电动车充电基础知识 电动车充电的特性

前言准备和构思这篇文章花了很长时间。由于充电桩知识内容复杂，各国标准不同，结构调整时间较长。这篇对公众的介绍是在各种平衡下写成的。关于电动汽车充电基础知识的文章，避免过多的细节和技术。受众为正在考虑或刚刚购买电动汽车/充电桩的用户，以及想了解电动汽车充电的用户。考虑到不同的地区标准和受众群体的侧重点，本文着重介绍了中国和欧洲的情况，同时也对美国进行了简要介绍。

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

一、充电桩简介充电设备的外观和性能千差万别。我们经常听到便携桩、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和直流充电接口。对于充电从业者来说，还有一堆比较容易混淆的名词如：Level 1/2/3、Mode 1/2/3/4等，总结起来就是行话太多，看得人眼花缭乱。本文试图为您提供一个通俗易懂的充电概念概述。

充电桩是电动汽车供电设备（EVSE）的俗称，是一种为电动汽车补充电能的工具，类似于燃油车的加油设备。

与只能在加油站进行的加油不同，电动汽车可以在家中或在外面的充电站充电。当然，前提是你需要一个充电设备。什么样的电动车需要什么样的充电设备，复杂的充电设备有什么区别？

我们先按照不同的角度对充电桩进行分类。

1.1.充电桩的分类1.1.1.基本分类充电桩本质上可以分为两类：（智能）延长线和真充电桩。分别对应交流（AC）电堆和直流（DC）电堆。

图1：电动汽车充电原理

图1显示了电动汽车的充电原理。左边灰色部分是交流充电的电流流向，右边绿色部分是直流充电的路径。可见交流电（AC）桩是为车载充电器（OnBoard Charger: OBC）供电，车载充电器进行AC-DC整流转换为动力电池充电；而直流电（DC）桩绕过车载充电器（OBC）直接给电池充电。

原因很简单。电动汽车的动力电池只能接收直流（DC）电流和电压，而电网/家用插座提供的是交流电，不能直接给汽车电池充电。它需要从交流电转换为直流电。转换后的直流电给电池充电。所有的交流（AC）充电桩都只是充电设备（OBC）的供电线路，虽然它们可能是非常智能的供电线路；而直流电（DC）电堆集成了功率模块，电堆中进行AC-DC转换，输出直流电给电池充电。

1.1.2.标准分类遗憾的是，时至今日，电动汽车的充电接口还没有一个世界统一的标准，就像2012年之前的手机充电接口一样复杂多样。

世界各地的接口类型参见图2。不同标准的充电线和车端充电接口不能通用。

一般来说，目前的标准是由拥有汽车工业的国家和重要的市场国家制定的：欧洲/美国/日本/中国。交流充电接口有3种标准：美国/日本的Type 1，欧洲的Type 2，中国的GB/T。直流充电接口有四种标准，分别是：美国（北美）的CCS 1、日本的CHAdeMO、欧洲的CCS 2、中国的GB/T。世界其他地区基本上遵循美国/欧洲标准。

图2：电动汽车充电接口标准

1.1.3.功率分类充电桩的功率从1kW到500kW不等。通常，常见充电桩的功率等级包括3kW便携式桩（AC）； 7/11kW壁挂式Wallbox（AC）、22/43kW运行交流电杆桩、20-350甚至500kW直流电（DC）电桩。

充电桩的（最大）功率是它能为电池提供的最大可能功率。算法是电压（V）x电流（A），三相乘以3。1.7/3.7kW是指单相供电（110-120V或230-240V）充电桩最大电流为16A、7kW/11kW/22kW分别指单相供电32A和三相供电16/32A的充电桩。电压比较容易理解。各国的家用电压标准，电流一般是现有电气基础设施（插座、电缆、保险、配电设备等）的标准。北美市场，尤其是美国市场比较特殊。美国家庭的插座种类繁多（NEMA插座的形状、电压、电流）。因此，美国家庭交流充电桩的功率层次更为丰富，在此不做讨论。

直流桩的功率主要靠内部功率模块（内部并联）。目前主流的有25/30kW的模块，所以直流桩的功率是上述模块功率的倍数。不过也考虑到匹配电动车电池的充电功率，所以50/100/120kW的直流充电桩在市面上很常见。

1.1.4.电压/模式分类电动汽车充电设备在美国/欧洲有不同的分类。美国一般采用Level 1/2/3进行分级；而美国以外（欧洲）一般采用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指的是美式家用插头（单相）120V直接供电的充电桩，功率一般为1.4kW到1.9kW； Level 2是指美式家用插头供电的充电桩高压208/230V（欧洲）/240V交流充电桩功率比较大，3kW-19.2kW； Level 3是指直流充电桩。

图3：充电桩1/2/3层

Mode 1/2/3/4的分类主要看充电桩和电动车之间是否有通信。

模式1 表示电线用于为汽车充电。一端是连接墙上插座的普通插头，另一端是车上的充电插头。汽车和充电设备之间没有通信（实际上没有设备，只有充电线和插头）。现在很多国家禁止以Mode 1模式给电动汽车充电。

方式二是指车桩非固定安装通讯的便携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。结语

本来想把这篇文章做成问答形式，但可能会更散乱而且不全面。所以还是按照现有结构写出来，肯定无法顾及所有人的关注点和需求。

希望有相关问题的朋友给我留言，如果还有比较普遍的更多问题，我可以再单独写一篇充电知识问答。