智能充电桩的研究是与电动汽车产业化同步发展的，我国与西欧、北美等发达国家基本上处于同一起跑线上。但在一些简易充电桩的建设上，北美等发达国家显然已经走在前头，譬如美国，由于政府的鼓励与法律政策的扶持，电动汽车数量相对较多，通用汽车公司生产的EVl、日本丰田公司的RAV4EV等已经在美国进入了家庭，在其大多数城市内均已建立了多个简易充电桩，包括非接触式充电桩与接线式充电桩。在我国，充电桩的研究随着电动汽车示范运行的开展也已经开始取得了一些突破性的进展。

充电桩设计规范性引用文件

下列文件中的条款通过本规范的引用而构成本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。

GB 50052-2009 供配电系统设计规范

GB 50053 10kV及以下变电所设计规范

GB 50054 低压配电设计规范

GB 12325-2008 电能质量供电电压允许偏差

GB/T 14549 电能质量公用电网谐波

GB 17625.1-2003 电磁兼容限值谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)

GB/Z 17625.6-2003 电磁兼容限值对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生谐波电流的限制

GB/T 50063-2008 电力装置的电测量仪表装置设计规范

GB 50217-2008 电力工程电缆设计规范

GB 50229-2006 火力发电厂与变电站设计防火规范

GB 50016-2006 建筑设计防火规范

GB 50058 爆炸和火灾危险环境场所电力装置设计规范

GB 50057 建筑物防雷设计规范(2000年版)

GB 50034-2004 建筑照明设计标准

GB 50156-2006 汽车加油加气站设计与施工规范

GB 50289 城市工程管线综合规划规范

GB 4208-2008 外壳防护等级(IP代码)

GB 3096-2008 声环境质量标准

DL/T 5137-2008 电测量及电能计量装置设计技术规程

DL/T 621 交流电气装置的接地

DL 5027 电力设备典型消防规程

Q/CSG 11516.1—2010 2 电监安全[2008]23号关于加强重要电力用户供电电源及自备应急电源配置监督管理的意见

Q/CSG 10001-2004 变电站安键环设施标准

Q/CSG 11516.1-2010 电动汽车充电设施通用技术要求

Q/CSG 11516.3-2010 电动汽车非车载充电机技术规范

Q/CSG 11516.4-2010 电动汽车交流充电桩技术规范

Q/CSG 11516.5-2010 电动汽车非车载充电机充电接口规范

Q/CSG 11516.7-2010 电动汽车充电站监控系统技术规范

充电桩设计原理

交流充电桩电气系统设计如图所示，主回路由输入保护断路器、交流智能电能表、交流控制接触器和充电接口连接器组成;二次回路由控制继电器、急停按钮、运行状态指示灯、充电桩智能控制器和人机交互设备(显示、输入与刷卡)组成。

充电桩设计规范及原理

主回路输入断路器具备过载、短路和漏电保护功能;交流接触器控制电源的通断;连接器提供与电动汽车连接的充电接口，具备锁紧装置和防误操作功能。

二次回路提供“启停”控制与“急停”操作;信号灯提供“待机”、“充电”与“充满”状态指示;交流智能电能表进行交流充电计量;人机交互设备则提供刷卡、充电方式设置与启停控制操作。

整体系统由四部分组成：电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统系统(BMS)、充电管理服务平台。

电动汽车充电桩的控制电路主要由嵌入式ARM处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音输出接口，实现语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择4种充电模式：包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。

电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互，为了安全起见，电量计费和金额数据实现安全加密。

电池管理系统系统(BMS)的主要功能是监控电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预测动力电池的电池容量(SOC)和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。

充电服务管理平台主要有三个功能：充电管理、充电运营、综合查询。充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩信息;充电运营主要对用户充电进行计费管理;综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。

工作原理：1、充电机没有与动力蓄电池总成建立连接时，充电机经过自检后自动初始化为常规控制充电方式(可选择手动，IC卡或充电机监控刺痛操作方式)。充电机采用手动操作时，应具有明确的操作指导信息。

2、充电机与动力蓄电池总成建立连接后，通过通信获得动力蓄电池总成ECU自动控制方式(简称自动控制充电方式)

充电桩种类

按安装方式分

可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。

按安装地点分

按照安装地点，可分为公共充电桩和专用充电桩。 公共充电桩是建设在公共停车场(库)结合停车泊位，为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。 专用充电桩是建设单位(企业)自有停车场(库)，为单位(企业)内部人员使用的充电桩。 自用充电桩是建设在个人自有车位(库)，为私人用户提供充电的充电桩。 充电桩一般结合停车场(库)的停车位建设。安装在户外的充电桩防护等级不应低于IP54。安装在户内的充电桩防护等级不应低于IP32。

