中國主導ChaoJi充電標準出征世界

本文正文7848字,要點:

1 ChaoJi充電源自中國大功率充電研究,並與德國、日本專家交流推進,可支援350kW-900KW大功率充電,10分鐘增加續航300公里以上;

2 大功率充電研究工作組設計出不同於以往充電介面的大功率充電介面,後來命名ChaoJi;

3 ChaoJi充電一邊示範驗證技術成熟度,一邊起草標準;

4 ChaoJi充電兼收幷蓄,集各家之所長,能夠向前相容(老標準),向後相容(具有可擴充套件性),也可以支援慢充,能夠一統中國、日本、歐洲老標準,不會造成浪費;

5 日本已經確認採用ChaoJi充電介面;IEC已經採納了ChaoJi方案,如果能得到歐洲認可,就有望一統天下,成為唯一的電動汽車介面和系統。

——正文開始——

全世界電動汽車採用同一個充電介面——這個雄心勃勃的目標,由中國主導發起,而且已經取得日本的支援,正向國際標準、乃至唯一標準努力。

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ChaoJi充電的LOGO

這個名為ChaoJi充電介面和標準,支援大功率充電、向前相容、更加安全、更具擴充套件性。“ChaoJi介面不只是解決大功率問題,是解決傳導充電的一整套技術方案。”1月底,中國電力企業聯合會標準化管理中心主任、能源行業電動汽車充電設施標準化技術委員會秘書長劉永東對《電動汽車觀察家》說。

“就是做一個世界統一的方案,解決一臺車出口到全球的問題。”南京南瑞集團技術研究中心副主任、能源行業電動汽車充電設施標準技術化委員會副秘書長、ChaoJi國際合作專案的中方技術協調人倪峰說。“日本已經接受了這個方案,下一步要做的,是把中日共同形成的ChaoJi方案和歐洲標準進行協同,最終目標是希望歐洲也接受這個方案,做一個全球統一的方案。”

對於ChaoJi標準參與者而言,藉助後發優勢,打造出其他標準不具備的優勢,讓中國第一次在國際標準制定上有這麼大聲量,而且,如果促成全球電動汽車充電介面統一,是了不起的成就。

對於消費者而言,在ChaoJi介面下,可以享受350kw以上的大功率充電,相當於10分鐘可以補上300公里以上續航。這就將為電動汽車吸引越來越多的使用者。

對於中國車企而言,如果藉助應用ChaoJi充電的先行機會,為自己的產品打造突出的充電體驗,也能為開拓海外市場提供便利。

對於充電運營商而言,大功率有望帶來更高的資產利用率,充電不賺錢的魔咒,有望打破……

在ChaoJi到來之前,我們應該好好來認識它。

1

發端於大功率充電研討

ChaoJi充電,源自大功率充電研討會。

2016年3月,剛剛忙完2015版充電標準修訂的一幫人:中電聯、國家電網、南京南瑞集團、奧特迅等電動汽車上下游公司技術專家,在深圳召開了第一次大功率充電技術研討會。

“一轉眼都快5年了。”劉永東回憶說。當時,業界一個共識是充電時間長、體驗差,是阻礙電動汽車發展一個問題。“我們就想研究大功率充電。”

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劉永東

當時,歐洲明確提出要建設大功率充電網路體系,但是國內的聲音不統一。反對的理由包括:很多車輛續航里程在300公里左右,沒必要搞大功率充電;大功率充電,如何保證安全;動力電池能不能2C、3C,乃至5C、6C充電;對電網的衝擊……

“我們就先開展了一個調研工作:中國到底需不需要大功率充電?研究完以後我們得出結論,有幾個應用場景是有必要的。”劉永東說,比如高速公路的充電站;一線城市的無樁私家車主;計程車、物流車、共享車、重卡、大巴等純電動商用車……

總部在深圳的奧特迅算這次研討會的半個東道主。奧特迅的總工程師李志剛對《電動汽車觀察家》說,“奧特迅做了30年充電產品,我們判斷將來的發展趨勢就是大功率。”

李志剛認為,電動車要取代燃油車,要做到和燃油車加油差不多的體驗,不走大功率的話,沒辦法解決充電時間長的問題。

從場景和消費者體驗來說,都有必要,但有沒有可行性呢?

