CopyRight 2009-2020 © All Rights Reserved.版权所有: 中国海关未经授权禁止复制或建立镜像
世界主要国家和地区电动汽车充电桩准入标准法规比对分析
作者:郑少锋 郑欣 张南峰 董莹
郑少锋 郑欣 张南峰 董莹
摘 要 本文以中国、欧盟和美国等国家和地区的电动汽车充电桩市场准入法规角度为切入点,围绕充电桩作为测量仪器的特殊要求,对各个主流进出口市场采用的检验、计量检定标准的具体要求进行解读,并通过彼此对应关联的情况进行差异化分析比较,梳理欧美等重点输入国家和地区的电动汽车充电桩的准入门槛,提出技术参数的合规化要点,为充电桩出口产业的技术开发兼容性提供有效指引。
关键词 国际标准法规;电动汽车充电桩;比对分析
Comparative Analysis of Access Standards and Regulations of Electric Vehicle Charging Stations in Major Countries and Regions in the World
ZHENG Shao-Feng 1,2 ZHENG Xin 3 ZHANG Nan-Feng 1 DONG Ying 1*
Abstract This paper first introduces the market access regulations of electric vehicle charging stations in China, the European Union and the United States. In light of the special requirements of charging stations as measuring instruments, it interprets the specific requirements of inspection and metrological verification standards adopted in various mainstream import and export markets. By conducting differentiated analysis and comparison, the paper sorts out the entry threshold of electric vehicle charging stations in key importing countries and regions such as the European Union and the United States, and puts forward the key points of compliance of technical parameters, so as to provide effective guidance for the compatibility of technology development in the charging station export industry.
Keywords international standards and regulations; electric vehicle charging stations; comparative analysis
基金项目:海关总署科研项目(2022HK061)
第一作者:郑少锋(1983—),男,汉族,广东饶平人,本科,高级工程师,主要从事机电、消费品检验检测工作,E-mail: sfzhengjob@163.com
通信作者:董莹(1979—),女,汉族,黑龙江黑河人,硕士,工程师,主要从事商品检验、仪器分析工作,E-mail: 44064982@qq.com
1. 黄埔海关技术中心 广州 523087
2. 广东省口岸安全智能化检测重点实验室 广州 510700
3. 海关总署国际检验检疫标准技术法规研究中心 北京 100013
1. Huangpu Customs District Technology Center, Guangzhou 523087
2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Intelligent Port Security Inspection, Guangzhou 510700
3. International Inspection and Quarantine Standards and Technical Regulations Research Center of the General Administration of Customs, Beijing 100013
