本期标准浅析由TÜV南德工业自动化经理宋磊先生精心编撰。他在测试和认证领域有15年经验,擅长IEC、欧盟标准。宋磊,TÜV南德意志集团工业产品部区域经理,专注于工业产品服务,涵盖工业机器、变流器及电动汽车充电设施的测试与认证。他在测试和认证领域深耕15年,精通IEC、欧盟及其他地区标准与指令。同时,作为IECEE ETF14(EMobility)专家组成员,他拥有与全球制造商合作项目的丰富经验,涵盖测试、咨询及各类研讨会和培训课程的举办。
► 欧盟法律框架与标准导向
在欧盟的法律体系下,电动汽车充电系统主要受到新方法指令(New Approach Directive)的规范。特别需要注意的是,通信协议标准并未被纳入新方法指令的范畴,且目前尚无统一的欧洲协调标准。根据新方法指令,所有在欧盟市场销售的商品都必须标有CE标识,且制造商有责任确保其产品符合官方公报中颁布的相应协调标准。对于电动汽车充电系统而言,主要的适用指令包括低电压指令(LVD 2014/35/EU)、电磁兼容指令(EMC 2014/30/EU),以及可能涉及的无线设备指令(RED 2014/53/EU),特别是当系统采用无线(射频)通信时。
► 主要电动汽车充电标准概览
表1列出了欧洲采用的主要电动汽车充电标准。需注意,由于欧洲标准常与IEC标准保持等效,因此在此仅展示IEC标准。IEC 61851-1作为通用要求,是交流充电桩必须遵守的唯一安全标准。值得注意的是,在旧版本中,IEC 61851-22曾作为交流充电桩的特定安全要求,但新版本已取消该标准。
对于直流充电桩,IEC 61851-23规定了额外的安全要求,确保其不仅符合IEC 61851-1的通用标准,还满足特定的安全性能。此外,该标准还包含了一些性能指标,如输出精度、控制时延和阶跃响应等。IEC 61851-24则整合了欧洲、美国、日本和中国的现行高级通信(数字通信)协议标准,为电动汽车充电提供了统一的通信协议。然而,在实际应用中,仍需参照各国具体的通信协议标准。
► 高级通信标准的发展
2012年,鉴于ISO 15118标准难以面世,德国率先依据其草稿版制定了DIN SPEC 70121:2012,并随后发布了最新版本DIN SPEC 70121:2014。而ISO 15118则在2013年推出了首个版本,并逐步发展成为一个系列标准。值得注意的是,DIN SPEC 70121与ISO 15118系列标准源自同一理念,但各自独立演进。这两套标准均针对电动汽车电池管理系统与充电设备间的PLC通信,内容相似但存在差异,特别是在通信分层模型、测试要求和用例上有所不同。
ISO 15118系列标准由CharIN负责起草,其适用范围更广,不仅适用于直流充电,也适用于交流充电。该标准层次分明、内容完整,有望成为电动汽车电池管理系统与充电设备间PLC通信的主导标准。接下来,ISO 15118-2:2014标准将升级为ISO/DIS 15118-20,标志着第二代网络和应用协议的诞生。
► 充电接口差异与标准化
欧洲采用IEC 62196-2和IEC 62196-3标准来规定其充电接口。具体来说,交流充电接口遵循IEC 62196-2的type 2规范,而直流充电接口,即CCS2系统,则符合IEC 62196-3中的Configuration FF。其设计如下所述。图2展示了欧洲使用的CCS2系统(包含connector和inlet)与美国使用的CCS1系统(同样包含connector和inlet)的差异。
显然,这两种系统的设计在外观上有所不同。在CCS2系统中,只有inlet是交流与直流合用的(即“Combined”设计),而在CCS1系统中,connector和inlet均采用了这种合用设计(即“combined”)。
► 新标准的开发与发展
随着电动汽车的普及,充电标准也成为了全球关注的焦点。目前,欧洲正在开发一种新的电动汽车充电标准,以适应日益增长的充电需求和不断变化的市场环境。这一新标准将进一步推动欧洲电动汽车市场的繁荣和可持续发展。正在制定中的传导式高功率充电(High Power Charing, HPC)标准,即IEC TS 62196-3-1,预计将在2020年正式发布。
► 标准体系完整性与前瞻性
欧洲强调标准体系的完整性和多样性,以支持产业的创新并保持市场多变性。欧洲不仅是电动汽车技术的发源地之一,其在充电标准方面也扮演着举足轻重的角色。相较于中国在市场容量和补贴政策上的领先地位,欧洲在产业发展上则更胜一筹。这得益于其前瞻性的标准制定策略,以及对标准体系完整性和自洽性的高度重视。
► 安全与电磁兼容
欧洲电动汽车充电标准以IEC的多个基础标准为基石,包括EC 60364系列,涉及低压电气安装原理;IEC 60664-1,专注于低压系统绝缘配合;以及IEC 60990,详细阐述了接触电流和保护线电流的测量方法。
► 通信协议与技术路线
在欧洲,采用PLC与CAN通信技术各有千秋。DIN SPEC 70121被广泛采纳为通信协议标准,而ISO 15118系列标准也在并行发展。尽管如此,这两种通信方式适用于不同的应用场景。
► 制定与执行过程
欧洲标准的制定过程由行业协会或企业联盟主导,并由专业工作组负责起草。在制定时,会充分考虑基础一致性与技术前瞻性。欧洲测试机构在执行过程中,特别强调原理和结构的要求。
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