今天下午主要帶來的是國內(nèi)外兆瓦級重型交通的標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)發(fā)展的情況。
大概分三個部分:
1、背景概況
2、國外技術(shù)級標(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,重型交通在各個國家都提到議事日程上來。這些車的絕對數(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化在各個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。
各個國家為了這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也出臺了很多政策,有些國家也非常激進,2023年、2040年前,希望把重型交通的車輛逐步向電動化走。另外一條技術(shù)是氫,現(xiàn)在來看,電動的發(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,一個是充電,一個是換電。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,這些數(shù)據(jù)是歐盟的數(shù)據(jù),交通法規(guī)相對來講比較完善,中國現(xiàn)在也跟上去了,比較完善,它對司機車輛的駕駛和行駛時間的要求都很高。一般來說,一個運行周期中間有一個強制休息時間,這個時間可以作為能量補充的時間。這是歐美國家設(shè)計兆瓦級充電(MCS)的基本模型。
現(xiàn)在國外主要有兩個聯(lián)盟在做這方面的工作,一個是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CCS,他們專門成立了一個兆瓦級的充電工作組在做兆瓦級的充電定義。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,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。這兩個實際上是一個東西,我們在同步做一個發(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)在這幾個標(biāo)準(zhǔn)進展速度還是非??斓?。今年8月份、9月份在美國會召開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,基本上都進入了CD,有的已經(jīng)接近DTS這個階段??傮w來講,時間并沒有落后,完全是按照這張表在走,有可能會提前。
這個是CHARIN目前推出的方案,這是一個倒三角的設(shè)計,上面兩個大的是功率端子,它的直徑大概是20,為了適應(yīng)IP防護等級的要求,也做了相應(yīng)特殊的設(shè)計。目前我們得到的數(shù)據(jù),他們在實車測試?yán)锩嬉呀?jīng)突破了一個兆瓦,充電電流大概在1000安培到1200安培左右,在實驗室已經(jīng)完成了3000安培的實驗。
這個連接器已經(jīng)和CCS完全不一樣了,重新做了一個新的連接器,但是它使用通信協(xié)議和控制時序和CCS的區(qū)別不大。
在做大功率和超大功率設(shè)計的時候,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)是因為電池大了很多,電池短路容量會增大相當(dāng)多,包括Y電容的設(shè)計、瞬時沖擊、保護導(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)時參考了ChaoJi的設(shè)計理念,在原來的CCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了改進,但是基本上采取了一些包括硬節(jié)點控制、系統(tǒng)識別部分,也做了一些和ChaoJi非常相似的設(shè)計。
通信這邊,原來CCS系統(tǒng)用的PLC GreenPHY,但是PLC GreenPHY在實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。同時這個方案留下了一些預(yù)留設(shè)計,在未來可以升級到雙線以太網(wǎng),這點和ChaoJi的設(shè)計也是一樣的,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UItra-ChaoJi的方案。圖上顯示的是我們最初提出的兩個設(shè)計方案,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方案走,也就是說兩根額外的功率端指針放在下部。
整個設(shè)計還考慮一些其他的問題,因為這個設(shè)計是使用兩對功率端子并行的方式,并行的時候是存在一些問題的,在試驗中也發(fā)現(xiàn)了,它怎么去平衡兩對的問題。當(dāng)一對出現(xiàn)問題的時候,另外一對該怎么反應(yīng),在控制和設(shè)計上面都會產(chǎn)生一些不確定因素。我們把這個作為整體UItra-ChaoJi的方案1。
與此同時,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,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,去解決載流的問題。這兩個方案還在評估中,各有長處。第一個方案整體結(jié)構(gòu)比較緊湊,也相對比較靈活一些;第二個方案在功率的傳輸能力上可能優(yōu)于第一個方案。根據(jù)現(xiàn)在的實驗情況,這個方案可以和MCS持平,能達(dá)到3000安培左右。
這種設(shè)計還要考慮一個問題,這是我們和MCS不一樣的地方。MCS是重新設(shè)計了一套東西,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。我們這個設(shè)計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)到兆瓦級以上的功率,也可以到城市的充電站去做補電的操作。這時候,我們希望它能夠使用300個千瓦、500個千瓦的普通的ChaoJi接口,我們在上面做了一些專門設(shè)計。因為這兩種系統(tǒng)理論來講,你必須要做一些兼容性的設(shè)計,否則這兩套系統(tǒng)會產(chǎn)生沖突,我們允許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。
這是方案2做的設(shè)計,它相對比較簡單,因為物理形狀有比較大的區(qū)別。我們可以在大功率的時候用上面的這兩個端子,超大功率的時候可以用下面的兩個端子,可以比較輕松地解決前面的兩個問題。
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,我們也沿用了設(shè)計,基本上這方面沒有做大的改動。
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,通過一個識別,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,只是我們針對超大功率的充電可能需要根據(jù)新的FDC做一些設(shè)計。
在標(biāo)準(zhǔn)化方面,我們在IEC、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,UItra-ChaoJi就會提到IEC 63379里面。同時,我們也會在TC69的MT5,在-23-3里面把這兩個方案也要放進去。
國家標(biāo)準(zhǔn)目前還沒有啟動,大家知道現(xiàn)在這幾個國標(biāo)由于種種原因一直沒有發(fā)布,但是我們希望在發(fā)布以后就啟動它的修訂工作,把這個加進去。
這些是我們在做的實驗照片,跟大家分享一下。我們第一步做了熱上面的實驗,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。
目前國家電網(wǎng)公司也立了一個科研項目,我們現(xiàn)在在內(nèi)蒙有一個礦山礦卡在做改造,大概在今年年底希望把這個技術(shù)做一個樣板示范出來,初期設(shè)計它的功率差不多1.2個兆瓦左右,這臺車裝了600度電,差不多就是2C左右的充電速率,去按照它的補電過程。