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电动汽车充电枪的质量和可靠性至关重要

点击次数:1009  更新时间:2021-11-04


电动汽车充电枪的质量和可靠性至关重要

前言:电力基础设施建立越来越好,随着现代电网为世界各地的家庭和企业提供安全可靠的能源。然而,随着消费者转向电动汽车(EVs),他们正在从电网获得新等级的电力来充电。

 

在电动汽车和电网的交叉口,连接新世界和旧世界的是电动汽车充电枪:电子控制盒、汽车耦合器连接器、电缆和墙插头,一起使电动汽车充电发生。这些设备不仅需要很坚固可靠;它还需要设计以防止与从未考虑电动汽车的电气基础设施接口时可能发生的任何潜在危险。

 

高质量的电动汽车充电器提供优越的热管理、电缆鲁棒性、跌落保护和环境保护。它们保护消费者的家庭免受损害,它们抵御天气,比低等级充电器充电时间更长。由于电动汽车消费者要求为汽油动力汽车加油的速度和便利性,这个等式的一个关键部分将是电网的最后几米:一个能够承受各种条件和承受电力负荷的电动汽车充电枪。


为什么可靠性是非常关键的


每辆电池电动汽车和插电式混合动力汽车都需要充电,电动汽车的市场正在快速增长。事实上,波士顿咨询集团预测,到2026年,电动汽车将占全球所有轻型汽车销量的一半以上。随着电动汽车变得越来越普遍,消费者将要求可靠的充电。这意味着家用电动汽车充电器必须足够坚固和安全,才能在很长时间内每天给车辆充电。 

创建一个可靠的充电枪涉及电气和机械的考虑。

在电气方面,充电器的电子控制盒可以安全地观察并为车辆供电,确保消费者能够按预期进行充电。电子产品必须在其设计中冗置冗余特性,这样组件故障就不会导致安全问题。热管理对于防止经济过热都是至关重要的,连接到电网和电动汽车充电枪本身内部,并优化充电周期。

在机械方面,多年的现场经验告诉我们,消费者使用现存的一系列挑战。随着时间的推移,消费者不仅会反复使用电动汽车充电枪,还会缠绕电缆,覆盖它们,把它们暴露在雨中。割草机偶尔会碾压它们,狗可能会咬它们。

设计必须考虑到充电枪的每个部分的这些机械挑战。它们应包括坚固的电缆结构,将应力降低器与适当的应变缓解耦合,以防止铜线断裂和电缆绝缘断裂。如果有一个可切割的控制箱(ICCB),它必须自动分级并适当密封,以保护其免受天气而耦合器——消费者处理最多的部分,因为他们插入他们的车辆——必须能够承受插入时的反复下降和错位。

 

向市场提供电动汽车充电器至少需要证明它们符合安全标准,如国际UL制定的安全标准电工委员会(IEC)和护理质量委员会。有人可能会认为,遵守行业标准将会是如此足以解决可靠性问题,但大多数标准只确保充电器在测试条件下安全使用。他们不能确保充电器将随着时间的推移继续最佳和可靠地运行。

因此,设计的要求通常超过了安全标准,重点是支持现场可靠性的设计和验证。

 

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  • 图1:电动汽车充电器的基本特征



复杂的现场产品

电动汽车在世界各地越来越受欢迎,电动汽车对不同地区和用例的发展也不同。这就造成了高度的复杂性和很多零件数-适用于全球OEM。但电动汽车供应设备(EVSE)有三个通用的描述符,其中包括电动汽车充电器:模式、水平和类型

 

模式

模式(见图2)反映了EVSE连接到电网的方式。

 

模式1  插入家用交流插座,但在大多数地区通常是不允许的,因为模式1没有特殊的安全电子设备。


模式2  还插入一个标准的家用交流插座,并在其ICCB中包括这些安全功能。


模式3  插入墙盒或充电站进行交流充电。它不包括一个ICCB。在欧洲,消费者经常需要带上自己的3型电缆来使用自己的公共交流充电站。


模式4  预留于充电站高速直流充电


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等级

等级表示车辆输送多少电力。汽车工程师协会在J1772标准中规定了以下等级:

 

1级被限制在120V1.8kW,并提供基本的充电。


2级定义为208V240V和高达80A,最大输出值为19.2kW。随着OEM随着电池尺寸的增加,它们也在增加这个波段内的功率水平。如今,典型的bev可以通过机载充电器获得11kW的交流电源。安装三相电源的家庭可以达到11A电流的11kW,而单相电源需要提供约48A


直流一级和2级提供快速充电,仅在商业车站提供。直流二级,通常被简单地称为“三级",可以提供高达1000VDC,预计在未来将达到500A,输出功率超过350kW。这个速率可以在20分钟内充电大约典型电动汽车电池的80%


