電動(dòng)汽車充電槍的質(zhì)量和可靠性至關(guān)重要
更新時(shí)間：2021-11-04
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電動(dòng)汽車充電槍的質(zhì)量和可靠性至關(guān)重要
前言：電力基礎(chǔ)設(shè)施建立越來(lái)越好，隨著現(xiàn)代電網(wǎng)為世界各地的家庭和企業(yè)提供安全可靠的能源。然而，隨著消費(fèi)者轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車（EVs），他們正在從電網(wǎng)獲得新等級(jí)的電力來(lái)充電。
在電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的交叉口，連接新世界和舊世界的是電動(dòng)汽車充電槍：電子控制盒、汽車耦合器連接器、電纜和墻插頭，一起使電動(dòng)汽車充電發(fā)生。這些設(shè)備不僅需要很堅(jiān)固可靠；它還需要設(shè)計(jì)以防止與從未考慮電動(dòng)汽車的電氣基礎(chǔ)設(shè)施接口時(shí)可能發(fā)生的任何潛在危險(xiǎn)。
高質(zhì)量的電動(dòng)汽車充電器提供*的熱管理、電纜魯棒性、跌落保護(hù)和環(huán)境保護(hù)。它們保護(hù)消費(fèi)者的家庭免受損害，它們抵御天氣，比低等級(jí)充電器充電時(shí)間更長(zhǎng)。由于電動(dòng)汽車消費(fèi)者要求為汽油動(dòng)力汽車加油的速度和便利性，這個(gè)等式的一個(gè)關(guān)鍵部分將是電網(wǎng)的最后幾米：一個(gè)能夠承受各種條件和承受電力負(fù)荷的電動(dòng)汽車充電槍。
每輛電池電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車都需要充電，電動(dòng)汽車的市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。事實(shí)上，波士頓咨詢集團(tuán)預(yù)測(cè)，到2026年，電動(dòng)汽車將占全球所有輕型汽車銷量的一半以上。隨著電動(dòng)汽車變得越來(lái)越普遍，消費(fèi)者將要求可靠的充電。這意味著家用電動(dòng)汽車充電器必須足夠堅(jiān)固和安全，才能在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)每天給車輛充電。
創(chuàng)建一個(gè)可靠的充電槍涉及電氣和機(jī)械的考慮。
在電氣方面，充電器的電子控制盒可以安全地觀察并為車輛供電，確保消費(fèi)者能夠按預(yù)期進(jìn)行充電。電子產(chǎn)品必須在其設(shè)計(jì)中冗置冗余特性，這樣組件故障就不會(huì)導(dǎo)致安全問(wèn)題。熱管理對(duì)于防止經(jīng)濟(jì)過(guò)熱都是至關(guān)重要的，連接到電網(wǎng)和電動(dòng)汽車充電槍本身內(nèi)部，并優(yōu)化充電周期。
在機(jī)械方面，多年的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，消費(fèi)者使用現(xiàn)存的一系列挑戰(zhàn)。隨著時(shí)間的推移，消費(fèi)者不僅會(huì)反復(fù)使用電動(dòng)汽車充電槍，還會(huì)纏繞電纜，覆蓋它們，把它們暴露在雨中。割草機(jī)偶爾會(huì)碾壓它們，狗可能會(huì)咬它們。
設(shè)計(jì)必須考慮到充電槍的每個(gè)部分的這些機(jī)械挑戰(zhàn)。它們應(yīng)包括堅(jiān)固的電纜結(jié)構(gòu)，將應(yīng)力降低器與適當(dāng)?shù)膽?yīng)變緩解耦合，以防止銅線斷裂和電纜絕緣斷裂。如果有一個(gè)可切割的控制箱(ICCB)，它必須自動(dòng)分級(jí)并適當(dāng)密封，以保護(hù)其免受天氣而耦合器——消費(fèi)者處理最多的部分，因?yàn)樗麄儾迦胨麄兊能囕v——必須能夠承受插入時(shí)的反復(fù)下降和錯(cuò)位。
向市場(chǎng)提供電動(dòng)汽車充電器至少需要證明它們符合安全標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)際UL制定的安全標(biāo)準(zhǔn)電工委員會(huì)(IEC)和護(hù)理質(zhì)量委員會(huì)。有人可能會(huì)認(rèn)為，遵守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)是如此足以解決可靠性問(wèn)題，但大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只確保充電器在測(cè)試條件下安全使用。他們不能確保充電器將隨著時(shí)間的推移繼續(xù)最佳和可靠地運(yùn)行。