在動力電池方面,李志剛提及,大功率充電本身早在2011年就已經商用,只是當時用的是鈦酸鋰電池。而如今三元等其他電池技術還是進步挺快的,能夠支援大功率充電。

在大功率工作組中,寧德時代、微宏新能源等電池企業也參與了。

可用於大功率快充的電池,看起來也已經準備好。寧德時代中國區乘用車解決方案部總裁項延火1月27日在GNEV11大會上表示,“我們具備了1。6C、2。2C、3C、4C、5C的快充電池技術,結合行業今後幾年推進的350kW以上的快充樁佈局,我們認為採用4C以上的閃充技術,有望實現充電一刻鐘,續航400公里的目標。”

也有人擔心大功率充電會影響電池壽命。多年從事電池安全研究的清華大學教授褚政宇認為,大功充電是在一定的安全範圍內,透過電芯級內部檢測、智慧熱管理,能夠實現電池效能在快充、溫升和壽命的一個平衡。

充電基礎設定既有投資怎麼辦?李志剛說,不必擔心浪費的問題。“我們把和舊標準介面的相容問題都已經想好了,並不是推倒重來。”

在大功率的車型方面,國內外很多車企都在開發高電壓平臺車型。李志剛還提醒,將來大功率充電的車型出來之後,使用者接受程度比較高的情況下,一定會倒逼著所有的車企不得不發展大功率。

小鵬汽車副總裁劉明輝告訴《電動汽車觀察家》,電動車要想和傳統車競爭,有兩個缺點會持續比較長時間,一個是充電、續航,第二個是成本。細究充電和續航,不同車企有不同解決方案,但是充電相對比較重要。小鵬汽車也會提供有極致充電體驗的產品。而極致充電體驗,其中一個要點就是要快。

目前,國際上特斯拉、保時捷已經推出高電壓平臺車型,寶馬、賓士、奧迪都有規劃。國內,一汽、北汽等車企都已經在測試高電壓平臺車型。

電網支不支援大功率充電站呢?不會對電網形成衝擊嗎?國家電網公司營銷部武斌處長談到,“這麼大功率一定是要建專門變壓器,要申請容量,電網把容量給到你了,你用滿對電網也不會有任何問題”。

李志剛說,對電網來說,劇烈的波動肯定也不友好,可以在充電站內引入儲能,來平抑波動。充電站也可以和供電部門建立符合動力響應機制。同時,李志剛也提醒,目前充電場站的運營當中,到了用電高峰期時,就會按照變壓器的能承受的能力來限制充電機的輸出,就是已經在降功率了,“大功率做上來也是一樣的”。

確認了大功率充電的必要性、可行性後,中電聯牽頭,在2017年7月成立了大功率充電技術與標準預研工作組。由此,中國展開了大功率充電標準的研製。

其間,由於大功率充電是國際熱門趨勢。正逢中德、中日之間有充電標準合作機制,中國的大功率充電標準研究,得到了德國、日本專家的響應和支援。

2017年10月,中國與德國簽署了開展大功率充電技術及標準合作協議,德方因此參與了大功率充電技術研發、新介面設計方案和示範專案建設工作。

2018 年,中電聯與日本電動汽車快速充電器協會(CHAdeMO協會)簽署了技術和標準合作協議,共同推動大功率充電領域技術研究與國際標準制定。

毫無疑問的是,德國、日本國內也在研究下一代基於大功率的充電標準,準備替代過去的CCS和CHAdeMO 2。0版本。

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現行全球各種充電介面

中國、德國、日本——電動汽車汽車發展的主力大國聚齊,既是競爭、也是合作,發力研發大功率充電標準。

2

ChaoJi的誕生

中國大功率預研工作組,首先聚焦在充電介面上。

在此前的大功率技術討論基礎上,工作組形成了《大功率充電介面的可行性分析報告》,一開始形成了兩個路線。

路線一,是在2015版充電介面基礎上,向後相容大功率充電。優點顯而易見,幾乎是無縫連線。缺點是,2015版充電介面的老問題,將延續下去。

路線二,是新開發大功率充電介面。優缺點和路線一正好相反。

對於2015版快充介面,標準制定者們自己,也有不少遺憾。

“2015年版介面有幾個核心的問題,有些安全隱患。它端子的粗細和端面孔,不符合IPXXB的那種要求。就是人的手指可能觸控到,這是一個安全風險隱患問題。”劉永東說。

