倪峰 《國內(nèi)外兆瓦級(jí)充電(MCS)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概況》

發(fā)布日期:2023-09-18

核心提示:今天下午主要帶來的是國內(nèi)外兆瓦級(jí)重型交通的標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)發(fā)展的情況。大概分三個(gè)部分: 1、背景概況2、國外技術(shù)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀3、
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今天下午主要帶來的是國內(nèi)外兆瓦級(jí)重型交通的標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)發(fā)展的情況。
    大概分三個(gè)部分:
    1、背景概況
    2、國外技術(shù)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀
    3、國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

    首先,大家知道前些年電動(dòng)汽車的發(fā)展,不管是國內(nèi)還是國外,大量的力量都集中在商用車再到乘用車的環(huán)節(jié)。前兩年開始,重型交通在各個(gè)國家都提到議事日程上來。這些車的絕對(duì)數(shù)量比較少,但是充電量、能耗非常大。在很多國家,像美國、歐盟,包括中國也有非常大的分量,所以重型交通的電動(dòng)化在各個(gè)國家提到議事日程上來,而且這兩年的發(fā)展速度也比較快。
    各個(gè)國家為了這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也出臺(tái)了很多政策,有些國家也非常激進(jìn),2023年、2040年前,希望把重型交通的車輛逐步向電動(dòng)化走。另外一條技術(shù)是氫,現(xiàn)在來看,電動(dòng)的發(fā)展速度要高于氫的發(fā)展速度。
    中國也是差不多的情況,網(wǎng)上都可以找到數(shù)據(jù),這兩年在很多地方以礦卡,包括重型交通的車輛,都在逐步做電動(dòng)化的替代。帶來的問題是怎么給這些大家伙解決能量交換的問題。
    現(xiàn)在國內(nèi)外有兩條主要的技術(shù)路線,一個(gè)是充電,一個(gè)是換電。中國目前為止還是以換電更多一些,但是國外基本上已經(jīng)放棄了換電這條線路,已經(jīng)完全走在了充電的路上來。
    圖中顯示了重型交通的特點(diǎn),這些數(shù)據(jù)是歐盟的數(shù)據(jù),交通法規(guī)相對(duì)來講比較完善,中國現(xiàn)在也跟上去了,比較完善,它對(duì)司機(jī)車輛的駕駛和行駛時(shí)間的要求都很高。一般來說,一個(gè)運(yùn)行周期中間有一個(gè)強(qiáng)制休息時(shí)間,這個(gè)時(shí)間可以作為能量補(bǔ)充的時(shí)間。這是歐美國家設(shè)計(jì)兆瓦級(jí)充電(MCS)的基本模型。
    現(xiàn)在國外主要有兩個(gè)聯(lián)盟在做這方面的工作,一個(gè)是CHARIN,集中了歐美的一些汽車企業(yè),加上部分零部件廠家,組成的充電聯(lián)盟,它的目的是推動(dòng)CCS,他們專門成立了一個(gè)兆瓦級(jí)的充電工作組在做兆瓦級(jí)的充電定義。他們的目標(biāo)是希望達(dá)到3000安培的充電電流,電壓在1250V。與此同時(shí),CHAdeMO跟中國的ChaoJi在做一些聯(lián)合,CHAdeMO在做CHAdeMO 4.0,我們也在做UItra-ChaoJi。這兩個(gè)實(shí)際上是一個(gè)東西,我們?cè)谕阶鲆粋€(gè)發(fā)展。
    CHARIN包括歐美這些主要車企,現(xiàn)在ISO/IEC推一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),前期是ISO17409,IEC這邊是62196-3。這個(gè)是定義了現(xiàn)在用的這些所謂CCS定義的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)。在MCS階段,ISO這邊5474,IEC這邊是63379,定義了大功率和超大功率連接器的標(biāo)準(zhǔn)。在IEC里面還有-2-23,是定義了大功率和超大功率充電系統(tǒng)的電器部分的。
    整個(gè)路線圖,這一系列標(biāo)準(zhǔn)希望總體在2025年以前能夠完成,現(xiàn)在這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展速度還是非??斓摹=衲?月份、9月份在美國會(huì)召開IEC TS 63379,包括MT8里面連接器和充電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。目前來說,基本上都進(jìn)入了CD,有的已經(jīng)接近DTS這個(gè)階段。總體來講,時(shí)間并沒有落后,完全是按照這張表在走,有可能會(huì)提前。
    這個(gè)是CHARIN目前推出的方案,這是一個(gè)倒三角的設(shè)計(jì),上面兩個(gè)大的是功率端子,它的直徑大概是20,為了適應(yīng)IP防護(hù)等級(jí)的要求,也做了相應(yīng)特殊的設(shè)計(jì)。目前我們得到的數(shù)據(jù),他們?cè)趯?shí)車測(cè)試?yán)锩嬉呀?jīng)突破了一個(gè)兆瓦,充電電流大概在1000安培到1200安培左右,在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成了3000安培的實(shí)驗(yàn)。
    這個(gè)連接器已經(jīng)和CCS完全不一樣了,重新做了一個(gè)新的連接器,但是它使用通信協(xié)議和控制時(shí)序和CCS的區(qū)別不大。
    在做大功率和超大功率設(shè)計(jì)的時(shí)候,有很多東西和現(xiàn)在用的普通直流充電有很大區(qū)別。主要表現(xiàn)是因?yàn)殡姵卮罅撕芏?,電池短路容量?huì)增大相當(dāng)多,包括Y電容的設(shè)計(jì)、瞬時(shí)沖擊、保護(hù)導(dǎo)體選擇,這些都和原來的系統(tǒng)有一定的差異,在這些標(biāo)準(zhǔn)中也在討論如何解決這些問題,其實(shí)現(xiàn)在很多問題還沒有最后確定下來,但都有了一些備選方案。
 