因此，設(shè)計(jì)的要求通常超過(guò)了安全標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)是支持現(xiàn)場(chǎng)可靠性的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。
圖1:電動(dòng)汽車充電器的基本特征
復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品
電動(dòng)汽車在世界各地越來(lái)越受歡迎，電動(dòng)汽車對(duì)不同地區(qū)和用例的發(fā)展也不同。這就造成了高度的復(fù)雜性和很多零件數(shù)-適用于全球OEM。但電動(dòng)汽車供應(yīng)設(shè)備(EVSE)有三個(gè)通用的描述符，其中包括電動(dòng)汽車充電器：模式、水平和類型。
模式
模式（見(jiàn)圖2）反映了EVSE連接到電網(wǎng)的方式。
模式1 插入家用交流插座，但在大多數(shù)地區(qū)通常是不允許的，因?yàn)槟Ｊ?沒(méi)有特殊的安全電子設(shè)備。
模式2 還插入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的家用交流插座，并在其ICCB中包括這些安全功能。
模式3 插入墻盒或充電站進(jìn)行交流充電。它不包括一個(gè)ICCB。在歐洲，消費(fèi)者經(jīng)常需要帶上自己的3型電纜來(lái)使用自己的公共交流充電站。
模式4 預(yù)留于充電站高速直流充電
等級(jí)
等級(jí)表示車輛輸送多少電力。汽車工程師協(xié)會(huì)在J1772標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了以下等級(jí)：
1級(jí)被限制在120V和1.8kW，并提供基本的充電。
2級(jí)定義為208V至240V和高達(dá)80A，最大輸出值為19.2kW。隨著OEM隨著電池尺寸的增加，它們也在增加這個(gè)波段內(nèi)的功率水平。如今，典型的bev可以通過(guò)機(jī)載充電器獲得11kW的交流電源。安裝三相電源的家庭可以達(dá)到11A電流的11kW，而單相電源需要提供約48A。
直流一級(jí)和2級(jí)提供快速充電，僅在商業(yè)車站提供。直流二級(jí)，通常被簡(jiǎn)單地稱為“三級(jí)"，可以提供高達(dá)1000VDC，預(yù)計(jì)在未來(lái)將達(dá)到500A，輸出功率超過(guò)350kW。這個(gè)速率可以在20分鐘內(nèi)充電大約典型電動(dòng)汽車電池的80%。
類型
類型是指車輛接口。不幸的是，標(biāo)準(zhǔn)組織并沒(méi)有支持全球標(biāo)準(zhǔn)。因此，全球有三個(gè)*的交流充電接口（見(jiàn)圖3）：
北美和韓國(guó)使用J17721型交流，CCS1型直流。
歐洲采用IEC2型用于交流，CCS2型用于直流。
日本使用J17721型進(jìn)行交流，而DC則使用CHAdeMO。
中國(guó)采用GB/T接口和*的直流接口。
此外，新興的充電標(biāo)準(zhǔn)可能在中國(guó)和日本都會(huì)被采用。
高級(jí)電動(dòng)汽車充電槍的元件
高質(zhì)量的電動(dòng)汽車充電槍可以確保消費(fèi)者體驗(yàn)到高度的可靠性、韌性和安全性，并按預(yù)期的方式為車輛提供充電前面討論過(guò)的電氣和機(jī)械方面的考慮。以下是以下重要要素：
電氣：軟件或硬件中的冗余功能可以防止單點(diǎn)故障造成不安全的情況。此外，充電器應(yīng)該有一些功能，如果有系統(tǒng)問(wèn)題，允許電源流到車輛，也許以一個(gè)降低的速率，所以至少可以實(shí)現(xiàn)一些充電。雖然目前的標(biāo)準(zhǔn)不需要接觸顯示器、網(wǎng)格線顯示器等，但*的電動(dòng)汽車充電器將包括那些幫助確保安全的充電。
熱管理：*的充電器可以處理更高的功率率，減少充電所需的時(shí)間。它們可以在很大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)完成，通常是-40?C到50?C（-40?華氏度到122?華氏度）。在世界上的一些地區(qū)，如中東，evse可能必須在一個(gè)如果環(huán)境溫度為50?C，則工作溫度為70?C。設(shè)計(jì)必須考慮這些可能性，在溫度下提供全功率，并對(duì)任何溫度問(wèn)題作出反應(yīng)，以保護(hù)系統(tǒng)。
