电动车辆用电池及充电相关国际标准化动向

　[作者简介] 刘延林 ，上海机动车检测中心高级工程师，研究方向：机械产品设计及新能源汽车、动力蓄电池检测技术研究，上海，201805；缪文泉，上海机动车检测中心，201805； 朱悦，上海市研发公共服务平台管理中心，上海，200235；张贵红，上海市研发公共服务平台管理中心，上海，200235；胡寅，上海市研发公共服务平台管理中心，上海，200235
　　[中图分类号] U469.72  [文献标识码] A  [文章编号] 1007-7723（2012）09-0024-0011
　　一、前 言
　　电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力（PHEV）等电动车辆，作为节能减排最现实的选择正不断得到世界各国的认同，逐渐普及于世界各国。与此同时，对与该技术领域相关的国际标准化的需求也在不断增加。现在，IEC（国际电工委员会标准）及ISO（国际标准化组织标准）正在推进多种标准化项目活动。日本自动车研究所（以下简称JARI）作为IEC/TC69（电动汽车）及ISO/TC22/SC21（电动汽车）在日本国内的审议机构，在不断进行电动车辆相关领域国际标准化的研究，并向IEC、ISO提出EV（电动汽车）驱动用锂离子电池及充电相关的国际标准议案。本文就日本、美国、德国等主要先进国家的电动车辆用电池及充电相关的国际标准化动向作简要介绍，以便我国相关科研机构、第三方检测机构、企业单位借鉴学习，完善国内各级相关标准体系，向IEC、ISO提出标准议案，努力使其成为国际标准，引领世界新能源汽车产业。
　　二、背 景
　　日本在世界上率先实现了HEV（混合动力电动汽车）的商品化，在BEV（纯电动），PHEV（插电式混合动力电动汽车）方面领先各国开始批量生产，在EV领域起着主导作用。为实现大规模导入BEV，PHEV，除确保商品车辆及电池的性能、安全及完善充电设备外，各相关项目的标准化也必不可少。为此，JARI就与电动车辆用电池及充电相关的、需要优先国际标准化的项目进行研究，起草制定新的相关标准方案，并及时向IEC提出。
　　可以预见，今后该领域的国际性竞争将越来越激烈。在国际标准化方面，世界各国为了本国的利益，正加紧研究。2007年以后，世界各国陆续提出了新的项目方案，并开始审议、修订现有的相关标准。
　　三、相关项目概要
　　在日本，与电池、充电相关联的国际标准化的对应机构是以JARI为核心，由各大型汽车、电力、电池、零部件等公司及相关机构组成的技术委员会（电池标准化工作组、电池充电标准化工作组、相关的标准工作组/临时技术指导工作组等），并以其为中心实施标准化项目研究。目前，该委员会正在审议的项目共有20项，均已被IEC/ISO标准采纳（表1～3）。
　　（一）日本新提案项目
　　JARI从2008年到现在为止总共提出7项新方案，日本作为提案国提出的新方案均已被IEC采纳。这些提案中迄今为止已有3项作为国际标准发布了，其余处于继续审议中（见表1）。
　　（二）其他国家新提案项目
　　2007年以后，德国共提出4项新方案目前均已被国际标准采纳，其中2项（ISO12405，ISO/IEC 15118）提出后被各自分成3部分，成为表2所示的8项标准。
　　（三）修订项目
　　国际标准从发布之日起在所定时间（通常为3～12年）内要进行修订，即要进行改订/追加补充/保留确认/删除等。电池充电相关标准如表3所示，共5项相关标准进行了修订审议，其中2项已发布。
　　四、各项目概要
　　（一）日本新提案项目
