面向未来的新一代电动汽车充电系统ChaoJi
引
言
这是倪总写的文章下篇，文章比较长，我就把文章分成了下篇，背景。
01
2015年底，GB/T 18487.1，GB/T 27930和GB/T 20234系列五项国标同时发布。针对GB/T系列标准以及国际上的其他相关标准存在的问题，中国电力企业联合会、国家电网有限公司和中国汽车技术研究中心组织行业内专家进行了讨论研究。从最初的头脑风暴，到初步方案形成、验证试验、定型设计、试点示范一直到国内外标准化工作，经过数年的努力，逐步形成了一个由中国、日本、德国、荷兰、意大利、瑞士、韩国、美国等多国专家参与，汽车、充电设施、充电运营商等各类企业参加的跨行业国际合作项目，项目被命名为ChaoJi，其工作目标也从最初的仅针对GB/T的改进和增加诸如大功率充电等功能而逐渐转变为：设计一套具备向前向后兼容及扩展能力的、国际统一的、新一代电动汽车传导式充电通用接口系统。
1．ChaoJi项目的主要历程
2016年3月，中国电力企业联合会、国家电网有限公司联合国内外电动汽车、动力电池、充电设备及充电连接器等产业链上下游企业，召开了第一次大功率充电技术研讨会，开启了我国大功率充电技术的预研工作，针对传导式大功率充电技术合作开展了一系列研究工作。
2017年5月，能源行业电动汽车充电设施标准化技术委员会成立大功率充电技术与标准预研工作组，初步确定了我国新一代支持大功率充电技术的充电接口的发展路线和技术要点，开展了新一代充电接口方案可行性论证，启动了支持大功率的新一代充电技术标准编制和示范项目建设工作。
2017年10月，我国与德国签署了开展大功率充电技术及标准合作协议，德方深入参与了我国大功率充电技术研发、新接口设计方案和示范项目建设工作。2018年新一代充电接口在大功率充电技术研究、样机研制方面取得突破，确定了七针方案的新型充电技术接口和方形端面的设计方案，明确了通信协议、充电机、控制导引电路技术要点，完成了样机开发和试验。
2018年8月，中国电力企业联合会与日本CHAdeMO协会（电动汽车快速充电器协会）签署了技术和标准合作协议，共同推动大功率充电技术研究与国际标准制定。2019年先后在北京、上海、南京、济南、许昌、深圳和常州等地建成投运大功率充电示范工程，并开展了实车测试，针对不同车型与不同设备厂商进行了整车充电、接口性能安全以及充电兼容性测试，实现最大输出电流500A，输出电压200V～750V，输出功率360kW，同步取得了大量实测数据，为后续方案设计优化提供了依据。
2019年7月，在日本举办的第一届新型充电接口项目国际会议上，正式将我国提出的新一代充电技术命名为ChaoJi。来自中国、日本、德国、荷兰、意大利、澳大利亚等国的专家成立联合工作组，下设三个子工作组，分别为SWG1充电连接器工作组，SWG2充电安全工作组以及SWG3通信协议工作组，其中SWG1和SWG3的召集人由中国专家担任，SWG2的召集人为德国专家，共同推进ChaoJi项目的技术研究、验证和国际化。
2019年10月，在中国上海举办电动汽车大功率充电技术与标准预研工作总结会，全面展示研究成果，获得IEC TC69主席及各国参会专家的广泛认可。2020年6月，中国电力企业联合会和国家电网有限公司联合多家车企和业内相关企业共同发布ChaoJi技术白皮书，并启动了相关国家标准的修订工作。
图14 ChaoJi主要发展历程
2．ChaoJi的技术特点
