IEC 61980不同EV充電模式介紹

正在開發(fā)國際標(biāo)準(zhǔn)來滿足電動(dòng)汽車市場的需求。全球電動(dòng)汽車的普及取決于完善的國際標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)可以解決電動(dòng)汽車市場的安全性，可靠性和互操作性問題。

在本文中，我們將研究國際電工委員會(huì)（IEC）指定的不同EV充電模式。這些模式在涉及電動(dòng)車輛導(dǎo)電充電系統(tǒng)的IEC 61851標(biāo)準(zhǔn)中指定。該標(biāo)準(zhǔn)描述了四種不同的充電模式，分別稱為模式1、2、3和4。

IEC已經(jīng)制定了其他有關(guān)EV充電技術(shù)其他方面的標(biāo)準(zhǔn)。例如，IEC 62196討論了插頭，插座，車輛連接器和車輛入口，而IEC 61980討論了電動(dòng)汽車無線功率傳輸（WPT）系統(tǒng)。

不同類型的電纜連接

IEC 61851-1描述了三種不同類型的連接，如下圖所示：

EV充電電纜的三種主要類型。

對(duì)于情況A，電纜永久連接到EV，但在EVSE充電站（也稱為EVSE-電動(dòng)汽車供電設(shè)備）上是可拆卸的。情況B指定了兩端可拆卸的電纜，情況C是永久連接到EVSE的電纜。

EV充電模式1

在此模式下，EV直接連接到家用插座。該模式的最大電流為16 A，對(duì)于單相系統(tǒng)，其電壓不應(yīng)超過250 V；對(duì)于三相網(wǎng)絡(luò)，其電壓不應(yīng)超過480V。

EV連接到家用插座的基本結(jié)構(gòu)。

模式1是最簡單的充電模式，并且不支持EV和充電點(diǎn)之間的任何通信。在許多國家/地區(qū)禁止或限制這種充電方式。

EV充電模式2

家用插座并不總是根據(jù)實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)提供電源。此外，專為家庭應(yīng)用而設(shè)計(jì)的插座和插頭可能無法承受最大額定值下的連續(xù)電流消耗。

這就是為什么將EV長時(shí)間連接至沒有控制和安全功能的插座會(huì)增加觸電的風(fēng)險(xiǎn)。為了解決這個(gè)問題，專家們開發(fā)了充電模式2，該充電模式使用一種特殊的充電電纜，該電纜配備了電纜內(nèi)的控制和保護(hù)裝置（IC-CPD）。

IC-CPD執(zhí)行所需的控制和安全功能。該模式的最大電流為32 A，其最大電壓不應(yīng)超過250 V單相或480 V三相。模式2可與家用和工業(yè)插座一起使用。

該模式的安全功能可以檢測和監(jiān)視保護(hù)接地。過電流和過熱保護(hù)是模式2支持的另外兩個(gè)安全功能。此外，EVSE可以在檢測到EV的連接并分析其充電功率需求時(shí)執(zhí)行功能切換。

充電模式2和相關(guān)的電纜如下圖所示。

充電模式2和關(guān)聯(lián)的電纜

雖然模式2可以用于私人收費(fèi)，但在許多國家/地區(qū)，其公共使用受到限制。

EV充電模式3

該模式利用專用的EVSE以及EV車載充電器。來自充電站的交流電被施加到車載電路以對(duì)電池充電。采用了幾種控制和保護(hù)功能來保證公共安全。其中包括驗(yàn)證保護(hù)性接地連接以及EVSE與EV之間的連接。

此外，此模式可以將充電電流調(diào)整為電纜組件的最大電流容量。對(duì)于250 V 1相或480 V 3相網(wǎng)絡(luò)，此充電模式的最大電流為250A。它還支持與模式2兼容的工作模式，其中在1相和3相情況下，最大電流均限制為小于32A。

在此模式下，可以使用三個(gè)可能的連接（情況A，情況B和情況C）中的任何一個(gè)。情況B和情況C如下所示。

充電模式下的情況B和情況C 3。

讓我們看看該模式如何定義充電站與EV之間的通信。下圖顯示了模式3的控制先導(dǎo)電路。

模式3的控制先導(dǎo)電路

根據(jù)開關(guān)S1，S2和S3的狀態(tài)，不同的電壓電平將出現(xiàn)在“先導(dǎo)觸點(diǎn)”上。這可以用作不同充電階段的表示。EV可以開始如下充電循環(huán)：

在插入充電電纜之前，請(qǐng)關(guān)閉開關(guān)S2和S3，并將S1連接到12 V DC電源。在這種情況下，EVSE在先導(dǎo)觸點(diǎn)處測量的電壓為12 V DC（EVSE意識(shí)到尚未連接EV）。

將充電電纜同時(shí)連接到EV和EVSE之后，EV側(cè)的控制器可以打開S3，以將控制觸點(diǎn)的電壓降低到大約9V。這通知EVSE，電纜已同時(shí)連接到EV和EVSE。此外，先導(dǎo)觸點(diǎn)上的DC 9 V信號(hào)告訴EV EVSE尚未準(zhǔn)備好。

EVSE準(zhǔn)備好為EV充電時(shí)，它將S1連接到振蕩器。先導(dǎo)觸點(diǎn)上的PWM信號(hào)告訴EV EVSE已準(zhǔn)備就緒。

然后，EV接通S2以在先導(dǎo)觸點(diǎn)處產(chǎn)生大約6 V的電壓，以指示它也已準(zhǔn)備就緒。在此階段產(chǎn)生的電壓取決于R3電阻器的值。該電阻器的值指定該充電區(qū)域是否需要通風(fēng)。在R3 = 1.3kΩ時(shí)，先導(dǎo)觸點(diǎn)電壓約為6V。這對(duì)應(yīng)于不需要通風(fēng)的充電區(qū)域。對(duì)于需要通風(fēng)的區(qū)域，使用R3 = 270 ,，這將提供約3 V的引導(dǎo)接觸電壓。

當(dāng)車輛充電或出于任何原因要中止充電周期時(shí)，可以關(guān)閉S2。這樣會(huì)將PWM的正電壓電平更改為9 V，并通知EVSE EV不再準(zhǔn)備充電。

EV充電模式4

這是唯一將非車載充電器與DC輸出結(jié)合在一起的充電模式。直流電流直接傳送到電池，并且旁路車載充電器。這種模式可提供600 V DC 400 A的最大電流。此模式涉及的高功率級(jí)別要求更高級(jí)別的通信和更嚴(yán)格的安全功能。

模式4僅允許情況C連接，其中充電電纜永久連接到充電站。

C類連接中的模式四

結(jié)論

IEC 61851標(biāo)準(zhǔn)涉及電動(dòng)汽車的導(dǎo)電充電系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)描述了四種不同的充電模式-模式1-4。

前三種模式將交流電流傳送到EV車載充電器；但是，模式4將直流電流直接提供給電池，并旁路了車載充電器。模式3以公共安全為目標(biāo)，采用了幾種控制和保護(hù)功能。我們?cè)诒疚闹懈敿?xì)地研究了這種模式的控制先導(dǎo)電路。