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电动汽车安全和充电标准
2023-06-17 417

  汽车行业是世界上最具创新性的领域之一,不断推动可能性、成本效益、安全、可扩展、有吸引力和可靠性的界限。随着汽车行业的不断发展,自动驾驶、智能PCM/ECM/ECU、高度智能电池系统和智能充电电网等新技术每年都在不断涌现和发展。


汽车电连接器标准

  汽车连接器的范围可以从低压通信线对板互连到能够在倾盆大雨中安全传导数百伏特的高压电动汽车充电连接器。根据车辆的地理位置,以及所使用的技术及其在汽车中的位置,通常需要遵守不同的标准。

例如,驻留在车辆驾驶室内的低压信号连接器可能不需要与位于发动机舱内的信号连接器相同的防水等级(IP 等级)。

常见的汽车连接器标准在全球范围内各不相同,因为没有统一的全球汽车标准化组织,但最常引用的汽车标准制定组织是:

  • • ISO - 国际标准化组织

  • • IEC - 国际电工委员会

  • • SAE - 汽车工程师协会

  • • GB - 国标标准 (中华人民共和国)

这些组织在几乎所有汽车电气类别(如安全、安保、互连、通信、充电拓扑等)中提供监管和标准制定工作。


对电动汽车充电和安全标准的需求

    随着传统和新进入者对电动汽车使用各种技术方法,建立标准以确保电动汽车技术的可靠性至关重要。汽车电子设备和充电基础设施的故障可能会对乘员和其他参与救援队的人员造成致命后果。需要确保电池、控制器、插头连接器、开关和电线的安全运行和可靠性,以确保安心并避免事故。为各种电动汽车组件技术建立基准并为供应商提供认证流程的监管框架将提高消费者的信心、安全性和供应商合规性。建立全球标准和认证的主要好处包括:

  • • 人员、产品和充电基础设施的安全

  • • 互操作性,以便可以利用通用基础架构

  • • 降低成本,确保大规模生产和EV技术的可及性

  • • 支持电动汽车革命的新技术的采用增加

国际电工委员会(IEC)和国际标准化组织(ISO)在全球层面发布了若干标准,并以超国家和国家版本进行了转换。本文的后续部分描述了标准和这些标准最适用的领域。


主要国际电动汽车安全和充电标准概述

    目前,没有单一的全球电动汽车标准。许多主要的电动汽车生产中心——包括日本、欧洲、北美和中国——都在各个领域推广不同的想法。尽管监管认证通常遵循技术创新,但它们是进入电动汽车市场的重要仪式。通过规定安全和环境合规性的基本准则,监管标准会影响技术的发展。对于电动汽车技术,四个主要领域构成了监管和标准制定工作的大部分:

  • • 安全和安保

  • • 充电连接器

  • • 充电拓扑

  • • 电动汽车充电相关通信


电动汽车安全和安保标准

    电动汽车需要严格的安全测试。传统车辆所需的相同安全标准也适用于电动汽车。安全标准涵盖了与信息管理、隐私、安装、乘员伤害预防和电击绝缘相关的广泛具体细节。电动汽车的安全问题主要由国际标准ISO 6469涵盖。本标准由三部分组成:

  • • 车载电能存储,即电池

  • • 功能安全意味着防止故障

  • • 保护人员免受电气危害

  • 下表描述了ISO 6469之外的安全和安保标准。

 标准名称

 描述

国际标准化组织/国际电工委员会 27000

提供有关信息安全管理的最佳实践建议,包括隐私、机密性和 IT/技术/网络安全问题

IEC   60364-7-722

低压电气装置-第7-722部分:特殊装置或位置的要求-电动汽车用品

SAE   J1766

确保乘员和电池系统之间有足够的屏障,以防止电池系统内的潜在有害因素和材料在碰撞过程中伤害车辆乘员

ISO   17409 认证

电动汽车与外部电路的导电连接的安全要求

IEC   61140

防触电保护。安装和设备的常见方面

IEC   62040

不间断电源系统 (UPS)

IEC   60529

外壳提供的防护等级(IP 代码)


