深入解析:解读IEC 61851-1-2017
标准概述
IEC 61851-1:2017的完整名称为《电动车辆传导充电系统 - 第1部分:一般要求》。
核心目的:该标准规定了电动汽车(EV)传导充电系统整个IEC 61851系列标准的就是的通用要求、 definitions、功能特性、电气安全、通信和控制原理。它总纲和基础,为后续各部分(如针对特定充电模式的部分)提供了框架和通用规则。
适用范围:它覆盖了将电动汽车连接到交流(AC)或直流(DC)电源的所有充电设备,包括:
电动汽车供电设备(EVSE):俗称“充电桩”或“充电站”。
电动汽车(EV):车上的充电接口和控制系统。
它们之间的连接(如电缆、插头、插座)。
核心思想:该标准的核心是确保充电过程的安全、可靠和互操作性。它定义了车辆和充电设备之间如何“对话”来控制充电。
标准的关键内容解读
1. 架构架构与关键组件定义
标准起初明确定义了系统中的各个角色,这是理解一切的基础。
电动汽车(Electric Vehicle, EV):需充电的车辆。
电动汽车供电设备(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE):为电动汽车提供电能的设备。它不仅仅是电源,更是一个智能控制和安全管理系统。它包含控制导引电路、接触器、保护装置等。
电源连接:
Case A:缆上控制与保护装置(IC-CPD)- 充电电缆是便携的,一端是插头(插到家用插座),另一端是车辆插头。电缆中间有一个盒子,集成了控制和保护功能。
Case B:便携式EVSE车辆插头。就是- 整个EVSE是便携的,一端有插头(插到电源),另一端
Case C:固定式EVSE- EVSE是固定安装的,带有 permanently attached 的充电电缆。
车辆连接器(Vehicle Connector) 和 车辆插座(Vehicle Inlet):定义了物理接口。
2. 充电模式 (Charging Modes)
这是IEC 61851系列标准最核心的分类之一,它根据功率等级、控制方式和安全措施定义了4种充电模式。
充电模式 | 功率等级/典型应用 | 关键特性 | 控制与安全 |
---|---|---|---|
模式 1 | 低功率(单相AC,16A以下) | 无特殊安全措施,直接将EV连接到标准家用插座。 | 无控制导引电路。依赖家庭安装的电路保护(断路器)。由于安全性差,在许多国家(如中国、欧洲)已被禁止或严格限制。 |
模式 2 | 中低功率(单相AC,通常≤32A) | 使用缆上控制与保护装置(IC-CPD)的便携电缆。 | IC-CPD集成了控制导引能力、剩余电流保护(RCD)和过流保护。是目前家用便携充电的主流方式。 |
模式 3 | 中高功率(单相/三相AC,可达250A) | 使用专用固定安装的EVSE(如壁挂式或立柱式充电桩)。 | 通过控制导引电路实现高级通信和安全控制。具备完善的保护功能(如连接状态确认、绝缘监测、PWM控制信号)。是公共和家用交流充电的主流模式。 |
模式 4 | 高功率(直流DC,高速充电) | 使用非车载DC充电机(直流快充桩)。 | 充电机在EVSE外部。EVSE与车辆之间通过高速数据通信(如CAN总线,基于ISO 15118)来协商充电功率、执行安全监控和支付等功能。控制导引电路仅用于初始连接确认和低压辅助电源。 |
3. 控制导引电路 (Control Pilot Circuit)
这是实现模式3和模式4安全与通信的核心技术,也是IEC 61851-1的重点。
目的:
确认连接:检测车辆是否正确连接。
监控连续性:实时监测连接电缆的完整性。
传递容量信息:通过脉冲宽度调制(PWM)信号,EVSE告知车辆其能提供的最大额定电流。
控制充电流程:协调充电启动、停止和 ventilation requirements(要是得)。
工作原理:
EVSE产生一个±12V的PWM信号(通常1kHz)并通过控制导引线发送给车辆。
车辆通过改变连接在电路上的电阻值来响应。
EVSE通过检测电压和PWM占空比的变化来解读车辆的状态和需求。
这个过程定义了多个状态(如State A, B, C, D...),分别对应“未连接”、“已连接未就绪”、“充电中”、“充电搞定/有通风要求”等。
4. 电气安全要求
标准对安全提出了全面要求,包括但不限于:
防触电保护:直接接触和间接接触防护。
接地:可靠的接地连续性要求。
过流保护:防止短路和过载。
剩余电流保护(RCD):必须使用A型或B型RCD来防止直流故障电流带来的风险。
绝缘电阻:在充电前和充电中,EVSE应能监测电网侧和车辆侧的绝缘状态。
插拔操作安全:规定插头插座必须在无负载(即电流为零)时才能插拔。控制导引电路负责确保这一点(通过先断开关闭接触器,然后才能释放插头)。
5. 通信 (Communication)
标准为更高层次的通信奠定了基础:
基本层:控制导引电路献出基础的低级通信(PWM信号)。
高级通信:标准预留了依据控制导引线上的调制信号或单独的数据线(如CAN总线)进行数字通信的接口。这部分功能由后续标准(如IEC 61851-24 和 ISO 15118)详细定义,以实现即插即充(Plug & Charge)、智能电网(V2G)等高级功能。
为什么这个标准如此重要?
安全第一:它建立了全球公认的安全屏障,防止用户在充电过程中发生触电、火灾等严重事故。
互操作性的基石:确保任何符合标准的电动汽车允许在任何符合标准的充电桩上充电,无论品牌和型号。这是推动电动汽车普及的关键。
技术发展的框架:它定义的充电模式和控制导引原理,为从基本交流充电到超高速直流充电、再到智能双向充电(V2G)的所有技巧发展提供了清晰和可扩展的路径。
法规和认证的依据:全球大多数国家和地区的电动汽车充电产品法规和认证(如CE、NRTL认证)都以其为核心依据。
2017版的主要更新(相较于旧版)
2017版替代了之前的版本,主要更新包括:
结构重组:标准结构更清晰,与IEC 61851系列其他部分的协调性更好。
扩展DC要求:更充分地融入了直流充电(模式4)的通用要求。
更新安全要求:根据最新的科技理解和安全经验,更新了电气安全条款,特别是关于保护装置(如RCD类型)的要求。
澄清测试程序:对一些要求和测试方法的描述更加精确。
总结
电动汽车传导充电领域的“宪法”。它超越了简单的电气连接规范,定义了一套完整的智能、安全控制系统。通过规定四种充电模式和控制导引电路的核心机制,它确保了充电基础设施与电动汽车之间能够安全、可靠地“握手”并协同工作,为实现全球充电互联互通和无障碍电动汽车体验奠定了最根本的技术基础。就是IEC 61851-1:2017
请注意直流快充),还需要参考IEC 61851系列的其他部分(如-21, -22, -23, -24)以及ISO 15118等数据通信标准。就是:要完全建立一个完整的充电系统(尤其