电动车充电基础知识

前言

这篇文章准备和构思花了很长时间，苦于充电桩知识内容过于繁杂，再加上不同国家的标准，所以结构调整了很长时间，各种平衡之下写了这篇面向大众的介绍电动车充电基础知识的文章，避免过于细节和技术。观众群体是准备考虑或者刚购买电动车/充电桩的用户，以及想要了解电动车充电知识的人群。考虑地域标准不同和观众群体的侧重，本文重点关注中国和欧洲的情况，美国也有简单介绍。

电动汽车跟燃油车的主要区别在于动力来源不同，传统燃油车需要加油，而电动车需要充电。本文介绍电动车充电设备及充电相关的基础知识（不涉及无线充电技术）。

1. 充电桩介绍

充电设备的外观和性能千差万别，经常听到便携桩，家用桩，快充桩，公共/运营桩等名称，此外充电桩的接口也有交流充电接口，直流充电接口等。对充电从业人员来说，也面临一堆更让人困扰的术语如：Level 1/2/3，Mode 1/2/3/4等。总结就是行话太多，让人眼花缭乱。本文尝试带大家对充电概念进行一次通俗易懂的梳理。

充电桩是电动汽车供电设备（Electric Vehicle Supply Equipment - EVSE）的俗称，是为电动汽车补充电能的工具，类比燃油车的加油设备。

不同于加油只能去加油站，电动车充电既可以在家，也可以在外面的充电站充电。当然前提是需要充电设备。什么样的电动车需要什么样的充电设备，纷繁复杂的充电设备到底有什么区别呢？

我们先按照不同的角度给充电桩分类。

1.1. 充电桩分类

1.1.1. 基础分类

从本质讲，充电桩可以只分为两类：（智能）延长电线、“真”充电桩。分别对应交流（AC）桩和直流（DC）桩。

图1：电动汽车充电原理

图1展示的是电动车充电原理，左边灰色部分为交流充电的电流流向，右边绿色部分为直流充电的路径。可见交流（AC）桩是为车载充电机（OnBoard Charger: OBC）供电，车载充电机进行AC-DC整流转换，为动力电池进行充电；而直流（DC）桩是绕过车载充电机（OBC）直接对电池充电。

原因很简单，电动车的动力电池只能接收直流（DC）电流电压，而电网/家庭插座提供的都是交流电，无法直接给车的电池充电，需要进行交流-直流的转换，转换后的直流电才能给电池充电。所有的交流（AC）充电桩只是充电设备（OBC）的供电线，尽管可能是非常智能的供电线；而直流（DC）桩内集成了电源模块，桩内进行AC-DC转换，输出直流电为电池充电。

1.1.2. 标准分类

很遗憾，到今天为止，电动汽车的充电接口没有统一的世界标准，正如2012年前的手机充电接口一样复杂多样。

世界各地的接口类型参考图2，不同标准的充电枪和车端充电接口无法通用。

总的来说，制定现行标准的都是汽车工业国家和重要市场国家：欧/美/日/中。交流AC充电接口有3个标准：美国/日本的Type 1，欧洲的Type 2，中国的GB/T。直流DC充电接口有4个标准，分别是：美国（北美）的CCS 1，日本的CHAdeMO，欧洲的CCS 2，中国的GB/T。世界其他国家基本上都是遵从美/欧的标准。

图2：电动汽车的充电接口标准

1.1.3. 功率分类

充电桩的功率从1kW到500kW不等。一般常见的充电桩功率等级有3kW的便携桩（AC）；7/11kW壁挂Wallbox（AC），22/43kW运营AC立柱桩，20-350甚至500kW的直流（DC）桩。

充电桩的（最大）功率就是它能为电池提供的最大可能功率，算法就是电压（V）x 电流（A），三相再乘以3。1.7/3.7kW是指单相供电（110-120V或者230-240V）最大电流16A的充电桩，7kW/11kW/22kW分别是指单相供电32A、三相供电16/32A的充电桩。电压比较容易理解，各国户用电压标准，电流一般是现有电气基础设施（插座，线缆，保险，配电设备等等）的标准。北美尤其是美国市场比较特殊，美国家庭的插座（NEMA插座的形状、电压、电流）型号繁多，所以在美国的家庭AC充电桩功率等级更多更丰富，这里不展开讨论。

直流桩的功率主要取决于内部功率模块（内部并联），目前主流有25/30kW的模块，所以直流DC桩的功率都是以上模块功率的倍数。但也考虑要与电动车电池充电功率匹配，所以市面上50/100/120kW的直流充电桩非常多见。

