《金砖充电论坛》倪峰:ChaoJi面向未来新一代统一充电方案

发布日期:2020-12-08

核心提示:由中国充电桩网组织的“2020中国国际充电基础设施产业发展大会”(金砖充电论坛)于11月2日在深圳会展中心盛大召开。本次论坛以“新基建、新发展、新趋势”为主题,推动企业交流发展。

由中国充电桩网组织的“2020中国国际充电基础设施产业发展大会”(金砖充电论坛)于11月2日在深圳会展中心盛大召开。本次论坛以“新基建、新发展、新趋势”为主题,推动企业交流发展。

南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司)基础技术研究中心副主任——倪峰在本次中国国际充电基础设施产业发展大会做了《Chao Ji  面向未来的新一代统一充电方案》的主题演讲,以下为会议未删减实录:


 

大家下午好!我今天给大家带来的题目是面向新一代的统一充电方案。Chao Ji这个系统我们没有在公开场合进行很多的宣传,这个项目是从2016年就开始有一个雏形,2016年是我们国标2015版发布的第一年,2016年版国标正式发布的时间是2015年12月26号,到它真正开始执行实际上已经到了2016年。在2016年执行的时候,当时我们发现2015版的国标充电接口上还是存在不少的问题,另外对一些新的功能它也不支持,比如大功率充电等等,当时在国内就成立了由中电联合企研中心牵头组织了汽车行业还有充电设施企业,组织了几个类似于内部的头脑会,觉得中国的充电接口下一步往哪儿走,2015版发布了以后,我们在过程中发现了很多的问题,怎么去解决这些问题,持续了挺长时间,我们除了内部讨论以外还做了一些调查,对2015版产品进行了分析和调查,2017年年底前后,我们当时拿出了一个解决方案,经过分析,我们认为如果我们还是完全基于2015版接口的定义去做系统的话,2015有很多固有的问题是没有办法解决的,我们就想可能是需要一个新的系统来取代这个东西,这个新的东西要取代以后,我们定了几个原则,第一我们定了2011版升级2015版的经验,2011版升级2015版的时候出现了很大的问题,当时国家电网公司曾经命令它下面所有的企业和运营公司在几个月内把所有的2011版接口全部换成2015版,但是后来发现换完了以后汽车跟不上,汽车没办法在这几个月内把所有车辆全部换成2015版,所以出现了很长一段时间换完了以后反而电充不上去的问题,2011版升级2015版的时候兼容性受到了很大的约束性,所以我们想新的系统一定要避免这个问题,一定要做到升级的时候是无感的升级,老的设备不需要做任何修改,这是一个在升级上的基本原则。要达到什么目的?首先第一我们要解决安全性的问题,2015版有很多安全性隐患,存在很多缺陷,我们要解决这个问题。另外我们还要考虑未来新的应用过来以后,包括充电、包括V2X、小功率直流等等功能,怎么去统一考虑这个问题,都提到了议事日程上来。

在这个过程中,我们在国际上和各国专家进行了交流,其中最早是德国,像大众、戴姆勒、宝马这些企业为代表先跟我们进行了一番接触,2018年我们和日本也进行了一些交流,日本反过来最先决定和中国一起完善这个标准,后来中日成立了关于Chao Ji这个项目的联合工作组。2018夏,中国和日本签了一个合作备忘录,成立了这个工作组,后来这个工作组逐渐变成了国际合作的项目,陆陆续续除了日本和德国,瑞士、意大利、澳大利亚等国家都加入了了,最后形成了Chao Ji国际联合的开发项目。