自我監(jiān)控：網(wǎng)線熱監(jiān)測(cè)測(cè)量插頭處的溫度，以確保裝置沒(méi)有過(guò)熱，在裝置插入插座損壞的情況下提供保護(hù)。同時(shí)，ICCB應(yīng)該監(jiān)測(cè)自己的溫度，以在條件下保護(hù)電子設(shè)備。此外，繼電器觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)于檢測(cè)焊接或開(kāi)路觸點(diǎn)很重要。
應(yīng)變和彎曲緩解：這有助于防止消費(fèi)者濫用和正常磨損，可能導(dǎo)致絕緣夾克破裂，電纜線斷裂和內(nèi)部短路。從壓力到故障的評(píng)估測(cè)試是開(kāi)發(fā)一種能夠承受濫用的電纜的關(guān)鍵工具。消費(fèi)者可能會(huì)將電纜纏繞在ICCB上，例如，緊緊地彎曲電纜。幫助抵消這種消費(fèi)者使用和確保電纜的可靠性，應(yīng)變緩解限制擠壓區(qū)域是至關(guān)重要的。
跌落保護(hù)：電動(dòng)汽車充電器將會(huì)跌落，在充電器的使用周期內(nèi)，這些跌落可能會(huì)造成損壞。開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)使用先進(jìn)的電子設(shè)備隔離來(lái)限制這種損害。電動(dòng)汽車充電器的ICCB和電子設(shè)備應(yīng)該能夠承受至少1米高度的100米和50米的跌落耦合器應(yīng)能夠承受來(lái)自相同高度的250次跌落。
密封外殼：這有助于保護(hù)充電器及其ICCB免受元件，特別是水。這種保護(hù)是對(duì)于戶外使用的設(shè)備很重要，充電器可能會(huì)被雨、雨夾雪和雪損壞。
充電能力：電池越大，充電需要的時(shí)間就越長(zhǎng)。更快的充電需要在車輛的內(nèi)部線路和充電器中提供更大的容量。今天的低成本充電器只能處理1.4kW至3.6kW。下一代電動(dòng)汽車充電器可達(dá)11kW，可以在家里快速充電。
超出標(biāo)準(zhǔn)
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為電動(dòng)汽車充電器商業(yè)化的基本要求起著重要作用。但符合標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上只是入學(xué)價(jià)格，一些標(biāo)準(zhǔn)低達(dá)到汽車OEM 所需的可靠性能所需的標(biāo)準(zhǔn)。
例如，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可能不需要對(duì)網(wǎng)格線進(jìn)行熱監(jiān)測(cè)。房子里的電源插座可能在幾十年前就安裝了，沒(méi)有人想到房主有一天會(huì)每天晚上運(yùn)行12A超過(guò)10個(gè)小時(shí)給電動(dòng)汽車充電。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)臒岜O(jiān)測(cè)，房子里的電氣基礎(chǔ)設(shè)施退化可能會(huì)導(dǎo)致熔毀。將熱監(jiān)測(cè)集成到系統(tǒng)中，可以保護(hù)消費(fèi)者的插座和充電器。
類似地，基本標(biāo)準(zhǔn)要求電動(dòng)汽車充電器可以承受反復(fù)跌落，如果沒(méi)有產(chǎn)生不安全的情況，如暴露高壓電線，充電器可以通過(guò)跌落測(cè)試。不過(guò)，充電器是否仍然運(yùn)行可靠還不被考慮。
高級(jí)電子電動(dòng)汽車充電器遵循的不是對(duì)消費(fèi)電子部件的要求，而是符合汽車電子委員會(huì)資格(AEC-Q)的要求。符合aec-q標(biāo)準(zhǔn)的組件具有更嚴(yán)格的公差、測(cè)試和質(zhì)量要求，因此隨著時(shí)間的推移會(huì)更可靠。
隨著社會(huì)擁抱電氣化移動(dòng)性，消費(fèi)者正在尋求相關(guān)技術(shù)在所有情況下都運(yùn)行良好的保證。他們將期望電動(dòng)汽車達(dá)到與或相同的性能水平比他們?cè)谄蛣?dòng)力汽車上所依賴的更好，他們還將尋找與加油體驗(yàn)提供的同樣安全和便利性的充電體驗(yàn)。
一個(gè)堅(jiān)固的充電器是這種保證的關(guān)鍵因素。電動(dòng)汽車充電器必須安全工作，而且它必須在不利條件下工作良好，需要長(zhǎng)時(shí)間和速度。
下面是目前都應(yīng)該滿足的基本標(biāo)準(zhǔn)：
歐洲的IEC62752
UL2594
GB/T20334
防水電纜和連接器的額定值為IP67
AEC-Q200無(wú)源電子元件抗應(yīng)力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)電氣元件外殼標(biāo)準(zhǔn)
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