　　表1所示，日本提出新的标准项目大致有两个目的。其一，日本需要标准国际化，标准国际化对日本自身有利；其二，利用标准国际化来防止对日本不利的情况发生。日本使其处于领先领域的技术和经验（例如：电池与充电系统等）反映在国际标准中，其本身有助于日本产品和系统在国际市场上交易，在国际上具有一定的竞争能力。相反，因其他国家提出的标准方案中常常出现对日本不利的内容，作为抵制措施之一就是向国际标准化组织提出新的标准方案。
　　1. 电池相关标准提案
　　IEC 62660-1 和IEC 62660-2是日本提出的，以试验方法国际标准化为目标，涉及汽车用锂离子电池性能与安全。电池性能与安全将成为国际市场上公平交易之基础，它是日本根据自身的实践经验而制订的试验方法。它还具有另一个层面的作用，就是抵制德国提出的标准（ISO 12405-1，ISO 12405-2）——关于电池组及系统试验。根据电池单体的评价结果就能完全预测电池组的试验结果；对单独设定电池组试验条件比较困难的试验项目，则只作单体试验等等，达到了基础标准试验合理化的目标。IEC 62660-1规定了HEV？BEV用锂离子电池的性能试验方法（功率密度、能量密度、容量保持特性、存储寿命、循环寿命、能量效率）；IEC 62660-2规定了相同单体的可靠性、滥用试验方法（振动、机械冲击、碰撞、耐热、温度循环、外部短路、过充电、强制放电），这两个标准于2010年12月以IS国际标准的形式得到了发行。
　　IEC/ISO16898是以自我保护为目的而提出的。起因是：德国欲通过锂离子电池单体尺寸的标准化，来促使成本降低（由批量生产与竞争带来的），达到统一国内标准进而向ISO提出方案。德国主张按单体形状（圆筒/角/袋状）及用途（BEV/HEV）的不同，将单体的尺寸或容量定为国际标准，试图以通过发行ISO 的PAS（Publicly Available Specification 公开的规格说明书）的形式向行业传递信息。与德国不同，日本则主张，若考虑锂离子电池的开发速度和商品化的现状，现在把一种或几种类型的尺寸标准化，不仅会阻碍技术进步，而且原本由于尺寸的标准化带来的成本削减效果也遥不可期，从这一点来讲，与民生用电池标准一样，尺寸仅停留在标记方法的标准化上，具体的单体尺寸应作为具体产品案例来处理。为此，两国决定分别将各自的草案向ISO和IEC提出，以此为基础，作为IEC/ISO的共同课题以两案统合为目标进行审议。现在审议仍在继续进行中，但至少在单一尺寸的选定以及尺寸与容量、尺寸与用途之间互不相关方面已达成一致，并就汇总成一定数量的推荐尺寸正进行研讨。该草案是公开的规格说明书（是在IS开发之前发行的过渡时期说明书，尚未达到作为标准要求项目的指导性技术文书），其定位是一种参考文件，从这一点来看，普遍认为对现实影响不大，但对于我国仍需密切关注其发展动向。
2. 充电相关标准提案
　　在充电相关项目中 ，对于连接部形状国际标准化，日本进行了4项新提案（IEC 61851-23，IEC 61851-24，IEC 62196-2，IEC 62196-3）。连接部形状包括日本已投入使用的DC充电系统（直流/快速充电），以及充电连接器（普通充电及快速充电）。
　　IEC 62196-2是日本提出的标准，旨在PHEV和BEV的AC充电（交流/普通充电）用车辆连接（入口连接器）的连接部形状标准化。其中规定了日本提出的3个形状（表4）。
　　日本提出的形状（类型1），在向IEC提出之前需先向SAE J1772提出，所以选定的形状，实质上形成了日美共同草案。欧洲（德国、意大利）与日美充电环境不同，其草案中追加了对应三相且把入口连接器和插头导线作成相同形状（类型2、类型3）的内容。有人提议一种理论：即世界各国应把形状标准化，统一成共同的形状；也有人主张欧洲应该汇总一个统一的方案，但讨论的最终结果是“把选择权交给市场”由市场来选择，并就此达成共识。最终决定标准中3种类型的形状共存。与日本提出的类型1不同，类型2、类型3的设计、开发是与IEC的讨论同时进行的，从这一点来看，即便在审议后半期也难免进行各种更改。该标准已于2011年10月发行，但由于几种形状并存，日本国内普遍认为有必要在国内进行标准讨论，将形状统一定为类型1。另外，中国已把以类型2为基础的、改型的形状在国内标准化了，从这点来看，日本在下次修订IEC 62196-2时，可能追加与此对应的必要条件。
