张宝强:电动汽车大功率充电标准及评测技术研究

发布日期:2023-09-18

核心提示:各位朋友,各位来宾,大家下午好!我首先介绍一下我自己,我来自中国汽车技术研究中心的张宝强,在座的朋友可能对我们公司不是很
  张宝强

    各位朋友,各位来宾,大家下午好!
 
    我首先介绍一下我自己,我来自中国汽车技术研究中心的张宝强,在座的朋友可能对我们公司不是很了解,我简单介绍一下。中国汽车技术研究中心有限公司是隶属于国务院国资委下的中央企业,它是服务于相当于汽车全产业链的集团企业。我所在的公司是中汽研新能源汽车检验中心,它是中国汽车技术中心下属的二级子单位,重点聚焦的是新能源汽车的相关检验。今天的主题是充电,充电和车不分家。
 
    下面带来四方面的内容介绍:
 
    第一部分是HPC行业现状及挑战。

    这些背景的素材,前面的专家朋友介绍了很多,我再简单说一下。
 
    一个是“双碳”目标提出之后,对整个行业的压力可以从左边的图看出来,尽管交通行业的碳排放占比不高,但是随着交通的发展,尤其是公路交通的发展,它面临的碳排放压力减排非常大。另一方面是政策,最近的一个政策是545号文,在推行新能源汽车和新能源充电桩的下乡活动。在“双碳”目标和政策的推动下,车和桩的发展趋势都非常快。
 
    这是关于车桩的发展数据,目前来看,我国充电桩和车的车桩比已经达到了2.5:1,基本上满足新能源车充电的需求。在这个背景下,车和桩的保有量都在快速增长。
 
    它的技术趋势是什么?对于车来说,一个是高压化。前面车企的朋友讲过,最开始关于大功率充电有两条技术路线:一是以特斯拉为代表的低电压、大电流的方式,还有一些是以保时捷、小鹏等企业提出的高压。现在的大功率充电的趋势就是既要高电压又要大电流。
 
    这是一些搜集整理的车企相关资料。高压直流大功率充电是新能源汽车行业重点发展方向。对于桩端,这是来自2022年充电桩数据的统计结果,从左边的图可以看到,目前占比达70%的是750V的充电桩平台,也可以看出1000V的占比达到了20%,它和750V整体加起来已经占比接近90%。右边的图展示了最近几年充电桩电压平台的发展趋势,可以看出来1000V的占比在快速增长。
 
    对于充电桩来说,高电压的平台也是它提升充电功率的必然选择,前面说的是车桩的发展趋势,在大的快速的发展趋势下,还是有一些问题,这个问题分两方面,一方面是原来存在的问题,最主要的问题是充电兼容性。我相信在座有很多是新能源车主,大家有过类似的体验,到某一个充电场站进行充电的时候,并不能保证每一个桩能够一次成功充电,这其中的原因就是充电桩的兼容性问题。另外一个是充电的安全性问题。还有一个是公共场站的充电服务水平有待进一步提升。
 
    下面还有一个新的挑战,关注充电标准的朋友们可能了解,从几年前开始一直就在开展大功率充电标准的研究工作,预计今年年底会有相关的标准出台,这个标准技术路线有两条:一条是遵循原有2015版的标准技术路线衍生优化出来的“国充2015+”的路线。另外一个是相当于电力企业牵头的“Chaoji”的技术路线。这两个技术路线现在是并存的形式。这会对于无论车企还是桩企带来一些困扰,关于标准方面的问题,我在第二部分会详细再给大家介绍一下。
 
    第二部分是HPC标准背景及发展。
 
    充电的背景最开始的充电标准是在汽车行业主导的,最早可以追溯到2001年,后续随着电动汽车充电越来越普及,它主要由汽车和电力两个行业去分工配合,共同合作去做这个标准。比较有影响力或者代表性的标准是2015版的标准,运行到现在已经有七八年的时间,为我国电动汽车的快速发展奠定了非常坚实的基础。
 
    从2017年以后,面对充电不断新的需求,特别是在充电速度需求上,开始了大功率充电标准的预研工作,在全国汽车标准化委员会,主张沿着既有的标准形式,对它进行升级优化,也就是所谓的2015+。以电力行业为代表,推出了全新的一套大功率充电标准,也就是Chaoji。
 
    充电的过程是一个系统性的行为,远端到了配电网,到了充电设施,通过充电连接装置,再到整车,最后到动力电池。涉及的标准主要是设施、连接装置、整车、电池。
 
    我们常说的大功率充电标准主要指,一个是充电通信协议技术标准GB/T 27930,以及充电物理接口技术标准GB/T 20234.1-.2-.3,以及充电导引电路技术标准GB/T 18487.1。
 
    下面介绍一下充电标准的发展。
 
    介绍一下“2015+”这个标准。“国充2015+”的标准集中编制于2021年6月,通过经历方案的提出、测试论证、草案编制、实验验证、应用的验证,目前基本已经完善。国充2015+的原则,首要是保持全面的兼容性。为什么这么说?前面的大背景介绍到新能源汽车的快速发展导致我国新能源汽车保有量非常多,我们在升级充电标准的时候,其实要重点考虑这些原有的保有的车。
 
    第二个原则是优化改进。刚才说到2015版的标准已经实施了有一定的时间,其中暴露了很多问题和不足。有了这么长时间标准实施的经验,我们能够对这个标准实施过程中的问题进行归纳总结,对它进行优化升级。
 