参加的国内外企业非常多,包括了充电设施的、包括了汽车的、包括了做连接器的等国内外企业都在里面。它的目标是要在一套向前兼容的,一开始指的是跟国标2015兼容,后来随着大家讨论的深入,我们提出了一些方案,我们现在提出的目标是要和国际上的三大系统全部兼容,现在技术上已经做到了这一点,可以和三个系统全部兼容,装备超级接口的汽车可以去使用现在市面上不同接口的充电机,我们只需要接一个适配器就可以解决这个问题。它的设计目标在最大电压上达到了1500伏,主要是给重载的汽车用,乘用车1000伏,最大电流现在我们在实验室500安培能做到,600安培在实验室可以达到,充电车可以到600,但汽车那边的冷却系统要不要装,怎么做现在还没有定下来,所以600安培是目标值,最大功率到了900千瓦。整个Chao Ji从一开始我们讨论怎么改进连接器到最后变成了整个系统,就是说我们除了连接器以外,包括它的通讯协议、控制电路、热管理等全部做了一个完整的方案,一个新的充电接口,而这个接口都是跟前面大系统兼容的系统。我们现在想达成的一致是在最后能够把国际上的几个接口统一成一个,因为道理非常简单,大家可以关注到,现在我们三大系统四种接口,三大系统包括CCS、GB/T、CHAdeMO,CCS有两种,CCS1(美洲地区)、CCS2(欧洲地区),它们系统一样,但接口不一样,这些所有系统实现的功能是类似的,需求都是差不多的,但是存在这么多不同的样子,这对OEM来讲带来了非常大的压力,它做一款车做不同的接口才能卖到不同的市场去,但实际上实现的功能是一样的,这是非常大的浪费,为什么这个项目出来以后在国际上受到这么大的关注?尤其国际化的大企业,它不希望做四种接口对不同的市场,希望做一种接口,所以它们都非常关注这个事。主要的一个是做了一个比较紧凑的设计,我们把原来九针的方案做成了七针,功率端子为10mm,电子锁安装在车辆侧,改小了整体尺寸。大家可以看到经过改进以后,我们的Chao Ji可以像CCS系统一样变成combo的一种结构,我们CCS也可以做成像combo一样的布置,有什么好处?在现在很多的车上尤其是欧美的车上上面去开一个口,交流跟直流都要实现,原来的GB/T和日本的combo都很难做到这一点,因为那两个直流口太大了,它没有办法在一个装得下,必须要开到两个地方去,,Chao Ji具备两种可能性,它既可以交流直流分开来布,也可以类似于combo一样,这样欧美的车型就不需要做很大的改动,就可以直接用原来的设计。

整个设计Chao Ji是现在最小的接口,它在所有的直流系统里面,最大的是combo系统,因为它交流口完整放在上面,直流充电的时候它要使用交流的PE和它的导引,所以它必须要有完整的交流界面放在这儿,所以它是最大的,尤其是CCS1是尺寸最大的,其次是日本的CHAdeMO,再就是GB/T,再就是Chao Ji,Chao Ji的尺寸只有GB/T的2/3左右,做小的有什么好处?汽车的设计对大小非常关注,做太大的不好设计,这个东西我们做了优化,所有的性能不但没有下降,反而有很大的提高。

整个设计过程中我们吸取了原来标准化的问题,在做标准的时候没有产品,实际上处在一个纸上谈兵的情况下,大家可能找一两个工程师做了个设计然后讨论,讨论完了之后就发出来,中间没有做验证,而这次我们花了大约两年时间,把所有产品设计做了出来,做了大量的试验,另外我们在全国各地建了示范工程,国家电网公司包括奥特讯还有星星充电都建了一些示范点,和国内的像一汽、比亚迪、北汽都提供了样车,国外有宝马、戴姆勒还有奥迪的都做了样车,GB/T的验证,所有的这些试验做下来以后,Chao Ji测试的数据,其中一项压魁试验我们强度是CCS差不多五六倍以上,因为CCS结构是最弱的结构,我们做了非常大的提高,这样防止在现场出现破损和暴露出带电部分,因为在欧洲出现了很多这种情况,CCS是空心的设计,中间没有任何支撑,这种结构在压力情况下非常容易破碎,我们在结构上做了很强的支撑,达到了强度的要求,这期间也做了很多的试验,包括中国和日本都做了试验,最后选取了一个方案。在热管理的部分,主要是在冷却系统上进行了一些定义,因为我们的标准其实关注的并不是说你这个系统具体应该怎么设计,我关心的一个是它的边界条件,在什么条件下是安全的,第二我怎么验证这个安全的条件,所以我们做了标准的量规的设计。然后把导引电路做了重新的升级和改善,这个导引电路最大的解决几个问题,一个是安全问题,原来我们国内的导引电路GB/T的导引电路和欧标和日标比最大的问题,也就是说当你发生事故的时候,不管充电机侧和车侧要通知对方说我这个已经有问题了,你要停机,唯一的办法通过通讯报文,它没办法通过硬件的方式让对方知道,通讯报文是实际上是不可靠的方式,所以我们重新改进了设计,增加了S1和S2开关,使整个导引电路具备了硬节点信号,一旦发生故障的时候可以最快的时间通知对方,这样把故障处理的时间做了非常大的提高。