近年在碳中和目标的背景下,全球范围内新能源汽车市场占比快速提升,海外充电桩市场具有巨大的发展潜力[1]。据中国汽车工业协会统计,欧美是当前充电桩在海外的主要市场。目前,中国的车桩比达6.8∶1,而欧美则在15∶1至20∶1之间。2023年2月15日,美国政府正式发布了美国电动汽车充电桩网络的最终法案,预计到2030年,美国的电动汽车将占新车数量的50%,全美将安装50万个电动汽车充电桩。
电动汽车充电设备为海关编码HS 8504下的产品,ICS编码为ICS 43.020。海关统计文件数据显示,2023年1—11月,我国该编码商品出口额约2976亿元,保持了高位运行的态势。公共充电桩集中分布在东部地区及其他发达地区,广东、上海、江苏、北京、浙江、湖北、山东、安徽、河南、福建的公共充电桩数量为全国前十,这些省市的新能源充电桩建设比例合计高达71.5%。2022年12月至2023年11月,全国月均新增公共充电桩约7.5万台。因此,研究欧美主要市场的计量准入,对于国内生产企业和出口企业的产品合规设计具有实际意义。
1 国际充电桩标准和法规要求
1.1 主要国际市场的准入标准概况
目前,国际上的充电桩连接结构标准主要包括4个,分别是中国国标(GB/T 20234系列)、美国标准CCS1(Combined Charging System/Type 1,SAE J1772:2012)、欧盟标准CCS2(Combined Charging System/Type 2,IEC 62193-2:2003)和日本标准CHAdeMO[2]。联合充电系统CCS是目前在国际上暂居主流的标准设计形式。全球交流充电桩的接口尺寸基本分为3类,分别为Type1(由美国汽车工程师协会(SAE)定义)、Type2(由德国牵头,国际电工协会(IEC)定义)和国标交流充电接口(由中国汽车标准化技术委员会(SAC/TC 114)定义)。
因充电桩具有电能计量功能,涉及用电量的计量与计费问题。充电桩出口除满足基础的电气安全和环保要求外,还需要符合当地的计量技术法规,以及相应的计量标准要求。据中国计量科学研究院统计,国际法制计量组织是协调全球法制计量规则一致性的政府间国际组织,截至2022年4月,共有63个正式成员和64个通讯成员。国际间认可的区域组织包括亚太计量规划组织、欧洲计量合作组织、美洲计量组织、欧亚计量合作组织、非洲计量组织和海湾计量联合会。国际间关于充电桩的主流的计量标准见表1。
1.2 欧洲计量器具指令
以指令、法规的形式将标准转换为强制性要求是欧盟开展技术性贸易措施的常见形式。充电桩作为带计量功能器具,出口欧盟地区需符合MID 2014/32/EU计量器具指令(Measuring Instruments Directive,MID)的要求。该指令是欧盟用来监督管理计量器具的法规,其明确了计量器具产品进入欧盟市场的方法标准、合格评估程序和执行期限等要求。充电桩电能表计量要求主要是适用MID指令的附录MI-003。电能表认证测试标准以EN 50470系列标准为支撑,适用于电能表的型式试验。
以EN 50470-3:2022标准为例,对于一般要求,如结构、电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility,EMC)、安全性、可靠性等,EN 50470-3:2022参考了EN 62052系列和EN 62059系列标准内容。具体的标准项目包括绝缘性能测试(脉冲电压、交流耐压)、精确度测试(电压电流频率变化、仪表常数、启动和潜动试验、环境温度影响)、误差影响(严酷电压变化、电压不平衡、逆相序、短时过流、自热影响、谐波影响和接地故障抗扰度)、电磁兼容EMC测试、环境测试(高低温、湿热交变、太阳辐射)、机械测试(振动、冲击、弹簧冲击、防尘防水IP等级、耐热防火等级)和电气要求(功耗、温升)等[3]。其中,安规部分的要求与中国国家标准GB/T 39752—2021《电动汽车供电设备安全要求及试验规范》更为接近。
1.3 美国计量标准
美国以联邦法规23CFR 680的形式设计了进入美国市场的充电桩产品的整体性发展规划和细节要求。通过该法规,美国联邦公路管理局(Federal Highway Administration,FHWA)为公共使用电动汽车充电桩建设项目设定最低标准和要求,对充电设施的互操作性、数据、网络连接提出了详细要求。但该法规对测量仪器仪表的计量无针对性的认证要求,仍然以美国电表测试标准ANSI C12.1-2008和ANSI C12.20-2015为主考核仪器计量指标。ANSI C12.1-2008是针对电能表整体设备性能的标准,包括机电式仪表的性能和规格以及所有美国国家标准化协会(American National Standards Institute,ANSI)仪表通用要求,包括设计验收测试程序、电涌测试、绝缘测试、环境测试和机械测试等[4]。这项标准类似于IEC 62052-11:2020通用要求和IEC 62053-11:2020机械仪表的通用与特定标准整合。