1.1.4. 电压/模式分类

电动车充电设备在美国/欧洲有不同的分类，美国一般会用Level 1/2/3来分类；而在美国以外（欧洲）一般用Mode 1/2/3/4区分。

Level 1/2/3主要是区分充电桩输入端的电压，Level 1是指直接用美国家用插头（单相）120V供电的充电桩，功率一般在1.4kW到1.9kW；Level 2是指用美国家用高压208/230V（欧洲）/240V的AC充电桩，功率相对较高，3kW-19.2kW；Level 3是指直流DC充电桩。

图3：充电桩的Level 1/2/3

Mode 1/2/3/4分类主要看充电桩跟电动车是否有通讯。

Mode 1是指电线给车充电，一头为普通插头接墙上插座，另一头是车端充电插头，车和充电设备（实际没有设备，只有充电线和插头）之间无任何通讯，现在很多国家禁止Mode 1模式的电动汽车充电。

Mode 2是指非固定安装而且带车-桩通讯的便携AC充电桩，车桩充电过程有通讯；

Mode 3是指固定安装的（壁挂或立柱）带车-桩通讯的其他交流充电桩；

Mode 4就是特指固定安装的直流桩，也一定有车-桩通讯。

图4：充电桩的Mode 1/2/3/4

还有其他分类，比如AC桩按照单/两/三相输入供电区分，对应的充电桩输入接线端需要分别接入单相，两相和三相交流供电，输出相数跟输入相同。而DC桩一般都是三相AC输入供电。

另外还有私人桩和运营桩的区别，前者不需要收费计费，而后者是需要收费计费，所以需要有人机交互界面、付款手段、需要跟运营/收费系统对接。

2. 电动车充电的特性

电动车充电的功率不是固定不变的，锂电池的特性决定了充电曲线是变化的。简单说可分为恒流充电、恒压充电以及最后阶段的浮充。

因此电动车充满电的过程比简单除法计算（电池容量kWh/充电桩功率kW）得到的充电时间长。

图5是一个标准电动汽车电池充电的曲线。

图5：标准电动车电池充电曲线

3. 电动车充电的常见误区

3.1. 想要缩短充电时间，需要选择更大功率的充电桩？

答案是不一定，从图1所示的AC/DC充电示意图可见，如果是AC充电，AC桩只是供电设备，真正的充电功率是由车载充电机决定的（当然充电桩功率低于车载充电机，则瓶颈在充电桩）。目前主流的车载充电机有3/7/11/22kW，那么用22kW的交流桩给一台只配3kW功率OBC的电动车充电，最终的充电功率还是3kW。

3.2. 用直流DC充电桩就可以全功率充电了？

答案也是不一定，虽然没有车载充电机OBC的限制，直流桩直接对电池充电，但需要考虑电池的上限，电池能支持的最高功率也是有限制的，大部分非高端电动车，电池支持的最高充电功率不超过150kW。即便在350kW的超级快充桩上充电，充电功率还是不能超过电池（BMS）允许的最大功率，当然还要考虑不同充电阶段的充电功率也不同。

目前只有少数高端车型的电动汽车才支持比较大的充电功率，比如保时捷的（Porsche Tycan）最高支持225kW的充电功率，奥迪的E-Tron最高支持150kW。

4. 选购充电桩注意事项

大家更关心自己买电动车之后，有条件安装家用充电桩时应该如何选购。

目前家用桩以AC桩为主（DC桩的价格和功率限制了其在普通家庭的安装），先确认家里允许安装充电桩的功率上限（要跟供电公司/物业/电工确认家庭/小区配电容量），另外确认家庭是单相入户（国内）还是三相入户（欧洲），然后确认买的电动车车载充电机（OBC）是单相（国内电动车OBC大多单相）还是三相，最后买对应的单相/三相充电桩。理论上单相三相的充电桩和单三相车载充电机都可以兼容，但是如果车载单相OBC的话，则完全没有必要安装三相充电桩。

另外需要考虑选择智能桩或者傻瓜桩，智能桩就是可以手机App控制/身份授权/充电管理的充电桩，而傻瓜桩就是没有人机交互，刷卡或者直接插枪即可充电。方向是首选智能桩，可以更方便操控（比如定时充电，远程充电等），充电记录管理等会提供诸多便利，也有城市电网（德国汉堡）规定新装的家庭充电桩必须是智能桩。

总结下来，国内和单相电入户的国家，家用桩单相7kW基本上是主流；欧洲三相电入户的国家/地区，三相11kW是最优选择。优选带手机App控制的智能充电桩。