电动汽车充电连接器

    EV 充电连接器或插头类型标准因地理位置和型号而异。虽然对通用插头技术没有达成共识,但北美和欧洲有大量全球汽车制造商支持组合充电系统(CCS)。日本汽车制造商使用CHArge de MOve(CHAdeMO),而中国 - 世界上最大的电动汽车市场使用GB / T。所有标准都旨在定义通用的电动汽车导电充电系统架构,包括操作要求以及车辆入口和配接连接器的功能和尺寸要求。

在北美,SAE J1772(IEC 62196 Type 1),也称为J插头,是电动汽车电连接器的标准。由 SAE 国际维护,正式名称为“SAE 地面车辆推荐实践 J1772,SAE 电动汽车导电电荷耦合器”,它涵盖了电动汽车导电充电系统和耦合器的一般物理、电气、通信协议和性能要求。


充电站和电动汽车通信

    如今,很少有充电站(家庭和公共充电站)支持智能电网,甚至更少的汽车允许V2G(车辆到电网)连接。然而,电动汽车普及率的提高可能会增加对充电基础设施通用标准以及充电站、配电网络和电动汽车本身之间互操作性的需求。互操作性不仅是保护充电基础设施供应商锁定的关键,也是允许电动汽车与各种充电基础设施和计量进行经济高效的连接的关键。

ISO15118 – 电动汽车和充电站之间双向数字通信的国际标准 – 定义了用于电动汽车双向充电/放电的 V2G 通信接口。ISO15118 是“即插即充”功能的关键推动因素,允许电动汽车驾驶员将充电器插头插入汽车,充电,并在准备好时开车离开。此过程由车辆中的数字证书启用,允许其与充电点管理系统 (CPMS) 通信。这实现了无缝的端到端充电过程,包括自动身份验证和计费,并避免了使用 RFID 卡、应用程序或记忆 PIN 的需要。

以下是电动汽车通信的通用标准列表:

 标准名称

 描述

国际标准化组织/国际电工委员会 15118

电动汽车双向充放电通信接口

SAE   J2847

插电式车辆与非车载直流充电器之间的通信

IEC   61851-24

电动汽车传导充电系统-第24部分:用于控制直流充电的直流电动汽车充电站和电动汽车之间的
  数字通信

SAE   J2931

电动汽车供电设备 (EVSE) 与公用事业、ESI、高级计量基础设施 (AMI) 和/或家庭局域网 (HAN)   之间的数字通信的安全要求

IEC   61850

用于电力公司自动化的通信网络和系统 - 所有部件












电动汽车充电标准

 IEC 61851标准与电动汽车导电充电系统有关。该标准描述了四种充电模式。前三种模式为电动汽车车载充电器提供交流电流;但是,模式 4 将直流电流直接输送到电池并绕过板载充电器。模式3采用多种控制和保护功能,以公共安全为目标。


 电动汽车充电

描述

模式 1

在典型的家用墙上插座(1 相或 3 相)上使用交流充电,电流高达 16A。在这种模式下,能源/电网
  和车辆之间没有通信。接地故障灭弧室 (GFI)/剩余电流检测器   (RCD) 应安装在基础设施侧

模式 2

与模式 1 一样,具有更高的电流以及集成到电缆内控制和保护设备 (IC-CPD)   中的控制和保护设备。IC-CPD 可在发生隔离故障时防止电气危险

模式 3

交流充电通过连接到固定充电器(或壁挂盒)的专用充电插座进行。充电通过充电单元和车辆之间的通信进行控制

模式 4

使用高功率充电时,直流充电很有用。在IEC模式4中,有一个带有固定充电电缆和专用直流充电插头的专用壁盒


电动汽车标准和法规的未来

    随着世界努力应对气候变化和环境可持续性,电动汽车的扩散将广泛存在。成本降低、技术进步和多个供应商都在推动电动汽车技术的巨大创新。全球电动汽车标准可以进一步加快电动汽车技术的采用,并提高电动汽车的安全合规性。与传统汽车一样,安全性和可靠性是全球使用的各种标准的关键推动力。车辆和充电基础设施的安全和安保、连接器、充电拓扑和电动汽车通信是当今标准涵盖的主要领域。尽管不同的标准盛行,但各个地区都有临界质量推动全球和谐采用电动汽车标准。