ANSI C12.20-2015 American National Standard for Electricity Meters-0.1, 0.2, and 0.5 Accuracy Classes等相关要求则对精度为0.2%和0.5%的静态仪表规定了更准确的计量性能和误差限,该标准类似于IEC 62053-22:2020静态电表0.2 S和0.5 S级。标准规定了对载荷性能、功率因素性能、电压变动性能、频率变动性能、电路均一性、内热、环境温度和电涌对计量性能的影响等要求。
1.4 中国强制检定制度要求和地区要求
对于电能检测仪表,GB/T 17215系列标准协同采用了IEC 62053的系列标准,比如GB/T 17215.322—2008等同采用了IEC 62053-22:2003的内容。但GB/T 17215系列标准并非强制性标准,在应用于具体产品时只能由计量检定机构通过计量程序引用具体指标要求,达到计量检定效果。
2020年10月,国内电动汽车充电桩被列入《实施强制管理的计量器具目录》,2023年1月1日起实行强制检定[5]。检定规程主要包括JJG 1148—2022《电动汽车交流充电桩检定规程》和JJG 1149—2022《电动汽车非车载充电机检定规程》。充电桩检定项目主要有外观和标识检查、工作误差、时钟时刻误差等[6]。充电桩的计量准确性包括工作误差、示值误差和付费金额误差等项目,具体要求如下。
1.4.1 外观和标识检查
充电桩外观检查项目包括检查基础示值、测试输出接口和通信接口的技术指标,以及防止非授权人输入数据或操作的措施等。
充电桩铭牌上应有标志,包括:名称和型号、制造厂名、产品所依据的标准、编号和制造年份、标称电压、最小电流和最大电流、常数、准确度等级和计量单位。
1.4.2 工作误差
工作误差项目主要测定被检充电桩的电能值误差,使用相对误差表示。1级充电桩工作误差应小于±1.0%;2级充电桩工作误差应小于±2.0%[7]。
1.4.3 时钟时刻误差
将充电桩与标准时钟仪同时校对指示时间,其差值即为时钟时刻误差。对具有分时计费功能的充电桩,首次检定时,充电桩的时钟示值误差应不超过5 s;后续检定时,应不超过3 min。
除了大陆的强制检定外,2022年中国台湾经济部标准检验局(Bureau of Standards, Metrology and Inspection,BSMI)发布G/TBT/N/TPKM/483号通报《电动汽车充电设备检验技术法规草案》,提出了针对性的充电设备技术法规CNMV 207—2022《电动车辆供电设备检定检查技术规范》。该技术规范中定义的电动汽车(EV)涵盖了所有道路车辆,包括插电式混合动力道路车辆。车辆由车载可再充电式储能系统提供电动汽车的全部或部分能量。该法规也适用于由现场储能系统(如暂存电池)提供电动汽车能量的供电设备。该法规草案包含结构、精确性测试、重复性测试以及时间精度的检验。
1.5 其他主要国家和地区的要求
根据广东省应对技术性贸易壁垒信息平台统计检索,全球只有28个国家、地区具有强制的计量法律法规。世贸组织成员通过世贸组织端口正式发布的计量类技术性贸易措施通报有358项,无针对充电桩的法规通报,但有24项为计量电能表通报。其中,韩国G/TBT/N/KOR/932号通报整体上是直接引用IEC 62053系列标准,转换为KS C IEC 62053-11(2018);黑山共和国参考欧盟EN 61557系列标准制定了MEST EN 61557系列标准;墨西哥针对电力设备引用IEC 62054-21时间开关的特殊要求;阿曼、秘鲁、莫桑比克、阿根廷和坦桑尼亚新通报引用IEC 62053-22:2020等标准;澳大利亚同样是制定了AS 62053.21:2018,对原IEC标准的大部分内容进行了转换采用(包括等同采用IDT,非等效采用NEQ等),以上标准均没有对充电桩的特殊参数规定要求。其他国家、地区尚无强制性计量准入要求,但对于电表结构安全、可靠性等制定了相关的技术法规或标准,例如沙特阿拉伯的SASO IEC 61851系列标准要求、新加坡的TR25认证以及日本充电桩效率标准JIS D 1304:2004等。
2 差异化比对分析
2.1 总体测试项目差异
目前充电桩国际主流目标市场的计量标准基本是在IEC 62053系列等标准的基础上进行转化采用。根据国家和地区实际情况,标准项目要求在充电桩的设备具体应用上有所差异,基本项目情况及其参照关系描述见表2。
2.2 欧盟的综合性指标要求
相比IEC 62052系列标准,欧盟标准EN 50470的型式试验包含对计量器具的完整测试内容,除了常规的绝缘性能和精确度要求,更对电磁兼容、机械影响和电气性能提出了相应的测试要求,出口企业需要完整了解相关的测试标准要求和合规性认证条件。但EN 50470计量检定的核心基本等同采用EN 62052系列与IEC 62052系列标准内容,精确度和校验指标也是大同小异。