　　关于BEV的DC充电，现在已投入使用的仅为日本系统（CHAdeMO）。各国的开发与商品化的时机及战略不同，不能在国际标准中强行规定单一的系统及形状。日本设想其他国家添加了某些提案内容，并在此基础上进行DC充电相关的3项IEC新提案，通过规定各系统通用的一般要求与各系统个别要求，为普及EV迅速完善国际标准。现在，日本系统加上美国、德国系统，并以此为中心大力推进、开发的组合系统（AC、DC兼用充电系统，混合动力系统）与以中国国内标准为基础的DC充电系统并存的形式进行审议，将通用要求与个别要求分开分别规定（表5）。
　　IEC 61851-23规定了DC充电站的功能/安全性能等基本要求，是以促进日本开发的快速充电系统向海外扩张为目的而提出的新标准。其构成是以IEC 61851-1的一般规定为基础，对DC充电站特殊要求（功能、触电防止、EVSE要求，EMC要求、通信、各系统要求等）作了新规定。在规定DC充电站的基本要求的同时也规定了包括日本系统在内的3个系统的个别要求。预计2013年4月左右发行IS标准。
　　IEC 61851-24规定了用于IEC 61851-23规定的DC充电系统的充电控制数字通信的基本要求以及各系统要求，正在审议与IEC 61851-23同时发行IS标准。
　　IEC 62196-3规定了DC充电连接器连接部形状和DC连接器的功能/安全要求等。除记载日本提出的DC专用连接器之外，也同时记载着美国、德国提出的组合连接器（AC/DC充电兼用），及中国提出的DC专用连接器连接部形状。日本改进了JEVS G105的DC充电连接器，与上述DC充电系统同时投入使用并就此提出了国际方案。与AC充电连接项目相同，在向IEC提出之前，以SAE中采用日本形状为目标，但因美国已开始开发AC、DC兼用的组合/混合动力类型的连接器，现在研讨仍在继续进行。在组合连接器方面，美国对IEC 62196-3也进行了补充提案，但对此德国提出把AC充电部分的形状在类型1与类型2中选一种作为可以使用的类型，现在美、德两国正在调整统合方案。美、德两国统合方案的状况，对上述IEC 61851-23和IEC 61851-24的系统C也同样在进行。另外，因中国也追加了在国内正在标准化的DC充电连接方案，所以现在以日本、中国、美国、德国的提案并存的形式进行审议。
　　（二）其他国家新提案项目
　　在电池及其充电领域，继日本之后，积极进行新提案的是德国。
　　ISO 12405，分EV用锂离子电池组及系统性能、安全性试验方法和安全要求三部分。第一部分与第二部分规定了锂离子电池组及系统性能、可靠性、滥用试验方法（能量、容量、功率、内部电阻、SOC损失、能量效率、循环寿命、结露、热撞击循环、振动、机械冲击、短路、过充电、过放电），并对大功率（HEV用）和高能量（BEV用）分别作了规定。第一部分已于2011年8月发行。第三部分就电池组、系统安全性能试验（振动、机械冲击、跌落、热冲击、结露、车辆事故模拟、短路、系统故障试验）合格与否的基准进行了研讨。
　　在ISO/IEC 15118中，分成三个部分对汽车与电网间的通信接口（收费、付费、负荷平均化、顾客服务等）进行了研讨（表2）。其中包括正在开发中的技术，内容涉及面极广，各国提出了大量的审议意见（包括提案国德国在内）。