根據ICE的電氣裝置機殼的防護標準,IPXXB當中的字母“B”,代表手指接近防護,要求機殼不能有超過12毫米直徑的進入孔。而2015年版快充口兩個大的埠,直徑就在12mm。

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GBT 20234。3-2015 直流充電介面的尺寸

這一項缺陷,也使得中國GB標準車輛是不能進入歐洲銷售的。

此外,李志剛介紹,2015 版介面電子鎖在充電樁一側,經常有鎖不上或者解鎖不了的問題。還有,在插拔的時候有可能會拉弧(指電流透過某些絕緣介質,例如空氣,所產生的瞬間火花),帶來安全隱患。

“雖然我們在2015版介面上加冷卻,可以解決大功率充電問題,但是2015版的老問題長時間就帶下去?還是說我們要從根上解決問題?”劉永東說,大家傾向於重新設計。

大功率工作組發動工作組內的充電聯結器廠商提交設計,供工作組討論,經過多輪淘汰賽,也吸收德國專家的意見。2018年3月,工作組確定了七針、方形的新型充電介面方案。

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示範站中的ChaoJi充電介面

這個方案,出自鄒志平之手。他提出方案時是沃爾新能源充電聯結器主任,現在是友誠新能源的產品經理。

“我們要讓介面超越CCS,要比它的小。”鄒志平對《電動汽車觀察家》說,“以大功率為前提的條件下,去想迷你化。”

追求“小”的理由有多個。鄒志平說,首先,學習歐洲CCS的COMBO方案,能讓交流和直流組合為一個介面;其次,介面小一點,車輛的介面設計能更美觀;第三,未來,這一充電介面還可以用到電動摩托車或者其他介面上。

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CHAdeMO的介紹中提及,與中國合作的下一代充電介面最高能達到900kW,並能用於各種交通工具

新方案只有7孔,比2015版直流口9孔少了兩個。鄒志平解釋,老版介面當中,有兩個輔助電源的介面,基本沒有用,於是去掉了。

當然,大功率也需要解決發熱問題,端子越大越好;但還要避免2015版本不符合IPXXB的問題,由此,新介面取了個平衡。充電端子的直徑10mm,符合IBXXB要求,又比CCS和CHAdeMO的大2mm和1mm。

過去各國的充電介面基本都是圓形的,因為圓形強度大一點。這個方形的介面,一開始讓參與方對其強度也有疑問。

鄒志平說,如果尺寸一樣大,當然是圓形的方形的好。但是方形的尺寸更小,從模擬來看,壓潰實驗結果表明,介面強度沒問題。後來,友誠新能源還特意開模生產了幾百個樣品,發給國內外廠家測試,介面樣品的強度在實測當中,也得到了驗證。

鄒志平的方案,經過工作組,中德、中日大功率充電交流會多輪討論,略有微調,但基本保持原樣。

2018年夏天,ChaoJi國際聯合工作組成立,來自中、日、德、意、荷、澳等多個國家的專家成立了4個工作組(其中兩個由中國牽頭)從介面開始,到聯結器、導引電路、安全標準、通訊協議、乃至充電系統。ChaoJi的每個工作組以月度會議的形式體系化地推進新技術和標準的研製。

而作為核心的介面,從它誕生,到被選中,一直還是叫大功率充電介面,給它命名的,還是個日本人。

2019年7月,這個介面亮相在日本東京舉辦的中日第一屆大功率充電國際會議上。

CHAdeMO的代表、日產汽車的研發工程師上島宇貴提議,應該給這一介面命名。對中國文化深有研究的他,建議叫“超級”這一中文名字。

中日文化同源,“超級”的含義,雙方都一目瞭然,都很滿意。但是後續的討論中,鑑於這一標準要走向世界,最終,“超級”中文漢字變成了中文拼音“ChaoJi”。

參與者仍然覺得,這是一個很好的名字。

劉永東說,“Cha前三個字母和CHAdeMO的前三個字母是一樣的,而且發音也相似;同時ChaoJi和日文及英文的充電(charge)又有點像;當然ChaoJi作為超級中文的拼音字母,中國味比較濃,同時,超級的英文概念是super,表明它不完全只是解決充電快的問題,所以含義相對比較豐富。”