    關(guān)于控制導(dǎo)引這塊,MCS當(dāng)時(shí)參考了ChaoJi的設(shè)計(jì)理念,在原來的CCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了改進(jìn),但是基本上采取了一些包括硬節(jié)點(diǎn)控制、系統(tǒng)識(shí)別部分,也做了一些和ChaoJi非常相似的設(shè)計(jì)。
通信這邊,原來CCS系統(tǒng)用的PLC GreenPHY,但是PLC GreenPHY在實(shí)際使用中遇到很多問題,他們存在很大的爭議是到底要不要換掉它,但是傾向于使用Dif PLC,它還是PLC,但是在物理層上尤其是抗串?dāng)_有較大的提升。同時(shí)這個(gè)方案留下了一些預(yù)留設(shè)計(jì),在未來可以升級(jí)到雙線以太網(wǎng),這點(diǎn)和ChaoJi的設(shè)計(jì)也是一樣的,我們希望通訊上面最終是走到以太網(wǎng)。
    國內(nèi)現(xiàn)在主要以ChaoJi為基礎(chǔ),做了一個(gè)UItra-ChaoJi的方案。圖上顯示的是我們最初提出的兩個(gè)設(shè)計(jì)方案,左邊是中國提的,右邊是日本提的,后來經(jīng)過一些討論以后,目前暫定的是按中國這個(gè)方案走,也就是說兩根額外的功率端指針放在下部。
    整個(gè)設(shè)計(jì)還考慮一些其他的問題,因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)是使用兩對(duì)功率端子并行的方式,并行的時(shí)候是存在一些問題的,在試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了,它怎么去平衡兩對(duì)的問題。當(dāng)一對(duì)出現(xiàn)問題的時(shí)候,另外一對(duì)該怎么反應(yīng),在控制和設(shè)計(jì)上面都會(huì)產(chǎn)生一些不確定因素。我們把這個(gè)作為整體UItra-ChaoJi的方案1。
    與此同時(shí),我們也在考慮UItra-ChaoJi的方案2,方案2上半部還是ChaoJi的設(shè)計(jì),保證向前兼容的能力。另外下半部是使用了類似于MCS大功率端子設(shè)計(jì),去解決載流的問題。這兩個(gè)方案還在評(píng)估中,各有長處。第一個(gè)方案整體結(jié)構(gòu)比較緊湊,也相對(duì)比較靈活一些;第二個(gè)方案在功率的傳輸能力上可能優(yōu)于第一個(gè)方案。根據(jù)現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)情況,這個(gè)方案可以和MCS持平,能達(dá)到3000安培左右。
    這種設(shè)計(jì)還要考慮一個(gè)問題,這是我們和MCS不一樣的地方。MCS是重新設(shè)計(jì)了一套東西,它只是在通信協(xié)議上和CCS兼容,但是和原來的CCS的充電是不兼容的,它沒法互通。我們這個(gè)設(shè)計(jì)考慮到了有些車輛在一些特殊的場地就使用UItra-ChaoJi,可以達(dá)到兆瓦級(jí)以上的功率,也可以到城市的充電站去做補(bǔ)電的操作。這時(shí)候,我們希望它能夠使用300個(gè)千瓦、500個(gè)千瓦的普通的ChaoJi接口,我們?cè)谏厦孀隽艘恍iT設(shè)計(jì)。因?yàn)檫@兩種系統(tǒng)理論來講,你必須要做一些兼容性的設(shè)計(jì),否則這兩套系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生沖突,我們?cè)试S你去選擇車輛只能用大功率的Ultra-ChaoJi還是兩種ChaoJi和Ultra ChaoJi都能用,所以中間做了特殊設(shè)計(jì)。
    這是方案2做的設(shè)計(jì),它相對(duì)比較簡單,因?yàn)槲锢硇螤钣斜容^大的區(qū)別。我們可以在大功率的時(shí)候用上面的這兩個(gè)端子,超大功率的時(shí)候可以用下面的兩個(gè)端子,可以比較輕松地解決前面的兩個(gè)問題。
 
