Четыре режима зарядки электромобилей в стандарте IEC 61851

В этой статье мы рассмотрим различные режимы зарядки электромобилей, определенные Международной электротехнической комиссией (IEC).

Международные стандарты разрабатываются для удовлетворения потребностей рынка электромобилей. Глобальное распространение электромобилей зависит от хорошо установленных международных стандартов, которые могут решать проблемы безопасности, надежности и функциональной совместимости на рынке электромобилей.

В этой статье мы рассмотрим различные режимы зарядки электромобилей, определенные Международной электротехнической комиссией (МЭК). Эти режимы указаны в стандарте IEC 61851, который касается систем проводящей зарядки электромобилей. Стандарт описывает четыре различных режима зарядки, которые называются режимом 1, 2, 3 и 4.

IEC разработала другие стандарты, которые касаются других аспектов технологий зарядки электромобилей. Например, в стандарте IEC 62196 обсуждаются вилки, розетки, автомобильные соединители и входные отверстия для транспортных средств, а в стандарте IEC 61980 рассматриваются системы беспроводной передачи энергии (WPT) для электромобилей.

Различные типы кабельных соединений

Стандарт IEC 61851-1 описывает три различных типа соединений, как показано на следующем рисунке:

Три основных типа кабелей для зарядки электромобилей. Изображение любезно предоставлено Загребским университетом

В случае A кабель постоянно подключен к электромобилю, но его можно отсоединить на зарядной станции (также называемой EVSE - оборудование питания электромобиля) на стороне EVSE. Вариант B определяет кабель, который можно отсоединить с обоих концов, а вариант C - кабель, постоянно подключенный к EVSE.

Режим зарядки электромобиля 1

В этом режиме электромобиль напрямую подключается к бытовой розетке. Максимальный ток этого режима составляет 16 А, а его напряжение не должно превышать 250 В для однофазной сети и 480 В для трехфазной сети.

Базовая структура подключения электромобиля к бытовой розетке. Изображение любезно предоставлено Загребским университетом

Режим 1 - это самый простой из возможных режимов зарядки, который не поддерживает связь между электромобилем и точкой зарядки. Этот режим зарядки запрещен или ограничен во многих странах.

Режим зарядки электромобиля 2

Бытовые розетки не всегда обеспечивают электроэнергию в соответствии с действующими стандартами. Кроме того, розетки и вилки, предназначенные для бытового использования, могут не выдерживать постоянного тока при максимальном номинальном значении.

Вот почему подключение электромобиля к розетке на длительное время без функций управления и безопасности может увеличить риск поражения электрическим током. Для решения этой проблемы специалисты разработали режим зарядки 2, в котором используется специальный тип зарядного кабеля, оснащенный встроенным в кабель устройством управления и защиты (IC-CPD).

IC-CPD выполняет необходимые функции управления и безопасности. Максимальный ток этого режима составляет 32 А, а его максимальное напряжение не должно превышать 250 В однофазного или 480 В трехфазного. Mode 2 можно использовать как с бытовыми, так и с промышленными розетками.

Функции безопасности этого режима могут обнаруживать и контролировать соединение защитного заземления. Защита от перегрузки по току и от перегрева - это две другие функции безопасности, которые поддерживает режим 2. Кроме того, EVSE может выполнять функциональное переключение, поскольку он обнаруживает подключение к EV и анализирует его потребляемую мощность зарядки.

Режим зарядки 2 и соответствующий кабель показаны на следующем рисунке.

Режим зарядки 2 и соответствующий кабель. Изображение (изменено) любезно предоставлено Загребским университетом и Али Бахрами

Хотя режим 2 может использоваться для частной зарядки, его публичное использование ограничено во многих странах.

Режим зарядки электромобиля 3

В этом режиме используется специальный EVSE вместе с бортовым зарядным устройством EV. Переменный ток от зарядной станции подается на бортовую схему для зарядки аккумулятора. Для обеспечения общественной безопасности используются несколько функций контроля и защиты. Сюда входит проверка соединения защитного заземления и соединения между EVSE и EV.

