上负责向车辆提供充电电力的端口。
• 插头 (Plug): 指柔性线缆连接到 EVSE 插孔的那一端。在北美，由于线缆是永久连接的，因此不使用插孔和插头。
• 线缆 (Cable): 指将 EVSE 连接到电动汽车的柔性导体束。
• 连接器 (Connector): 指柔性线缆与车辆输入端接口的那一端。
• 车辆输入端 (Vehicle Inlet): 指电动汽车上用于接收充电电力的端口。

“电动汽车连接器”和“电动汽车输入端”这两个术语曾在 1999 年美国国家电气法规 (NEC) 第 625 条中有类似的定义。NEC-1999 还将“电动汽车供电设备”概述为“专门用于将能源从场所布线传输到电动汽车”的完整装置，涵盖了“导体、电动汽车连接器、连接插头以及所有其他配件、装置、电源插座或设备”。

Tesla, Inc. 使用“充电站”一词来描述包含一组充电器的场所，而将单个 EVSE 称为“连接器”。

国家电力交通基础设施工作委员会 (IWC) 由电力研究所于 1991 年成立，成员包括汽车制造商和电力公司，旨在为美国建立统一标准。IWC 的早期努力促成了 1999 年《国家电气法规》(NEC) 手册中概述的三种充电等级的制定。

根据 NEC-1999，1 级充电设备（按 NEC 手册定义，尽管代码中未明确说明）通过带接地的标准 NEMA 5-20R 三孔电源插座连接到电网。此外，它还强制要求在距离插头 12 英寸 (300 mm) 的范围内安装一个 剩余电流动作保护器。供电电路需要有最大额定电流 125% 的保护。例如，额定连续电流为 16 安培的充电设备需要配置 20 A 的断路器。

根据 NEC-1999，2 级充电设备（如手册中所述）需永久布线并固定在指定位置。除了要求接地和接地故障保护外，还要求配备联锁装置以防止充电期间车辆启动，以及用于线缆和连接器的安全脱扣装置。为保护分支电路，必须配置 40 A 断路器（相当于连续最大供电电流的 125%）。为方便起见并实现更快的充电，许多早期的电动汽车 (EV) 青睐安装 2 级充电设备，这些设备可以通过感应式充电板 (Magne Charge) 或传导式连接器 (Avcon) 连接到电动汽车。

3 级充电设备采用车载外整流器将输入交流电转换为直流电，然后供给车辆。在编写时，NEC-1999 手册预见 3 级充电设备将需要公用事业公司升级其配电系统和变压器。

汽车工程师学会 (SAE International) 作为 2001 年首次制定的 SAE J1772 标准的一部分，定义了北美所用电动汽车 (EV) 充电系统的一般物理、电气、通信和性能要求。SAE J1772 划定了四个充电等级，其中交流 (AC) 和直流 (DC) 电源各占两级。这些划分基于配电类型、标准和最大功率。

交流充电站直接将车辆的车载充电电路连接到交流电源。

• 交流 1 级 (AC Level 1): 此级别直接连接到标准的 120 V 北美插座，能够提供 6–16 A (0.7–1.92 kW) 的功率，具体取决于专用电路的容量。
• 交流 2 级 (AC Level 2): 它利用 240 V（单相）或 208 V（三相）电源提供 6 到 80 A (1.4–19.2 kW) 的电流，与交流 1 级充电相比，充电速度显著提高。

直流充电通常（尽管是不准确地）基于较旧的 NEC-1999 定义被称为“3 级”充电，在 SAE 标准中被单独分类。在直流快充中，电网交流电在到达车辆电池之前，先通过充电站内的交直流转换器转换为直流电，从而绕过了车辆上的任何车载交直流转换器。

• 直流 1 级 (DC Level 1): 此级别在 50–1000 V 电压下提供最大 80 kW 的功率。
• 直流 2 级 (DC Level 2): 此级别在 50–1000 V 电压下提供最大 400 kW 的功率。

SAE 发布的其他充电标准包括涉及使用 IEC 62196-2 定义的 2 型连接器进行三相交流充电的 SAE J3068，以及涉及直流充电设备自动连接的 SAE J3105。

2003 年，国际电工委员会 (IEC) 将 SAE J1772 标准的很大一部分纳入了 IEC 62196-1。

随后 IEC 62196-1 经过修订和扩展，演变为 IEC 62196，成为涵盖各种电动汽车插头类型和充电模式的国际标准。该标准在德国被认可为 DIN 标准 DIN EN 62196，在奥地利为 ÖVE/ÖNORM EN 62196，在瑞士为 SN EN 62196。它包含多个已逐步采用的组件。第三部分于 2014 年 6 月发布，涵盖轻型电动汽车连接器的 IEC TS 62196-4 于 2022 年 10 月发布。截至 2022 年，第一部分已出至第四版。

该标准遵循 IEC 61851 关于负责切换充电电流的信号针脚的定义。值得注意的是，充电站在电动汽车连接之前保持无电压状态，确保车辆在充电过程中无法操作。

来自第一部分的信号针脚和 IEC-62196-1 充电插头的定义已集成到各种技术法规中。除了 IEC 60309 “CEEform”三相连接器外，充电模式也已应用于北美的 SAE J1772 连接器（由矢崎开发）、日本的 CHAdeMO 连接器以及欧洲的 Mennekes 连接器 (VDE-AR-E 2623-2-2)。这些连接器中的每一个都构成了能源供应商提供的公共充电站网络的基础。