由此,“Chaoji”不僅呱呱墜地,而且開始闖出名號。

3

研製標準

大於大功率充電,消費者只聞其聲不見其形,業界也還在研發為主,就要出標準了嗎?

“我們是研製標準,還不是編制標準。”劉永東表示,研製標準是首先提需求,提完以後聚焦,然後讓參與企業都提方案,大家一起討論,一輪一輪的篩選,再提出ChaoJi介面、標準。

“這是現在做標準的新做法,也是符合國際潮流的。像通訊領域是最典型的,是先寫標準,然後才出現技術,然後才出現產品,才出現產業。”劉永東說,“當然我們傳統行業包括電動汽車行業,還不可能完全做到這樣。”他們希望以標準化工作為抓手和平臺,推動大功率充電的技術進步和產業化的程序。“十九屆四中全會就第一次提出‘標準引領’,我們在這個意義上實現標準引領。”

劉永東表示,特別是涉及到充電互操作性的問題,“要等到產業全起來了,再去規範互換性,對行業的震動反而是更大。典型的例子就是換電,現在要實現互操作,已經不現實。”

研製標準的意思,除了標準引領,還要做示範驗證。“有一個背景,就是2011年版本和2015版標準制定過程中,發現了太多的不足。”劉永東說。“過去我們做標準,產品沒有,就把標準寫出來了,實施以後出了很多問題,這與當時缺乏產品驗證有點關係。”

“我於是在標準編制過程中提出來,要先去做示範驗證,看看技術的成熟度怎麼樣。”劉永東說。

在大功率標準制定中過程中,中電聯等組織包括國內幾大運營商國網、萬邦、奧特迅,國內車企北汽、一汽、小鵬、比亞迪,國外車企寶馬、賓士、大眾,在北京、上海、深圳、常州、南京、許昌建了幾個示範站,去驗證Chaoji介面和技術體系。

“驗證過程中間,我們把標準草案也要編制出來。這叫做技術和標準預研,對工程建設標準的草案也要編出來進行驗證,驗證完了以後我們才覺得這可行。”劉永東說。

驗證過程中,之前的一些擔憂不攻自破。

比如大功率充電衝擊電網的擔心。國家電網公司並不擔心,率先在北京北京未來科技城建成大功率充電示範站,並與北汽進行了聯合測試。由於大功率充電應用不是一上來就全面鋪開,只有少數車型和少數場景,不會一上來就衝擊電網。另外,國家電網公司也積極推動大功率示範,因為電網希望對負荷進行集中的管控,更容易規劃佈局,更好協調,而不喜歡分散而不明確的負荷。

還有,充電槍的線纜,很多人會擔心很沉,但加液冷以後,比原來還更細了。“很多都是想象覺得這裡面有問題,用起來了才會感受到它的好處。”劉永東說。

2019年3月底,《電動汽車觀察家》曾在常州星星充電的大功率示範站參觀了一次大功率充電測試。一次演示中,星星充電大功率充電樁搭配一汽大功率充電試驗車,用21分鐘,車輛就充了近40度電,充電功率最高達到196kW。

這還不是這一示範站最高水平,其充電機設計充電能力是500kW。如果保時捷的Mission E拿到這裡來充,能做到350kW的峰值功率。

如果大功率充電能夠普及,對於充電運營商而言,資源利用率將大幅提升,有望打破充電運營的魔咒。星星充電董事長邵丹薇就曾說,“充電運營盈利已經非常接近拐點。公共充電最大的成本是車位,所以真正的拐點是大功率普及的那一天。”

