无线供电技术对PHEV更重要,无线充电现状解读

2019-09-20 作者:澳门威尼斯人彩票国际平台   |   浏览(166)

在电动车辆研讨会“EVS24”(2009年5月13~16日,挪威Stavangar Forum)上,多个团体相继就插电式混合动力车用充电系统,以及车载锂离子充电电池的标准化发表了演讲。PHEV方面,国际电工标准委员会、国际标准化组织以及美国机动工程师协会(Society of Automotive Engineers,SAE)分别介绍了各自在标准化方面所做出的努力,这些标准化规格包括用于连接PHEV与充电设施的通信技术及系统等。这些团体的标准化活动分别由德国企业、法国企业及美国企业主导实施。

丰田:无线供电技术对PHEV更重要

2013-06-13 14:40出处:日经技术在线 [原创]责编:周冬乐 丰田及日本汽车研究所在汽车技术会议“2013年春季大会”上就汽车无线供电技术的动向分别发表了演讲。致力于插电式混合动力车开发的丰田认为,“与纯电动汽车相比,无线供电技术对PHEV更为重要”,并表示将在各国大力开展标准化活动。 丰田技术统括部主管川久保淳史表示,向该公司的PHEV用户询问对充电操作的评价时,近一半的人表示“有不满的地方”。在作出这种回答的人当中,对充电线缆不满的人占了绝大部分,他们觉得充电线过重,用起来不方便。 川久保认为,PHEV用户对充电操作不满的比例“高于EV用户”。原因是,PHEV不充电也能加油行驶,与必须充电的EV用户相比,PHEV用户往往觉得充电操作十分麻烦。这样便会产生“觉得充电麻烦时可以加油,利用汽油行驶”的想法。 若不充电而使用汽油驱动PHEV行驶,其燃效高、CO2排放量小的优势就会大幅减弱。所以,丰田认为,消除用户对充电线不满的无线供电技术对PHEV更为重要。 要使无线供电技术实用化,国际标准化非常重要。公共基础设施设置供电设备的情况居多,这时必须采用标准技术,这样才能够用一个供电设备为多家厂商的车辆供电。 JARI是日本的汽车无线供电技术国际标准化窗口。在JARI的“电池充电标准化工作组”担任主管的三木隆彦在会上表示,将在确定世界标准规格时,避免重蹈4种标准规格同时存在的快速充电技术的“覆辙”。打算吸取一味将日本规格作为世界标准的教训,从最初就开始与各国协商并提出日本的意见。 目前主要由“IEC 61980”与美国的“SAE J2954”推进标准化工作。两个团体的“协调非常重要”。计划2014~2015年前后大体制定出标准规格。 不过,这些团体推进的工作主要是供电装置的标准化。基本上没有针对车辆配备的装置进行标准化。JARI目前正建议ISO成立新工作组,配合IEC推进的标准化,于2015年前后确定并公开规格。

无线充电技术日趋成熟,商业运营也开始兴起。关于无线充电标准的制定进展,受到业内各方重点关注。4月17日,第一电动网在北京举办无线充电技术专场沙龙上,中兴新能源汽车有限公司标准化知识产权总监刘俊强介绍了国内外无线充电标准情况,中国已经在近期开展无线充电推荐性标准的研究。但关于电磁暴露的标准问题,国标8702与国际要求相差较远,对国内发展无线充电产生了巨大约束。

PHEV的标准化

无线充电从技术来说就是三种传输的方式,磁场、电场还有电磁波,都是通过磁场耦合实现电能非接触传输和供给。磁场和电场都是借用了近场的能量传输方式,电磁波是用远场技术,可以实现非常远距离的电能传输。磁场传输时目前研究和应用最多的,特别是在汽车领域。

IEC和ISO为实现PHEV与充电设施的连接而开展的标准化活动,是由旨在统一两团体意见的“IEC/ISO JWG V2G(joint working group vehicle to grid)”组织实施的。德国知名能源公司RWE AG的Ingo Diefenbach就该组织的工作进展情况发表了演讲。

刘俊强提出,评判无线充电技术有三个关键指标,包括充电功率、转换效率和传输距离。这三个指标具有互相掣肘的因素,推进无线充电在电动汽车应用必须得到非常妥善的平衡。

IEC/ISO JWG V2G设有两个工作组。一个是与物理规格相关的WG1。具体工作内容包括,讨论连接器、电缆、二者的保护功能及电源开关用底板等。在争议较多的连接器方面,IEC只设想了将其用于连接充电装置和汽车,并提出了最大500V三相交流电压、最大63A电流及7个端子(3个为电源用,1个为接地用,2个为信号用,1个为其他用途)等内容。

在无线充电标准方面,目前有三个不同的组织在制定,包括美国SAE(美国机动车工程师学会)、IEC、 ISO。相关标准有SAE J2954、IEC TC69、ISO TC22/SC37等。汽车制造商不愿意看到三个不同的组织同时解决同一个问题,而是希望该标准可以一次性完成,或者在ISO,IEC和SAE之间有个清晰的界定,但是目前并没有清晰的界定方案。

另一个是与通信技术相关的WG2。讨论内容包括较为安全的通信方法及通信服务。重点讨论的内容为,在明确用于何种情况的同时确定其规格,以及旨在确保相互连接性的通信协议。IEC/ISO JWG V2G将在09年内汇总上述议题的结果并制定出方案,打算2010年中期开始投票,2010年底制定出标准。虽然看上去IEC与ISO意见较为统一,但实际上目前“仍存在较大分歧”(Ingo Diefenbach)。