    在其他方面,基本上我們的導(dǎo)引也好、通信協(xié)議也好,全是按照ChaoJi的,ChaoJi在做的時(shí)候已經(jīng)考慮到未來怎么向超大功率,包括向以太網(wǎng)去過渡,它都預(yù)留了設(shè)計(jì),我們也沿用了設(shè)計(jì),基本上這方面沒有做大的改動(dòng)。
    我們現(xiàn)在ChaoJi用的是CAN,是為了考慮兼容出發(fā)的,我們預(yù)留了接口,通過一個(gè)識(shí)別,我可以很容易切換到以太網(wǎng)上去,如果產(chǎn)業(yè)需要這個(gè)東西,我們就已經(jīng)有了預(yù)留的空間。
    通信協(xié)議剛才已經(jīng)說過了,基本是上照著現(xiàn)在馬上要發(fā)布的最新的27930的架構(gòu)去做的,只是我們針對(duì)超大功率的充電可能需要根據(jù)新的FDC做一些設(shè)計(jì)。
    在標(biāo)準(zhǔn)化方面,我們?cè)贗EC、ChaoJi和UItra-ChaoJi,現(xiàn)在同步和日本正在IEC TC69和SC23H里面,8月份我到美國開會(huì),UItra-ChaoJi就會(huì)提到IEC 63379里面。同時(shí),我們也會(huì)在TC69的MT5,在-23-3里面把這兩個(gè)方案也要放進(jìn)去。
    國家標(biāo)準(zhǔn)目前還沒有啟動(dòng),大家知道現(xiàn)在這幾個(gè)國標(biāo)由于種種原因一直沒有發(fā)布,但是我們希望在發(fā)布以后就啟動(dòng)它的修訂工作,把這個(gè)加進(jìn)去。
    這些是我們?cè)谧龅膶?shí)驗(yàn)照片,跟大家分享一下。我們第一步做了熱上面的實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)大功率跟超大功率尤其在熱管理方面,很多地方是不一樣的。在1000多個(gè)安培的電流情況下有很多表現(xiàn),和原來差別是比較大的,需要做一些額外的設(shè)計(jì)。
    目前國家電網(wǎng)公司也立了一個(gè)科研項(xiàng)目,我們現(xiàn)在在內(nèi)蒙有一個(gè)礦山礦卡在做改造,大概在今年年底希望把這個(gè)技術(shù)做一個(gè)樣板示范出來,初期設(shè)計(jì)它的功率差不多1.2個(gè)兆瓦左右,這臺(tái)車裝了600度電,差不多就是2C左右的充電速率,去按照它的補(bǔ)電過程。

 
 
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