IEC 61851標(biāo)準(zhǔn)中的四種EV充電模式

正在制定國際標(biāo)準(zhǔn)以滿足電動(dòng)汽車市場(chǎng)的需求。電動(dòng)汽車的采用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(chǎng)的安全性、可靠性和互操作性問題。

在本文中，我們將了解國際電工委員會(huì) （IEC） 規(guī)定的不同 EV 充電模式。這些模式在處理電動(dòng)汽車傳導(dǎo)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，稱為模式 1、2、3 和 4。

IEC 制定了其他標(biāo)準(zhǔn)來處理 EV 充電技術(shù)的其他方面。例如，IEC 62196 討論了插頭、插座、車輛連接器和車輛入口，而 IEC 61980 則涉及電動(dòng)汽車無線電力傳輸 （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：

電動(dòng)汽車充電電纜的三種主要類型。圖片由薩格勒布大學(xué)提供

對(duì)于 A，電纜連接到 EV，但在充電站（也稱為 EVSE——電動(dòng)汽車供電設(shè)備）EVSE 側(cè)可拆卸。Case B 指定兩端可拆卸的電纜，Case C 是連接到 EVSE 的電纜。

EV充電模式1

在這種模式下，EV 直接連接到家用插座。該模式電流為16A，單相系統(tǒng)電壓不超過250V，三相系統(tǒng)電壓不超過480V。

連接到家用插座的電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)。圖片由薩格勒布大學(xué)提供

模式 1 是簡(jiǎn)單的充電模式，不支持 EV 和充電點(diǎn)之間的任何通信。這種充電方式在很多國家都是被禁止或限制的。

EV充電模式2

家用插座并不總是按照實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)提供電力。此外，專為家庭應(yīng)用設(shè)計(jì)的插座和插頭可能無法承受額定值的持續(xù)電流消耗。

這就是為什么將電動(dòng)汽車長時(shí)間連接到?jīng)]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，們開發(fā)了充電模式2，它使用一種配備了電纜內(nèi)控制和保護(hù)裝置（IC-CPD）的特殊類型的充電電纜。

IC-CPD 執(zhí)行所需的控制和安全功能。該模式電流為32A，電壓不超過單相250V或三相480V。模式 2 可用于家用和工業(yè)插座。

該模式的安全功能可以檢測(cè)和監(jiān)控保護(hù)接地連接。過流和過溫保護(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(cè)與 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及配套線纜如下圖所示。

充電模式 2 和相關(guān)電纜。圖片（修改后）由薩格勒布大學(xué) 和Ali Bahrami提供

雖然模式 2 可用于私人充電，但其公共用途在許多國家/地區(qū)受到限制。

EV充電模式3

此模式使用專用 EVSE 以及 EV 車載充電器。來自充電站的交流電流被施加到車載電路以對(duì)電池充電。采用多種控制和保護(hù)功能，保障公共安全。其中包括驗(yàn)證保護(hù)接地連接以及 EVSE 和 EV 之間的連接。

此外，這種模式可以將充電電流調(diào)整到電纜組件的電流能力。這種充電模式的電流為 250 A，使用 250 V 單相或 480 V 三相網(wǎng)絡(luò)。它還支持與模式 2 兼容的工作模式，在模式 2 中，單相和三相情況下的電流限制在 32 A 以下。

三種可能的連接（情況 A、情況 B 和情況 C）中的任何一種都可以在此模式下使用。 B 和 C 如下所示。

充電模式下的 B 和 C 3. 圖片由薩格勒布大學(xué)提供

讓我們看看這種模式如何定義充電站和 EV 之間的通信。模式3的控制導(dǎo)頻電路如下圖所示。

模式 3 的控制先導(dǎo)電路。圖片（修改）由Energies提供。

根據(jù)開關(guān) S1、S2 和 S3 的狀態(tài)，“先導(dǎo)觸點(diǎn)”上會(huì)出現(xiàn)不同的電壓電平。這可以用作不同充電階段的表示。EV 可以按如下方式開始充電周期：

在插入充電電纜之前，開關(guān) S2 和 S3 斷開，S1 連接到 12 V 直流電源。在這種情況下，EVSE 在引導(dǎo)觸點(diǎn)處測(cè)得的電壓為 12 V DC（EVSE 意識(shí)到 EV 尚未連接）。

充電電纜同時(shí)連接到EV和EVSE后，EV側(cè)的控制器可以打開S3，將引導(dǎo)觸點(diǎn)的電壓降低到9 V左右。這通知EVSE電纜連接到EV和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)備就緒。

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

然后，EV 打開 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。該電阻的值指定該充電區(qū)域是否需要通風(fēng)。當(dāng) R3=1.3 kΩ 時(shí)，先導(dǎo)接觸電壓約為 6 V。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 Ω，這提供了大約 3 V 的先導(dǎo)接觸電壓。

當(dāng)車輛充電或出于任何原因想要中止充電周期時(shí)，它可以關(guān)閉 S2。這會(huì)將 PWM 的正電壓電平更改為 9 V，并通知 EVSE EV 尚未準(zhǔn)備好充電。

EV充電模式4

這是一種結(jié)合了帶直流輸出的非車載充電器的充電模式。直流電流直接輸送到電池，車載充電器被旁路。此模式可提供600 V DC，電流為 400 A。此模式中涉及的高功率級(jí)別要求更別的通信和更嚴(yán)格的安全功能。

模式 4 僅允許 case C 連接，其中充電電纜連接到充電站。

C 類連接中的模式四。圖片由Ali Bahrami提供

結(jié)論

IEC 61851 標(biāo)準(zhǔn)涉及電動(dòng)汽車傳導(dǎo)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。

前三種模式為 EV 車載充電器提供交流電流；然而，模式 4 直接向電池提供直流電流并繞過車載充電器。模式 3 采用多種控制和保護(hù)功能，以公共安全為目標(biāo)。我們?cè)诒疚闹懈敿?xì)地研究了這種模式的控制導(dǎo)頻電路。