    第三个是满足未来的需求。比如超快充、预约充电、V2G等需求。
 
    下面介绍是2015+标准的一些测试验证过程。前面在实验室最开始了一些方案的研究验证,然后在实验室进行了一些车桩验证,我们会进行车桩的匹配验证重点验证这个标准的兼容性如何,车桩匹配是指符合2015甚至2011版的老车,跟符合2015+的新桩进行了充电匹配,还有新桩和老车的充电匹配。可以看出来,国充2015+的标准,车桩匹配率非常高,在完成实验室的验证之后,我们组织行业开展了道路盲测,从广东这边一路北上,到达北京,经历了7个省市区域相关的充电场站的测试。
 
    经过上述的试验、道路测试的充分的验证,我们在牵头签订的2015+的标准方案,是满足了全部的任务目标,它可以满足大功率充电、预约充电、车网互动等这些需求,使充电变得更加兼容、更加便捷、更加可靠、更加安全。
 
    下面这个图展示了具体的情况。
 
    这里面要特别解释一下,它是如何做到比较好的兼容性,主要是从四个方面:
 
    (1)物理结构。它在2015版的标准相当于进化而来,所以它的接口是天然与之前的标准是兼容的。
 
    (2)硬件电路和控制策略。这里面主要指导引电路,相当于提出了一个新的导引电路,不仅能够识别老的标准,也能够识别新的标准。
 
     (3)通信协议。在相互借鉴的基础上,对通信协议进行了优化,它也具备版本识别、跳转等功能,最终实现的效果,无论是老标准的车桩还是新标准的桩,都能完全兼容。
    前面介绍了大功率充电的现状,介绍了标准的情况,也介绍了存在的问题。
 
    聚焦大功率充电,特别是充电桩这边,我们认为需要对它进行一些测试评价,把产品分五个阶段:产品的研发阶段、型式试验阶段、匹配推广阶段、市场应用阶段、前沿研究阶段。针对不同的阶段,我们认为有不同的测试技术去解决相应的问题。
 
    首先是研发阶段,重点关注的是产品的可靠性,这里面包括电气、机械、环境、耐用的可靠性。
 
    第二个是标准合规的检验,依托现有的包括国家标准、行业标准,甚至还有企业标准,可以进行相应的标准符合性检验。我们会提供检测认证一体化的服务,在做相应的检测的时候,还可以开具包括CQC的资源认证标识。
 
    第三个也是比较重要的,怎么提高充电的兼容性。我们把它分成了四个阶段,去提高产品的兼容性品质。
 
    1、最基本的是插头插座部件级兼容。
 
    2、实际多场景车桩兼容性。包括实际场站、高温、高湿、高寒的极限场站。
 
    3、实验室的复现。目前我们公司已经囊括了大概130个不同品牌、不同型号的充电桩,可以进行全方位的,不用去外面路测的车桩匹配验证。
 
    4、虚拟场景的兼容性验证。我们自主研发了一套虚拟的充电桩测试,通过这个虚拟的装置,可以把各种故障的测试用例集中起来,然后进行验证。
 
    第四个是场站的高质量星级凭定,主要聚焦场站评测。
 
    第五个是偏前沿的,我们认为“光储充放一体化”也是未来的趋势,也提供相应的检测验证的服务。
 
    第四部分主要介绍一下目前在建设的平台,中国补能工况大数据平台。
 
    为什么做这个平台?现在充电桩的品牌厂家、运营商非常多,尽管有相应的标准,但是每个厂家对这个标准的理解不同,以及对相关策略理解的差异,导致充电的兼容性问题还很严重。
 
    这里是我们整理的全国充电桩型号的地图。可以看出来情况非常多,这么多情况会来相应的充电体验上的问题,包括兼容性的问题等等。
 
    做这个平台的目的是什么?最真实的反应我国充电场站的情况,同时能够提供三方面的功能,一个是对车企这边,主要是帮助车企去验证充电场站的质量服务情况;对于车主这边,提供充电服务的品质;对于政府这边,帮助政府支撑它,给它的提供真实的补能情况,帮助他进行事前事中事后的监管。
 
    这个平台的数据怎么来的?一方面通过实车的测试,另一方面是专业设备的测试,采集的都是真实数据,然后再上传到这个平台。它包括主要的地区城市、交通干线、覆盖了主流的运营商、制造商,还有一些三高的场景等等。最后,它能够提供相应的中国充电工况的测试服务,包括行研的服务等等。
 
    后面是一些细节图,包括某一个省市、城市、地区,甚至某一个充电站的评测情况。
 
    这是我们在测试的实际情况展示,目前已经覆盖了“六纵五横”的高速路线。
 
    这是目前场站数据的情况,包括囊括了90家的充电运营商,3000座充电站,2000家设施制造商,还有1000多款充电桩的型号,后面还在持续完善更新。
 
    最后简单总结一下,在政策和市场双驱动的情况下,无论是车还是桩都进入了快速发展的阶段。现阶段正值充电标准的更新迭代,可能会对行业的发展带来一定的挑战和新的问题。
 
    如何解决这些问题?我们认为需要经过一些专业的测试,帮助企业提高产品的能力。
 
    我们在推的中国补能工况大数据平台,力求的就是呈现国内真实的充电场站的服务设备,助力行业的发展。

 
 
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