按充电接口数分

可分为一桩一充和一桩多充。

按充电方式分

充电桩(栓)可分为直流充电桩(栓)，交流充电桩(栓)和交直流一体充电桩(栓)。

充电桩技术实现

电动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置，其充电性能关系到电池组的使用寿命、充电时间。这也是消费者在购买电动汽车之前最为关心的一个方面之一。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给是电动汽车充电器设计的基本原则，另外，还要考虑充电器对各种动力电池的适用性。

快速充电器的控制系统组成：

快速充电器的控制系统

采用了智能化的变脉冲充电方式，即采用充电电流脉冲，包括充电脉冲T1间歇脉冲T2以及放电脉冲T3。

地面充电站中充电器的方案

地面充电站中充电器的方案，该充电器由一个能将输人的交流电转换为直流电的整流器和一个能调节直流电功率的地面充电站中充电器的方案功率转换器组成，通过把带电线的插头插入电动汽车上配套的插座中，直流电能就输入蓄电池对其充电。充电器设置了一个锁止杠杆以利于插入和取出插头，同时杠杆还能提供一个确定已经锁紧的信号以确保安全。根据充电器和车上电池管理系统相互之间的通讯，功率转换器能在线调节直流充电功率，而且充电器能显示充电电压、充电电流、充电量和充电费用。这只是充电桩的基本原理，许多细节问题都应在实际应用中不断改进，已得到最便捷的使用方案。

建设要求

作为电网配用电侧的电动汽车充电桩(栓)，其结构的特殊性决定了自动化通信系统的特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。并且随着城市的发展，网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构，因此，电动汽车充电桩(栓)通信方式的选择应考虑如下问题：

(1) 通信的可靠性——通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪音干扰的考验，并保持通信的畅通。

(2) 建设费用——在满足可靠性的前提下，综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。

(3) 双向通信——不仅能实现信息量的上传，还要实现控制量的下达。

(4) 多业务的数据传输速率——随着以后终端业务量的不断增长，主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。

(5) 通信的灵活性和可扩展性——由于充电桩(栓)具有控制点面多、面广和分散的特点，要求采用标准的通信协议，随着“ALL IP”网络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长，需要考虑基于IP的业务承载，同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。

充电桩技术要求

交流式

交流充电桩(栓)技术要求

1、环境条件要求

① 工作环境温度：-20℃～+50℃;

② 相对湿度：5%～95%;

③海拔高度：≤1000m;

④ 安装地点：户外;

⑤ 抗震能力：地面水平加速度 0.3g;

地面垂直加速度 0.15g;

设备应能承受同时作用持续三个正弦波，并且安全系数应大于1.67;

2、结构要求

① 交流充电桩(栓)壳体应坚固;

② 结构上须防止手轻易触及露电部分;

③交流充电桩(栓)应选用厚度1.0以上钢组合结构，表面采用浸塑处理，并充分考虑散热的要求。充电桩(栓)应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能;

④ 充电桩(栓)应有足够的支撑强度，应提供必要设施，以保证能够正确起吊、运输、存放和安装设备，且应提供地脚螺栓孔;

⑤ 桩(栓)体底部应固定安装在高于地面不小于200mm的基座上。基座面积不应大于500mm×500mm;

⑥ 桩(栓)体外壳应采用抗冲击力强、防盗性能好、抗老化的材质;

⑦ 非绝缘材料外壳应可靠接地;

3、电源要求

① 输入电压：单相220V;

② 输出功率：单相220V/5KW;

③ 频率：50Hz±2Hz;

④ 允许电压波动范围为：单相220V±15%;

4、电气要求

① 插头与插座正确连接确认成功后，带负载可分合电路方可闭合，实现对插座的供电;

② 漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧;

③ 低压配电设备及线路的保护应满足《低压配电设计规范》(GB/50053)中的相关规定;

④ 对IT系统配电线路，当第一次接地故障时，应由绝缘监察装置发出音响或灯光信号，当发生第二次异相接地故障时应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路;

⑤ 照明配电系统中，照明和插座回路不宜由同一回路供电。插座回路的电源侧应设置剩余 电流动作保护装置，其额定动作电流为30mA;

6、安全防护功能

① 交流充电桩(栓)应具备急停开关，可通过手动或远方通信的方式紧急停止充电;

② 交流充电桩(栓)应具备输出侧的漏电保护功能;

③ 交流充电桩(栓)应具备输出侧过流和短路保护功能;

④ 交流充电桩(栓)应具有阻燃功能;

7、IP防护等级

交流充电桩(栓)应遵守IP54(在室外)，并配置必要的防雨、防晒装置;