另外一个也是跟安全相关的,增加了SV开关,这解决了在CCS系统和GB/T系统都有的问题,当PE发生断增的时候,原来的电路由于存在了U1和U2两个电源会造成一个环路,造成不管检测点2还是1,都测不出来了,PE发生中断的情况,我们原来导引电路参考了欧洲的CCS系统,我们做了改进,现在我们做了一个SV开关就解决这个问题,我们在充电过程中就断开这个开关,把U2就切出去了,就可以正常判断PE断增的问题。另外一个非常大的特点,它设计了RC电阻,RC电阻是用来做识别的,车辆可以识别出跟我连接的是什么样的充电机,也就识别出来了以后你才能做兼容性的处理,这是一个非常大的改进。

安全系统澄清了一些定义和设计,安全系统实际上是一个安全的模型,不是只考虑一个东西,从它机械安全、电气防护安全、热安全等等都做了详细的澄清的定义和设计,这个东西基本上现在和IC安全要求基本上已经同步了,我们这个Chao Ji甚至很多地方已经超过了它,比如人体PE检测等问题。Chao Ji在这上面做了大量的入口,我们在Chao Ji的国际合作项目里面分了四个工作组,第一个工作组做的是连接器,第二个工作组是做充电系统安全,专门研究怎么样在充电的时候能保证整个系统的安全,而不只是人工件的安全,第三是通讯协议,第四是自动充电系统,都是在各个方面做了很多的工作。兼容性上,兼容性主要分两个,向前兼容和向后兼容,向前兼容就是老设备不用做任何修改就能被新设备使用,这是非常重要的一点,一个系统要想平滑的升级必须要有这个功能,否则就必须把老的系统改进才能保证兼容性,这点是非常糟糕的事情,尤其对电动汽车行业来讲。向后兼容指系统的设计要考虑到未来发展的趋势,对未来的技术要有预留一定升级的可能性,这样从前后两个方向保证系统生命力比较长,向后兼容也是原来我们不管哪个国家都很少去考虑这个问题,而在Chao Ji上我们做了很多的预留。

我们怎么实现向前兼容?因为我们连接器已经重新设计了,这时候我们需要一个转接头来实现物理形状的转换,Adaptor,未来新的Chao Ji的车只需要不同的Adaptor就可以用不同的充电机,新的充电机不需要Adaptor,直接就接上去了。新的充电机怎么兼容老的汽车?我们现在提的方法是用多枪的方式,2015版车如果还在这儿跑,那我可能充电桩就可能带一个2015版的口,跟2015版做兼容。

我们还做了大量的设计,比如硬件编码,主要是为了安全上考虑,我们未来接口可能会有两个电压等级,一个1500伏,一个1000伏,如果1500伏的车接到了低压的充电设备上,那它的绝缘会产生问题,所以这种情况是需要避免的,同样的反过来一台高压的充电机接到了一台低压的车上去也会出现一些问题,怎么去解决这些问题?我们就采用了一些硬件编码的方式,保证不同的车插到不同的设备里去,特别设计的车可以到特别高电压的设备上,然后还有跑到马路上的,就用普遍的低压设备,这种车需要经过进行特殊的设计,两种都能接。这是硬件编码的设计。还有一个超大功率的,这是概念设计,这是在Chao Ji的基础上增加了两个DC针,希望把电流提升到1600安培,以后可能用在重型卡车和船舶。另外针对未来V2X的应用,这个设备本身需要一个供电把它激活起来,怎么解决这个问题?我们后来通过附庸CC2,日本通过我们的设计改善到了设计。

另外在机械辅助充电方面,我们认为在未来的自动驾驶有一个过渡期,自动驾驶可能不一下子不会跳到L5,中间可能会在特定区域里实现自动驾驶,也就意味着这个车是两用的,某些情况下是自动驾驶,某些情况下靠人工充电,怎么完成切换,就需要在通用上做一些设计,保证机器人做识别的时候效率更加高,成本更加低,我们专门有一个工作组在做这个事情,现在基本上定下来会采取几个方法,一个是在这个地方增加一些反光的特征点,领域在近距离通信的时候增加一个辅助的LED通信。

最后讲一下关于标准化的事情,国标上有两项标准已经启动了修订,27930关于通讯协议的标准和18487充电系统的标准,九月份已经正式成立了工作组,工作组第一次会议上来自各行业基本达成了一致,在未来标准修订当中两套系统并存,第一个是2015版的,因为它有这么大存量了,但同时我们会把Chao Ji作为一个新的接口,希望产业在相当一段时间内慢慢平缓的过渡到新的接口上去。我们也在跟欧美国家沟通,希望最终能够成为一个全世界统一的充电接口标准。谢谢大家!


 
 
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