奧特迅在深圳也在做示範工程。李志剛介紹,他們和比亞迪、奧迪、戴姆勒完成大功率充電的軟硬體聯合除錯。與比亞迪和奧迪的實車,分別完成了650V、200A和500V、350A的充電測試。

李志剛還透露,2021年,奧特迅將在深圳10個區佈置大功率充電站,車企也會推出大功率充電示範運營車輛來配合運營,從而收集相關資料,發現和總結出現的各類問題,為後續的大功率充電標準制定做支撐。

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一汽紅旗大功率充電測試車在做大功率充電演示

一汽集團也參與示範站建設,並派出車輛做測試。一汽集團新能源開發院副院長張天強告訴《電動汽車觀察家》,經過測試,他們所關切的兩點:一是充電口到動力電池線路的溫升,經驗證是在可控範圍內的;二是大電流,測試當中充電電流達到500A、600A,電力電源也是沒問題的。他透露,一汽準備在2022年底到2023年初時投放的新車,將採用新的ChaoJi體系,充電功率有望達到350kW。

“這套標準的國際化程度是比較高的。”劉永東說。

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中日電動汽車ChaoJi充電聯合工作組會議參會者合影

從德國、日本專家,到後來成立國際電動汽車大功率充電ChaoJi專案,義大利,澳大利亞,荷蘭、瑞士、韓國等國專家也參與其中。

不過,劉永東、倪峰都非常肯定的一點是,ChaoJi是中國主導的充電標準。

倪峰認為,中國主導體現在至少三個方面。首先是聯結器端面介面設計是由中國提出。

其次,充電系統的充電控制導引是由中國主導。倪峰說,“ChaoJi有一個非常大的特點,能跟其他的充電介面系統相容。這是中國提出來,也是我們南瑞率先提出的方案。我們提了一套導引電路,給大家看,大家提意見,這不行那不行再改,至少有一年時間,現在基本上定下來了。”

第三,通訊協議也是中國主導的。“我們設計了一個非常靈活的、彈性的架構,可以迭代往前走。”

不過,倪峰也說,在安全模型等方面,外方出力比較多。

“整個ChaoJi標準,大的技術方案是我們出的。”劉永東說。ChaoJi,不管名稱是漢字還是字母拼音,都是帶著中國烙印的標準。

4

向前向後相容

ChaoJi介面重新設計,必然面臨和老介面相容的問題。而且,ChaoJi如果要一統天下,還需要相容老的CHAdeMO、CCS介面。

對此,ChaoJi的參與者基本都考慮到了,而且給出瞭解決方案,他們已經開發了轉接頭,並設計了與之配套的相關電路和控制切換邏輯,使得新車可以在老樁上充電。

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不帶線纜(左)和帶線纜(右)的兩種型別的轉接頭

比如,當採用ChaoJi充電標準的新車,到2015版快充樁上充電時。車主接上轉接頭後,ChaoJi車輛會自動把通訊協議版本切換為2015版快充協議,開啟充電。已經在中國鋪設的30萬個直流充電樁,無需改造,就可以給ChaoJi車輛充電。同樣的解決方案,可以讓ChaoJi車輛在日本CHAdeMO 2。0及以下充電機、歐洲CCS充電機上充電。

老車到新樁如何解決?

運營商的直流充電樁,可以一樁多槍,既有ChaoJi充電槍,也配備2015版充電槍。當採用2015版充電標準車輛來充電時,選擇對應的充電槍即可。因此,存量的電動汽車車主,也不用擔心無處充電。

“標準不只有向前相容,還有一個向後相容的問題。”劉永東說,“今後的技術發展了,介面上沒有預留空間?”