类型

类型是指车辆接口。不幸的是,标准组织并没有支持全球标准。因此,全球有三个*的交流充电接口(见图3):

 

北美和韩国使用J17721型交流,CCS1型直流。


欧洲采用IEC2型用于交流,CCS2型用于直流。


日本使用J17721型进行交流,而DC则使用CHAdeMO


中国采用GB/T接口和*的直流接口。


 此外,新兴的充电标准可能在中国和日本都会被采用。


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高级电动汽车充电枪的元件

高质量的电动汽车充电枪可以确保消费者体验到高度的可靠性、韧性和安全性,并按预期的方式为车辆提供充电前面讨论过的电气和机械方面的考虑。以下是以下重要要素:

 

电气:软件或硬件中的冗余功能可以防止单点故障造成不安全的情况。此外,充电器应该有一些功能,如果有系统问题,允许电源流到车辆,也许以一个降低的速率,所以至少可以实现一些充电。虽然目前的标准不需要接触显示器、网格线显示器等,但优越的电动汽车充电器将包括那些帮助确保安全的充电。


热管理:优越的充电器可以处理更高的功率率,减少充电所需的时间。它们可以在很大的环境温度范围内完成,通常是-40˚C到50˚C(-40˚华氏度到122˚华氏度)。在世界上的一些地区,如中东,evse可能必须在一个如果环境温度为50˚C,则工作温度为70˚C。设计必须考虑这些可能性,在温度下提供全功率,并对任何温度问题作出反应,以保护系统。


自我监控:网线热监测测量插头处的温度,以确保装置没有过热,在装置插入插座损坏的情况下提供保护。同时,ICCB应该监测自己的温度,以在条件下保护电子设备。此外,继电器触点监测对于检测焊接或开路触点很重要。


应变和弯曲缓解:这有助于防止消费者滥用和正常磨损,可能导致绝缘夹克破裂,电缆线断裂和内部短路。从压力到故障的评估测试是开发一种能够承受滥用的电缆的关键工具。消费者可能会将电缆缠绕在ICCB上,例如,紧紧地弯曲电缆。帮助抵消这种消费者使用和确保电缆的可靠性,应变缓解限制挤压区域是至关重要的。


跌落保护:电动汽车充电器将会跌落,在充电器的使用周期内,这些跌落可能会造成损坏。开发人员可以通过使用先进的电子设备隔离来限制这种损害。电动汽车充电器的ICCB和电子设备应该能够承受至少1米高度的100米和50米的跌落耦合器应能够承受来自相同高度的250次跌落。


密封外壳:这有助于保护充电器及其ICCB免受元件,特别是水。这种保护是对于户外使用的设备很重要,充电器可能会被雨、雨夹雪和雪损坏。


充电能力:电池越大,充电需要的时间就越长。更快的充电需要在车辆的内部线路和充电器中提供更大的容量。今天的低成本充电器只能处理1.4kW3.6kW。下一代电动汽车充电器可达11kW,可以在家里快速充电。



 超出标准

 行业标准作为电动汽车充电器商业化的基本要求起着重要作用。但符合标准实际上只是入学价格,一些标准低达到汽车OEM 所需的可靠性能所需的标准。

 

例如,一个标准可能不需要对网格线进行热监测。房子里的电源插座可能在几十年前就安装了,没有人想到房主有一天会每天晚上运行12A超过10个小时给电动汽车充电。如果没有适当的热监测,房子里的电气基础设施退化可能会导致熔毁。将热监测集成到系统中,可以保护消费者的插座和充电器。

 

类似地,基本标准要求电动汽车充电器可以承受反复跌落,如果没有产生不安全的情况,如暴露高压电线,充电器可以通过跌落测试。不过,充电器是否仍然运行可靠还不被考虑。

 

高级电子电动汽车充电器遵循的不是对消费电子部件的要求,而是符合汽车电子委员会资格(AEC-Q)的要求。符合aec-q标准的组件具有更严格的公差、测试和质量要求,因此随着时间的推移会更可靠。

 


一个完整的解决方案的一部分

随着社会拥抱电气化移动性,消费者正在寻求相关技术在所有情况下都运行良好的保证。他们将期望电动汽车达到与或相同的性能水平比他们在汽油动力汽车上所依赖的更好,他们还将寻找与加油体验提供的同样安全和便利性的充电体验。

 

一个坚固的充电器是这种保证的关键因素。电动汽车充电器必须安全工作,而且它必须在不利条件下工作良好,需要长时间和速度。


 

相关标准和评级

下面是目前都应该满足的基本标准:

 

欧洲的IEC62752


UL2594


GB/T20334


防水电缆和连接器的额定值为IP67


 AEC-Q200无源电子元件抗应力评定标准


 国家电气制造商协会电气元件外壳标准

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