另外,EN 50470标准对于计量产品标识提出了完整要求,现场计量时也需要重点关注电流范围、电压标识等参数。其中,电流测量范围包括最小电流(Imin)、参考电流(Iref)、额定电流(In)和最大电流(Imax)等概念。参考电压则包括两种:一种是元件数量(如果多于一个),以及电压电路仪表端子处的电压;另一种是系统的额定电压或仪表拟连接的互感器的二次电压。欧盟参考电压标识要求见表3。另外,制造商应在铭牌或使用说明中声明仪器的上下限温度、冷凝湿度、安装位置等对于实际计量有校正的因素。
2.3 美国低电压网络的特定要求
美国的电能表计量标准ANSI C12系列涵盖了电计量设备和电表的通信协议。ANSI C12.1-2008适用范围更为宽泛,如对便携式仪表也是适用的。同时,标准对测试过程更加注重细节要求,例如测试项目“高压浪涌的影响”允许完成环波测试和组合波测试后进行一次精度性能检查;测试项目“相对湿度的影响”指定轻载和类放大器之间的测试电流等。
另外,ANSI C12系列标准存在一些针对美国电气装备结构差异的特殊要求,如ANSI C12.10规定了仪表的外形、接线端尺寸和叶片的电源连接的特殊要求。因为与IEC仪表不同,传统ANSI仪表多为圆形,且尾部会装有叶片以插进插座。
2.4 中国计量检定强制程序要求
在中国,根据《中华人民共和国计量法》的规定,国家实行法定计量单位制度,强制检定是指对社会公用计量标准器具,部门和企业、事业单位使用的最高计量标准器具,以及用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测4个方面的列入强制检定目录的工作计量器具。根据JJG 1148—2020规程要求,充电桩检定包括首次检定、后续检定和使用中检查的模式。这些计量器具控制程序是欧盟、美国等国家和地区的标准所不具备的要求,欧美等需要通过技术法规等手段推进实现标准的强制性应用。目前,国内只明确对交流充电桩提出了特定的参数指标。由于需要将直流电能量值向电压、电流、频率量值体系溯源,直流电能的计算算法和纹波系数对直流充电桩检定准确性都存在影响[8],直流充电桩暂时缺少针对性的强制性检定要求。
与国际通用标准IEC 62053相比,中国台湾地区充电桩计量标准CNMV 207-2020存在两方面明显的差异。一是额定电流值误差限。法规中定义“额定电流(Rated current,In):能符合本技术规范准确度要求的各个充电枪的最大输出电流”,这与一般的额定电流定义(是指在额定电压下,按照额定功率运行时的电流)存在差异。另外,对于计量电流点,BSMI提到特定的计量点,如0.85 In设定值的检定公差。标准中直流充电设备的误差限要求见表4和表5。
表4 IEC标准直流电能表误差限
Table 4 Limit of error for DC energy meters in IEC standards
电流值 | 可接受的电能表误差限级别 | |
0.5 | 1 | |
Imin≤I≤In | ±1.0 | ±1.5 |
0.1 Imin≤I≤Imax | ±0.5 | ±1.0 |
表5 CNMV 207-2022中规定的直流电动车辆供电设备
检定公差
Table 5 Verification tolerances for DC electric vehicle power supply equipment specified in CNMV 207-2022
电动车辆供电设备输出电流 | 检定公差 (%) |
0.85 In | ±1 |
0.1 In | ±1 |
二是温度偏差。考虑到中国台湾地区可能受到热带气候影响,户外用充电装置受环境温度影响导致计量结果会产生偏差。但标准中未对检定时环境温度提出要求,而仅引用国际标准IEC 62053-21和IEC 62053-41:2020给予检定允许的容量偏差[9],因此该标准在对产品的具体检定过程中有一定的局限性。
3 结论
整体而言,国际上的充电桩计量检定标准以IEC 62053系列标准为基础,结合各个国家和地区的实际法规要求进行转换采用,欧盟除了基础的准确度要求外还引入了安全、稳定性和电磁兼容等测试评定要求;中国则从标准体系区分检验检测与计量检定的领域概念,充电桩的检定侧重仪表误差要求,不包含安规和性能方面要求[10];美国则由联邦公路管理局负责充电桩的安装、运行和维护,尚未针对性地采用充电桩计量检定法规,整体依据传统的电能表等测量仪器的计量要求进行评定;其他地区更多地是逐步跟进引用IEC 62053-21(交流电能表)和IEC 62053-41(直流电能表)制定发布本国(地区)计量标准。
由于各地的要求差异化,企业出口充电桩时需要关注输入地法律法规的最新要求、相应的标准和计量参数指标,确保出口产品符合进口国要求。
参考文献
[1]徐祥. 我国电动汽车充电桩的发展现状和问题[J]. 汽车周刊, 2023(7): 246-248.