在這方面,ChaoJi充電支援即插即充、V2X、自動充電系統等新技術應用,支援未來通訊介面從CAN向乙太網升級,為千安以上超大功率充電留有升級空間,為今後的技術升級做了充分的考慮。

ChaoJi作為充電系統,由於長期謀劃,相容幷包,還可能取代交流慢充。

“現在慢充主要是用交流充電樁,但交流充電樁有個很大的問題,它沒有通訊協議。沒有通訊協議,想做智慧化,就很麻煩。”劉永東說,“不管是交流充電還是直流充電,到電池都得是直流。”

此前就有呼聲說,把車上的OBC(車載充電機)取下來,用小功率的直流充電機給電動汽車充電,也能解決慢充問題。“ChaoJi介面也一樣,把小功率交流變成小功率直流,也可以做慢充。”

不過,劉永東和倪峰都表示,標準不會取消交流慢充,而是多個技術並行,交由市場選擇。

倪峰說,2015版充電標準的修訂,有兩個部分。第一,“我們把以前標準中存在的一些問題,在不破壞向前後相容和安全性的情況下,會做修正修訂,對描述含糊的地方會做進一步明確”。第二,要把ChaoJi推出來,會在標準中單獨列一部分,讓市場有個選擇。“就是說,你可以繼續用2015版本,但是ChaoJi會提供更新的功能、更安全,未來的總體成本會更低。”

關於Chaoji進入國標的時間表,劉永東說,“我們希望2021年底能夠完成編制,2022年釋出實施。”

5

向全球推進

ChaoJi的征途,不只在中國,而是星辰大海。

“ChaoJi是最新推出來的一種方案,確實是汲取了原來的各家所長,各個方案的缺點都儘可能規避。”李志剛說,“不管是歐洲還是日本,原有的方案在使用過程中也是出現了很多的問題。如果能有這麼一個方案能夠解決原來的問題,他們也是比較歡迎的。”

在中方的推動下,ChaoJi正走向國際標準。

它首先獲得了日本的支援。

在中電聯和日本CHAdeMO標準交流中,日本一直跟進、參與了ChaoJi的研究。“日本對ChaoJi標準比我們還上心。日本人做事確實比較細,他們在方案細化上面做很多的驗證工作,也提出了很重要的意見。”劉永東說。

正在編制3。0版本的CHAdeMO協會,對ChaoJi的認可度很高。2019年4月20日,CHAdeMO投票透過採用ChaoJi介面方案。2020年3月,CHAdeMO釋出了CHAdeMO3。0標準,宣佈採用ChaoJi介面。

中國主導ChaoJi充電標準出征世界

左圖:CHAdeMo 2。0和ChaoJi槍頭對比;右圖上:ChaoJi插座;右圖下:CHAdeMO 2。0和ChaoJi轉接頭

在IEC裡,負責充電關鍵標準61851系列標準的IEC TC69 MT5已經在內部達成一致,在下一版的61851-23 ED3裡將把ChaoJi作為繼目前日標(SYSTEM A)、中國2015版標準(SYSTEM B)和歐美標準(SYSTEM C)之後的SYSTEM D納入體系。

“國際標準我們希望能夠統一,但是統一過程中可能還是需要一個個步驟。”劉永東說,“我們跟日本也提出來,現在ChaoJi介面CHAdeMO電效能上保持一致,但是通訊協議暫時還沒有統一,不過通訊協議本身還是比較容易統一的。”

“最後,跟德國方面,我們現在還在做工作,目前是在技術層面上交流。”劉永東說,ChaoJi系統相對CCS,有優勢,介面結構更緊湊,強度更高,相容性更好。“德國的一些主要的車企都參加到了中國ChaoJi技術方案,也非常認同技術方案的完整性和統一性。”但是,要讓德國採納ChaoJi標準,建設ChaoJi充電站,還面臨政治因素。

“歐洲是一個開放的市場,充電站必須有一個CCS樁就行,同時也可以裝CHAdeMO3。0,不就是我們的ChaoJi嗎?”劉永東說。

ChaoJi的征途能走得多遠,最終還要看它在市場上的反響。它作為有後發優勢新生標準,能不能成為車企贏取消費者的利器,從而成為產品中的主流標準?如果可以,CCS標準也就將自然而然的退讓,歐洲政府、車企,也就會順水推舟地採用ChaoJi標準。

至少,在參與者、行業人士中間,ChaoJi獲得了不少支援。日本經濟產業省在CHAdeMO3。0釋出會上致辭指出,ChaoJi充電技術已逐步發展成為一個面向世界的標準。

澳大利亞 Tritium 公司電子設計高階工程師 AlexRudzki 更直接:“我認為 ChaoJi 有望成為全球統一的充電標準。”

——END——