Кроме того, в этом режиме можно регулировать зарядный ток в соответствии с максимальной токовой нагрузкой кабельной сборки. Максимальный ток в этом режиме зарядки составляет 250 А для однофазной сети 250 В или трехфазной сети 480 В. Он также поддерживает рабочий режим, совместимый с режимом 2, где максимальный ток ограничен до менее 32 А как для однофазного, так и для трехфазного случая.

В этом режиме можно использовать любое из трех возможных подключений (вариант A, вариант B и вариант C). Варианты B и C показаны ниже.

Варианты B и Варианты C в режиме зарядки 3. Изображение любезно предоставлено Загребским университетом

Давайте посмотрим, как этот режим определяет связь между зарядной станцией и электромобилем. Схема управляющего пилот-сигнала режима 3 показана на следующем рисунке.

Управляющая пилотная схема режима 3. Изображение (измененное) любезно предоставлено Energies.

В зависимости от состояния переключателей S1, S2 и S3 на «пилотном контакте» появятся разные уровни напряжения. Это может использоваться как представление различных этапов зарядки. Электромобиль может начать цикл зарядки следующим образом:

Перед подключением зарядного кабеля переключатели S2 и S3 выключены, а S1 подключен к источнику питания 12 В постоянного тока. В этом случае напряжение, которое EVSE измеряет на управляющем контакте, составляет 12 В постоянного тока (EVSE понимает, что EV еще не подключен).

После того, как зарядный кабель подключен как к электромобилю, так и к EVSE, контроллер на стороне электромобиля может включить S3, чтобы снизить напряжение на управляющем контакте примерно до 9 В. Это информирует EVSE о том, что кабель подключен к обоим электромобилям. и EVSE. Более того, сигнал постоянного тока 9 В на контакте пилот-сигнала сообщает электромобилю, что EVSE еще не готов.

Когда EVSE готов заряжать электромобиль, он подключает S1 к генератору. Сигнал PWM на контакте пилота сообщает электромобилю, что EVSE готово.

Затем электромобиль включает S2, чтобы создать напряжение около 6 В на управляющем контакте, чтобы указать, что он также готов. Напряжение, которое создается на этом этапе, зависит от номинала резистора R3. Величина этого резистора указывает, требуется ли вентиляция в этой зоне зарядки или нет. При R3 =1,3 кОм контактное напряжение пилота составляет около 6 В. Это соответствует зонам зарядки, где вентиляция не требуется. Для областей, которые нуждаются в вентиляции, используется R3 =270 Ом, что дает контактное напряжение пилота около 3 В.

Когда автомобиль заряжен или хочет прервать цикл зарядки по какой-либо причине, он может выключить S2. Это изменяет положительный уровень напряжения ШИМ на 9 В и сообщает EVSE, что электромобиль больше не готов заряжаться.

Режим зарядки электромобиля 4

Это единственный режим зарядки, в котором используется внешнее зарядное устройство с выходом постоянного тока. Постоянный ток подается непосредственно на аккумулятор, а встроенное зарядное устройство обходится. Этот режим может обеспечивать 600 В постоянного тока с максимальным током 400 А. Высокий уровень мощности, задействованный в этом режиме, требует более высокого уровня связи и более строгих функций безопасности.

Режим 4 допускает подключение только к корпусу C, когда зарядный кабель постоянно подключен к зарядной станции.

Четвертый режим в соединении класса C. Изображение предоставлено Али Бахрами

Заключение

Стандарт IEC 61851 касается проводящих систем зарядки электромобилей. Стандарт описывает четыре различных режима зарядки - режимы 1–4.

Первые три режима обеспечивают подачу переменного тока на бортовое зарядное устройство электромобиля; однако в режиме 4 постоянный ток подается непосредственно на аккумулятор в обход встроенного зарядного устройства. В режиме 3 задействовано несколько функций управления и защиты с целью общественной безопасности. Мы рассмотрели схему управляющего пилот-сигнала этого режима более подробно в этой статье.