无线充电技术相关的电磁问题包括:1、电磁兼容测试与抗扰,辐射冲击安全;2、人体在电磁曝露中的安全;3、车载或者非车载充电可能对无线电设备造成的干扰。SAE J2954 项目组正在和FCC和FDA就电磁的安全性问题进行讨论,FCC已经要求SAE J2954项目组与ANSI IEEE C63.4标准相适应,测试方法与FCC测量程序MP-5相适应。IEC也在积极的与FCC进行讨论,IEC/TC 106会解决人体暴露磁场方面的问题。

另一方面,美国研究机构阿贡国家试验室(Argonne National Laboratory)的Theodore Bohn就SAE的标准化进展情况发表了演讲。PHEV标准化方面,SAE大体包含两个规格群。分别为用于连接PHEV与基础设施的规格群,以及制定面向PHEV及EV的试验方法的规格群。实现车辆与基础设施连接的“V2G”方面,包括连接器、充电方法、通信协议、使用实例及充电装置等的规格。比如包含连接器相关规定的“J1772”,内容包括最大115V单向交流电压、最大15A电流及5端子(2个为单相交流用,1个为接地用,1个为信号用,1个为其他用途)。这与IEC/ISO JWG V2G讨论的内容大不相同,“希望双方相互妥协”(Theodore Bohn)。今后将讨论就提高到600V三相交流电压及600A电流等内容。

刘俊强介绍,目前世界上没有关于无线充电技术法规或者推荐性要求。其中,IEC方面关于无线充电一般要求的国际标准已经完成(IEC 61980-1),IEC充电控制通信技术规范(IEC/TS 61980-2)以及磁场无线充电技术的技术规范(IEC/TS 61980-3)正在开展。从各国情况来看,欧盟希望采用IEC标准作为自愿性标准;日本正在通过ARIB (Association of Radio Industries and Businesses)研究相关标准;韩国正在研究相关推荐性标准,20kHz和60kHz的充电频率已经分配给无线充电相关项目;瑞士和欧洲一样,将来采用IEC的标准和技术规范作为自愿性标准;在美国,SAE相关标准正在研究,最终会形成推荐性标准J2954;加拿大和印度目前没有关于无线充电技术方面的研究,但是这些国家在未来可能也会最终采用目前较为普遍的IEC或者SAE标准。

另外,SAE还设想通过电线通信设备连接车辆和充电设施,并考虑将来把车辆信息上传至Web网。“因为今后车辆与智能仪表之间的联动会变得非常重要”(Theodore Bohn)。

中国已经在近期开展无线充电推荐性标准的研究,国家层面,国家标准委正式下达《电动汽车无线充电系统通用要求》国家标准制定计划(计划编号20150675-T-339),协同电力、汽车两个行业开展无线充电充电标准体系顶层设计。国家标准是中建联和汽车标准化委员会牵头做这个事情,全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会秘书处召集成立了电动汽车无线充电标准化项目组,2015年底在成都召开工作组第一次会议,讨论《通用要求》草案,明确无线充电标准化体系。

车载电池的标准化

业内成立了大功率无线输电产业联盟WPTA(Wireless Power Transmission Alliance),推动产业化进程。关于磁场无线电能传输、通信协议、安全、电磁兼容性要求及测试方法、电磁场辐射要求及测试方法5方面的行业标准正在制定中,计划2016年底发布WPAT V1.0版本。

关于电池的标准化,比利时Erasmus University College Brussels的Peter van den bossche就目前的进展发表了演讲。目前,汽车用电池的标准化方面,包括铅蓄电池相关标准IEC60254,以及电池整体相关标准 IEC61982。后者还包括每公里平均电功为100Wh的车载电池标准IEC61982-3。

有一些地方无线充电发展较早的城市,省市在做相应的地方标准,深圳市地方标准于2015年8月发布,目前正在做地方标准的还有广东省、上海市、成都市。

根据这些标准,各团体已从08年开始讨论混合动力车锂离子充电电池的相关标准。锂离子充电电池方面,ISO TC22 SC21正在制定配备于车辆的充电电池系统的相关标准,而IEC TC21则正在以充电电池单元及模块为重点制定相关标准。计划“今后继续与IEC、ISO以及其他团体反复进行讨论”(Peter van den bossche)。另外,将来还打算讨论锂离子电容器的标准制定。

“标准体系不是完全独立于现有的电动汽车,现有的有线充电自己搞一套,这个标准应该是在有线充电架构基础上做一些专门针对无线充电的标准化。2015年开无线充电标准化工作组会议的时候,中兴提出了建议,去年和今年两年的时间把无线充电的通用要求制定完成,从今年开始制定通讯协议,磁场的技术要求和安全接口要求,相应的其他方面会更靠后一些。”刘俊强表示。

关于电磁暴露的问题,中国有电磁环境新制标准,GB8702是强制性标准,只要对公众产生暴露的,必须要满足GB8702要求。对于无线充电来说,国标8702与国际标准ICNIRP的要求高出190多倍,很难达到标准,对国内发展无线充电产生了巨大约束。事实上,GB8702标准发布于2014年,忽略了对无线充电的考虑。刘俊强指出,国际标准与国家标准存在巨大差异,无线充电系统对于公众健康的安全性没有不良影响。他建议,无线充电产品电磁问题可以按照ICNIRP的相关标准进行要求。

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