[2]徐达成, 谢鑫, 朱涵, 等. 各国电动汽车交流充电桩应用标准解读及技术发展趋势[J]. 汽车与新动力, 2023(2): 5-10.
[3] EN 50470-3:2022 Electricity metering equipment-Part 3: Particular requirements-Static meters for AC active energy (class indexes A, B and C)[DB/OL]. https://www.cssn.net.cn/cssn/productDetail/8515aedc3538ae47f7e3f6bda0da0e42, 2022-06-03.
[4] ANSI C12.1-2014 American National Standard for Electric Meters Code for Electricity Metering[DB/OL]. https://www.cssn.net.cn/cssn/productDetail/8bd73c4a1a216dd5286e2a3efeeca5e6, 2014-08-14.
[5]李建勤. 电动汽车充电桩计量检定及监管探索[J]. 中国科技期刊数据库 工业A, 2023(4): 5-7.
[6]张洪宝, 彭潞, 许鹏飞, 等. 电动汽车充电桩计量检定的研究[J]. 计量与测试技术, 2019(3): 29-31.
[7] JJG 1148—2022 电动汽车交流充电桩 (试行)[S]. 北京: 中国计量出版社, 2022.
[8]张相杰, 吕岩, 王洪岩. 电动汽车充电桩电能计量中的问题分析[J]. 内燃机与配件, 2021(22): 184-185.
[9] IEC 62053-21:2020 Electricity metering equipment-Particular requirements-Part 21: Static meters for AC active energy (classes 0,5, 1 and 2)[DB/OL]. https://webstore.iec.ch/publication/28660, 2020-06-17.
[10]陈永强, 吕国伟, 邱巧丹. 对在役电动汽车充电桩计量检定现状的一些建议[J]. 日用电器, 2019(9): 14-19.
表1 国际间主流的计量标准
Table 1 International mainstream measurement standards
计量标准内容 | 国际电工委员会标准 | 欧洲标准 | 美国 | 中国 |
一般要求 | IEC 62052-11:2020 | EN 50470-1:2006 | ANSI C12.32-2021 | JJG 842—2017 |
静态有功电能表 | IEC 62053-41:2021 | EN 50470-3:2022 |
表2 国际间主流的计量标准项目参照表
Table 2 Reference table for international mainstream metrological standard items
检测项目 | 国际电工委员会IEC 62053系列 | 欧盟EN 50470系列 | 美国ANSI C12系列 | 中国JJG 1148—2020 |
机械条件 | √ | √ | NEQ | NEQ |
气候条件 | √ | √ | NEQ | NEQ |
电气要求 (功率消耗等) | √ | √ | NEQ | NEQ |
准确度 (电流改变量引起的误差极限等) | √ | √ | NEQ | NEQ |
电磁兼容EMC | √ | √ | NEQ | × |
环境测试 (高低温、湿热交变、太阳辐射) | √ | √ | NEQ | × |
标识要求 | × | √ | × | √ |
付费金额误差 | × | × | × | √ |
时钟示值误差 | × | × | × | √ |
计量器具控制程序 | × | × | × | √ |
注: √表示“包含”项目; ×表示“不包含”项目; NEQ表示“非等效采用”项目.
表3 欧盟参考电压标识要求
Table 3 EU reference voltage identification requirements
电能表 | 电压电路端子上的电压 (V) | 额定电压 (V) |
单相2线表230 V | 230 | 230 |
三相3线两元表 (极间230 V) | 2×230 | 3×230 |
三相4线3元表 (极对中性点230 V) | 3×230/400 | 3×230/400 |
多个参考电压的三相4线3元表 | 3×230/400 | 3×230/400 |