　　IEC 61980-1是关于感应充电系统的项目，已于10年前中止，近来瑞士重新提起该案。关于非接触式感应充电，各国正研究各种相应技术。美国和德国正在进行其本国国内标准的研究。IEC首先确认各国系统现状，在此基础上，明确标准化对象，进而规定其基本功能、安全要求及互用性等，并按该技术路线着手审议。不过IEC也有以诱导式（磁气结合）、电界面结合式、微波式等等处于开发中且尚未实际应用的多种技术为对象进行审议的意图，这些方案至今仍处于不断摸索之中。
　　除以上项目外，2010年以后，中国、韩国、法国共计提出了7项与充电相关的新方案。因与现行标准（包含审议中的）内容重复，所以均未被采纳。对此，中国在对草案进行研究的基础上，表示重新提出方案的意向。方案将涉及组合式普通/快速充电桩的集中监视系统（含软件、硬件及通信）、车与电网间双向送电的充放电控制及通信接口。今后，我国开展新项目提案的可能性很大。另外，在电池交换系统方面，我国也在进行国内标准的完善工作，这些都有发展成国际标准草案的可能。
（三）修订项目
　　汽车用电池及其充电相关的一系列国际标准，早在10年前就已发行，从2007年前后依此开始了修订审议工作（表3）。
　　日本作为提案国负责汇总修订审议意见，在IEC 61982-1中规定了除锂以外的EV用电池（铅、镍、镉、镍氢、钠系/溶融盐电池）的性能、耐久试验方法。将第1版的3个部分进行整合，在此基础上，新增了关于HEV用镍氢电池试验方法的JARI行业标准JEVS D711，712，713，714，715，716的内容。关于HEV用电池，可以说国际标准采纳了日本的经验和观点。
　　IEC 61851-1，IEC 61851-21，IEC 61851-22，分别规定了传导充电的一般要求，车辆要求，AC充电站要求。从第1版发行，经过近10年时间，在面对技术不断进步、产品多样化、技术多元化的同时，有必要对上述各种新项目进行整合，修订审议也更需要时间。
　　IEC 61851-1的修订版（第2版）虽于2010年已发行，但有国家期望与审议中的相关标准进行整合，作进一步的补充和修正。自2012年出现了反常的情况，过早地开始修订审议第3版。预计现在审议中的相关标准（IEC 61851-22，IEC 61851-23，IEC 62196-3等）的内容也将反映在第3版中。
　　IEC 61851-21的第1版中规定了充电中对车辆的要求，在修订审议过程中，德国提出的新方案（ISO 17409）虽在内容上两者有所重复但仍被ISO所采纳。经审议调整决定：IEC 61851-21侧重规定充电时车辆的EMC要求，ISO 17409侧重规定充电时车辆安全要求，现在审议仍在进行中。另外，也有方案提出：把传导充电系统整体（车辆，AC充电站，DC充电站）的EMC要求，汇总在IEC 61851-21中，现处于研究探讨中。
　　IEC 61851-22规定了AC充电站的性能要求，但由于与IEC 61851-1第3版内容有所关联，所以正在研讨对其构成作适当更改。
　　IEC 62196-1规定了传导充电用的组合插座、车辆连接器的一般要求（额定、接续要求、标志、尺寸、安全/性能/构造要求与试验方法等）。于2011年10月发行了第2版。但为使制定中的IEC62196-3（DC 连接器）等一些相关项目内容也反映在IEC 62196-1中，所以正在研讨对IEC 62196-1进行再次补充或修订。
　　从与电池充电相关标准的修订现状来看，在技术多元化、市场变动快的时代，迫使我们不得不考虑，应如何制订国际标准，市场需求什么等一系列问题。
　　五、其他标准化动向
　　IEC、ISO等国际标准暂且不谈，即便是国家/地区水平的标准化活动也在蓬勃开展。这些标准虽说未必能晋级成国际标准，但是，建立在国内标准基础之上的国际标准案例也为数不少。