8、三防(防潮湿，防霉变，防盐雾) 保护

充电机内印刷线路板、 接插件等电路应进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理，其中防盐雾腐蚀能力满足 GB/T 4797.6-1995《电工电子产品自然环境条件 尘、沙、盐雾》中表9的要求，使充电机能在室外潮湿、含盐雾的环境下正常运行;

9、防锈(防氧化)保护

充电桩(栓)铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理;

10、防风保护

安装在平台上的充电机以及暴露在外的部件应能承受 GB/T 4797.5-9《电工电子产品自然环境条件降水和风》中表 9 规定的不同地区、不同高度处相对风速的侵袭;

11、防盗保护

电桩(栓)外壳门应装防盗锁，固定交流充电桩(栓)的螺栓必须在打开外壳门后方能安装或拆卸;

12、温升要求

交流充电桩(栓)在额定负载长期连续运行，内部各发热元器件及各部位温升应不超过Q/GDW 3972009中表2规定;

13、平均故障间隔时间(MTBF)

MTBF应不小于8760h;

14、安装垂直倾斜度不超过5%;

15、设备安装地点不得有爆炸危险介质，周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质

直流式

a) 充电桩(栓)电源输入电压：三相四线380VAC±15%，频率50Hz±5%;

b) 充电桩(栓)应满足充电对象

c) 充电桩(栓)输出为直流电，输出电压满足充电对象的电池制式要求;

d) 最大输出电流满足充电对象的电池制式1C的充电要求，并向下兼容;

e) 充电方式分为常规和快速2种方式，常规为5小时充电方式，快速为1小时充电方式(针对不同电池类型选择);

f) 实现智能IC管理;

g) 每个充电桩(栓)自带操作器，以供用户进行充电方式选择和操作指导，并显示电动车电池状态和用户IC卡资费信息，实现无人管理;

h) 充电桩(栓)接口应符合GB/TXXXXXXXX电动汽车传导式充电接口(暂行)中直流充电接口的相关规定;

i) 充电桩(栓)通讯接口采用CAN通讯接口，通信协议按照GB/TXXXXXXXX电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议(暂行)的规定执行(充电对象为锂电池电动车);

j) 充电桩(栓)对充电过程中的非正常状态应具备相应的报警和保护功能;

k) 充电桩(栓)对电池的状态要监控，根据电池的温度，电压对充电曲线，充电电流，充电压自动调整;

l) 充电桩(栓)采用强制风冷;

m) 充电桩(栓)防护等级符合《GB 4208-1993 外壳防护等级(IP代码)》IP54要求;

一体式

概述

快速充电桩(栓)设备采用交直流一体的结构。既可实现直流充电，也可以交流充电。白天充电业务多的时候，使用直流方式进行快速充电，当夜间充电站用户少时可用交流充电进行慢充操作。

外形特点

1、人体工学设计，充分考虑中国人特点，安装后整机高度、屏幕高度、键盘高度、充电接头安放槽高度，适宜操作;

2、上出线口的形式，节省操作者一半的体力;

3、考虑人的使用习惯和耐用性，采用触摸和键盘互为备份的操控，触摸屏和键盘采用防雨、防尘的设计;

4、具备紧急停机的急停开关;具备充电接头安放槽，安放槽可防水;5米长的软电缆。

功能特点

1、提供人机交互操作;提供直流、交流充电接口;

2、具备语音提示功能;具备刷卡功能;

3、具备打印凭条的功能;

4、和BMS实时通信，获取动力电池类型、单体电压、剩余容量、温度、告警等信息;

5、向充电机发生控制指令、开关信号，控制充电机启动与停止，获取充电机状态信息;

6、具备充电接口的连接状态判断、联锁、控制导引等完善的安全保护控制逻辑;

7、具备CAN2.0B、RS485通讯接口，可以和集中监控通信，上送充电状态信息;

8、具备漏电、短路、过压、欠压、过流等保护功能，确保充电桩(栓)安全可靠运行;防护等级IP54。

充电桩应用方案

电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具，今后的普及速度会异常迅猛，未来的市场前景也是异常巨大的。在全球能源危机和环境危机严重的大背景下，我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展，充/换电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施，具有非常重要的社会效益和经济效益。一场兴建电动汽车充/换电站的运动已经在全国范围内展开。

整体系统由四部分组成：电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统(BMS)、充电管理服务平台。

电动汽车充电桩(栓)的控制电路主要由嵌入式ARM处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音输出接口，实现语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择4种充电模式：包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。

电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互，为了安全起见，电量计费和金额数据实现安全加密。

电池管理系统系统(BMS)的主要功能是监控电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预测动力电池的电池容量(SOC)和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。

充电服务管理平台主要有三个功能：充电管理、充电运营、综合查询。充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩(栓)信息;充电运营主要对用户充电进行计费管理;综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。