与现有的各接口系统相比，ChaoJi充电系统在向前和向后兼容性，提升充电功率、增强充电安全性、提升用户体验、以及接口标准统一等方面具有突出的优势。（1）完善的兼容性：ChaoJi充电系统充分考虑了向前兼容问题，解决了与现有市场存量充电设施的协调问题，同时提供了兼容国际上GB/T2015、CHAdeMO、CCS1、CCS2四大充电系统的解决方案。ChaoJi创新提出了利用重新设计的导引电路，结合适配器的使用，以解决装备ChaoJi接口的车辆使用存量异种接口充电设备的问题，而且这些存量设备无需进行任何软硬件的改造。新一代装备ChaoJi接口的充电设备则可采用双口或多口的方式解决对存量车辆的兼容问题，这些车辆也无需做任何改造。
图15 车辆侧向前兼容方案（采用adaptor）
图16设备侧向前兼容方案（采用双接口）
（2）提升充电安全：ChaoJi充电系统汲取现有国家标准和国际标准中存在的问题，在机械安全、电气安全、电击防护、防火及热安全设计上有了大幅度的改进和提升。
图17 I2t、PE导线选择等安全问题
参加ChaoJi工作组中的各国专家有相当一部分是来自于IEC TC69及SC23H的工作专家，ChaoJi项目采用了与IEC最新标准同步的安全模型，同时兼顾了特定市场的一些需求。
（3）提升充电功率：ChaoJi充电系统的电缆组件采用液冷方式，并增加温度监控系统，最大充电功率可提升到900kW，满足大功率充电需求，缩短充电时间，使充电像加油一样快捷。
图18 冷却系统示意图
（4）全新结构设计：ChaoJi充电接口与国际主流的GB/T2015、CHAdeMO、CCS1、CCS2标准的直流充电接口相比尺寸最小，同时考虑了与交流接口的组合方案，有利于车企车型设计；针对原有各系统中的一些诸如机械强度不足，锁止机构不可靠等安全隐患和设计缺陷做了针对性改造，在一个最紧凑的设计上兼顾了性能和可靠性。
图19 不同充电接口尺寸比较
图20 不同解决方案的界面布置
（5）面向未来应用：随着电动汽车的普及，市场对充电的需求也在不断更新，各种新的功能和运营模式都需要接口系统的配合。ChaoJi充电系统支持即插即充、V2X、自动充电系统等新技术应用，支持未来通信接口从CAN向以太网升级，为千安以上超大功率充电留有升级空间，为今后的技术升级做了充分的考虑，是一个具备很好的设计弹性和扩充能力的全新接口系统。
02
ChaoJi技术作为一种基于全世界三种主流充电系统和四种充电接口技术为基础而研发的新一代充电接口技术，吸取了原有技术的优点，改进了其缺点，消除了隐患；在完全向前兼容原有系统的基础上，充分考虑了未来技术的发展趋势。与原有的接口系统相比，在提高充电功率，增强充电安全性，统一接口标准，提升用户体验等方面具有突出的优势。
在示范应用方面，ChaoJi技术由国内主要车企、电网企业、充电设施运营商、设备制造商、连接器制造商等联合完成研究工作，并与日本、德国、荷兰、瑞士等国际化企业的专家进行了充分讨论和合作研究。ChaoJi技术经过了历时四年多的技术调研、方案设计、样机研制、测试验证和试点应用，受到了国内外相关企业、专业机构、标准化组织的高度认可和支持。
图21 ChaoJi项目的参与企业
在标准化方面，ChaoJi的标准化工作也正在有条不紊的向前推进，目前由全国电动汽车充电设施标委会负责修订的两项充电设施相关标准GB/T18487.1和GB/T27930已经正式启动修订工作，ChaoJi作为新一代的传导式充电接口将被纳入下一版的标准中；同时，在国际标准方面，日本CHAdeMO协会已经将其作为CHAdeMO3.0 正式发布，中日系统接口有望在不久的将来率先得到统一。与此同时，IEC TC69及SC23H与ChaoJi相关的标准提案工作也已展开，首先将在IEC 61851系列中加入这一新的接口系统，其工作目标也是将其作为未来统一的传导式充电接口标准。