　　美国SAE下有15个技术委员会与电池标准化有关，审议与电池充电相关的各种题目，致力于完善SAE标准（见表6）。除表6之外，也开始研讨关于汽车用电池循环及二次利用的问题。
　　在欧洲，作为CEN/CENELC（欧洲标准化委员会/欧洲电工标准化委员会）今后标准化活动的指南，Focus Group on European Electro-Mobility（欧洲电动车辆工作小组）负责起草EV（电动车辆）及其相关的基础设施的标准化报告，并根据报告的内容，对欧洲市场进行电池相关的标准化问题的具体研讨。研讨涉及以下几个方面：电池二次使用时SOH（劣化状态）参数的定义、模组尺寸与通信接口、电池信息标准格式化、电池二次使用的性能试验法、电池交换站的相关要求、拆卸安装式电池的通信接口，等等。
　　中国政府以引领未来的EV市场为目标，政策上继续提供强有力的支援，计划今后5年将发行100项左右的EV相关标准。为整合分散在广大国土上的多种制品和系统，国内标准的完善已成为当务之急（表7）。
　　日本以JARI制定的行业标准JEVS（表8）为核心，完善了EV相关标准。但2007年以后，并未提出新题目，也未进行修订研讨。其理由就是为了回避与国际标准的不统一和更高效地提出国际化草案。上述国际草案都是以JEVS为基础提出的，考虑到这一点就需要不断地对国内标准进行反复研讨。
　　表8中的TG属技术指南，它是临时制定的标准。TG作为标准使用时其数据采集及验证并不充分、讨论也不成熟，但是把“标准中必要的反复数据采集及验证时有必要事先确定的项目”或“在运用既定标准时有必要事先确定的项目”作为技术性的统一指标。
　　在运用TG时充分认识其上述特点，其中的每个项目适用与否需自行判断。
　　六、结 语
　　对标准化的观点和做法各国各不相同。德国人讲，日本人一般认为若不经实际验证就不能标准化；与此相反，欧美人一般基于“应该这样”或“想这么做”，从这样的构想出发，开始立项再逐渐完善形成标准，若不成则中途废弃。
　　实际上，在许多项目中，常常切实感到因国家不同而产生对标准化的基本想法的不同。即使是某国认为国际标准化时期尚早或不必要的内容，明天也许被其他国家以新方案的形式提出。相反，某国作了充分的准备而提出的新方案，也许在其他国家看来还为时过早。多数情况下，改变他国的基本立场与观点很难，至少为了回避相互不利而需调整，且以提出多多少少可发挥作用的国际标准为目标进行反复审议。因最终由市场来选择，所以放置一定时间后，需结合市场反馈进行必要的修订。基本上在这样的反复修订中，实现制订出更有益的国际标准这一目标，为此也需要各国相互协调进行研究。现在中国正逐渐成为EV用电池及充电领域积极致力于国际标准化研究的国家之一。今后随着国际标准化研究的不断深入，为将中国的技术展现在世界面前，仍需要相关部门不断努力，不断向IEC/ISO提出新的方案。
　　本文介绍的国际标准化动向，跨越了2007年到2012上半年世界主要国家的EV用电池及充电相关的国际标准化活动，鉴于各国在该新兴领域的标准化活动迅猛发展，本文在内容上难免有失偏颇，若能在行业内起到抛砖引玉的作用，便达到了本文的最初目的，笔者将不胜荣幸。在此，同时感谢提供相关资料的业界同仁。
　　[参考文献]
　　[1]Masako TAKAHASHI International Standardization for Electric Vehicle Battery and Charging JARI Research Journal，2012-02-03.
　　[2]日本の自動車規格CD-ROM版[S].2008.

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