IEC 将充电模式 (IEC 61851-1) 分类如下：

• 模式 1: 指从标准电气插孔进行慢充，无论是单相还是三相交流电。
• 模式 2: 从常规交流插孔进行慢充，但带有特定的电动汽车专用保护装置，例如 Park & Charge 或 PARVE 系统。
• 模式 3: 涵盖交流慢充和快充，使用配备控制和保护功能的专用电动汽车多针插孔，例如 SAE J1772 和 IEC 62196-2。
• 模式 4: 通过专用充电接口（如 IEC 62196-3，例如 CHAdeMO）进行直流快充。

电网与“充电器”（电动汽车供电设备）之间的连接分为三种情况 (IEC 61851-1)：

• 情况 A: 指连接到主电源的任何充电器，通常主电源线缆直接连接到充电器本身，主要与模式 1 或 2 相关联。
• 情况 B: 描述了一种车载车辆充电器，其电源线缆可以与电源和车辆分离，通常对应于模式 3。
• 情况 C: 涉及直流专用充电站，其中电源线缆可能永久连接到充电站，类似于模式 4。

北美充电标准 (NACS)，也称为特斯拉充电标准，是由 Tesla, Inc. 开发的一种电动汽车 (EV) 充电连接器系统。自 2012 年以来，它已被用于所有北美市场的特斯拉汽车。2022 年 11 月，特斯拉将其开放给其他制造商使用。

NACS 连接器系统目前正被标准化为 SAE J3400，旨在促进交流和直流充电。特斯拉超级充电桩所使用的当前版本 NACS 连接器可提供高达 250 kW 的功率。当使用交流电源时，NACS 系统可在 277 伏电压下提供高达 80 安培的电流。在最常见的配置中，它可在 240 伏电压下提供高达 48 安培的电流，相当于 11.5 kW，这在北美住宅使用中很常见。

常见的连接器包括 1 型 (Yazaki)、2 型 (Mennekes)、3 型 (Scame)、CCS Combo 1 和 2、CHAdeMO 以及特斯拉。许多标准插头类型都在 IEC 62196-2（用于交流供电）和 62196-3（用于直流供电）中进行了定义：

• 1 型: 单相交流车辆耦合器 – 符合 SAE J1772/2009 汽车插头规范。
• 2 型: 单相和三相交流车辆耦合器 – 符合 VDE-AR-E 2623-2-2、SAE J3068 和 GB/T 20234.2 插头规范。
• 3 型: 配备安全快门的单相和三相交流车辆耦合器 – 由 EV Plug Alliance 提出。
• 4 型: 直流快充耦合器
  • AA 配置: CHAdeMO
  • BB 配置: GB/T 20234.3
  • CC/DD 配置: (预留)
  • EE 配置: CCS Combo 1
  • FF 配置: CCS Combo 2

IEC 62196-2 和 -3 中列出的连接器设计
电源	美国	欧盟	日本	中国
单相交流	1 型 (SAE J1772)	2 型 (DE, UK) 3 型 (IT, FR; 现已弃用)	1 型 (SAE J1772)	2 型 (GB/T 20234.2)
三相交流	2 型 (SAE J3068)		-
直流	EE (CCS Combo 1)	FF (CCS Combo 2)	AA (CHAdeMO)	BB (GB/T 20234.3)
			ChaoJi (规划中)

在 20 世纪 90 年代末和 21 世纪初，美国引进了多款电动汽车 (EV)，包括 GM EV1、Ford Ranger EV 和 Chevrolet S-10 EV。这些车辆倾向于使用 NEC-1999 定义的 2 级（单相交流）电动汽车供电设备 (EVSE) 以保持可接受的充电速度。EVSE 配备了感应式连接器 (Magne Charge) 或传导式连接器（通常为 AVCON）。通用 (GM)、日产 (Nissan) 和丰田 (Toyota) 支持感应系统，而戴姆勒克莱斯勒 (DaimlerChrysler)、福特 (Ford) 和本田 (Honda) 则支持传导系统。

Magne Charge 充电板有两种尺寸：较旧的大型充电板（用于 EV1 和 S-10 EV）和较新的小型充电板（用于第一代 Toyota RAV4 EV，但通过适配器可与大型充电板车辆向后兼容）。1994 年推出的大型充电板对于液冷式车辆输入端充电端口是必需的，而 2000 年推出的小型充电板则与风冷式输入端相连。概述感应式充电板耦合技术要求的 SAE J1773 于 1995 年 1 月首次发布，并于 1999 年 11 月进行了修订。

AVCON 连接器（左）及其继任者 SAE J1772 连接器（右）。

2001 年 6 月 28 日，具有影响力的加州空气资源委员会采纳了传导式连接器作为其标准，理由是其成本更低且耐用性更高。因此，Magne Charge 充电板在次年 3 月停产。当时存在三种传导式连接器，分别以其制造商命名：Avcon（也称为对接销式，福特、Solectria 和本田使用）、Yazaki（也称为针脚套筒式，用于 RAV4 EV）和 ODU（戴姆勒克莱斯勒使用）。Avcon 对接销连接器支持 2 级和 3 级（直流）充电，最初在 SAE J1772 推荐规范的第一版 (1996) 附录中进行了描述。2001 年的版本将连接器描述移至规范正文中，确立了其作为美国事实上的标准地位。IWC 根据环境和耐用性测试建议在北美使用 Avcon 对接连接器。在实现中，Avcon 连接器使用了四个触点用于 2 级（L1、L2、导频、接地），并额外增加了五个触点（三个用于串行通信，两个用于直流电源）用于 3 级（L1、L2、导频、Com1、Com2、接地、纯数据接地、直流+、直流-）。然而，到 2009 年，J1772 已采用圆形针脚套筒式 (Yazaki) 连接器作为其标准实现，使得矩形 Avcon 对接连接器被淘汰。