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国际车用无线充电标准发展现状分析

来源: www.chinaiic.cn 点击: 整理:qwark
 
        当参与开发车用无线充电技术的企业越来越多时,无线充电标准变得更加重要,驾驶人希望的是电动车能够在任何无线充电器上进行充电,而不是为自己的电动车购买特定充电装置。目前全球制定车用无线充电标准的企业都在电动车主要发展国家中,以下介绍目前发展现况。

 



(一) ANSI
        美国国家标准协会(ANSI)针对电动车辆设立标准化制定小组(EVSP),主要目的为整合政府与民间开发的技术标准,为电动车及相关基础设备在美国打造安全与便利的操作环境。
        ANSI EVSP整合各单位所制定的电动车及相关设备标准,发表电动车辆技术标准化地图(Standardization Roadmap for Electric Vehicles)。从2011年3月成立以来,EVSP与车厂、设备商、电力供货商、标准化开发单位、政府单位等不同成员合作,统整各单位标准化开发讯 息,并在2012年4月发表第一版技术标准化地图,这份文件清楚公开当时电动车技术已标准化方向,促进不同单位间协调开发资源,并找出技术尚未标准化的空 窗区。随着各方不断努力,ANSI已在2013年5月将技术标准化地图更新至第二版,并在2014年11月发表最新进度报告。
        电动车辆技术标准化发展地图包括3项主题:车辆、基础设施、支持服务。这3项主题中还细分出不同研究分项,包括车辆主题中的能源储存系统、车辆零组件及人车接口,基础设施主题中的充电系统、通讯协议及安装规范,支持服务主题中的教育课程及训练项目等。
(二) SAE
        车辆工程师协会(SAE)一向致力于开发电动车相关技术标准,例如SAE J1772充电耦合器标准、SAE J2894电动车充电电能质量标准、SAE J2836电动车与微电网通讯协议等。车用无线充电相关标准为SAE J2954,Wireless Charging of Electric and Plug-in Hybrid Vehicles。这项标准制定工程预计在2015年完成,其中第一版将规范轻型电动车,后续版本才会规范大型电动车。
        SAE J2954将规范所有与静态无线充电技术相关的设备规格,并聚焦在不同供货商充电设备间的操作互操作性,SAE团队将测试最先进感应式及共振式无线充电技术,并找出让不同系统得以兼容使用的技术规范。SAE J2836/6则规范电动车与无线充电设备间的通讯协议,主要针对车上充电装置与无线充电设备间所需要的通讯需求,逐项制定各项系统组件及其相互作用,主要系统组件包括车上储能系统(RESS)、电力转换装置、电量显示计、能量管理系统等。
(三) UL
        UL所制订的车辆相关标准着重在安全规范,包括储能电池安全(UL 2271及UL 2580)、电动车支持设备(UL 2594)、乘客保护系统(UL 2231-1及UL 2231-2)、电动车充电设备(UL 2202)、插座与连接器(UL 2251)、车上充电系统连接器(UL 2734)等。
        在电动车充电情境方面,UL已经制定UL 2747,用以规范电动车充电设备的安全标准。针对车用无线充电相关安全规范标准,UL目前正与SAE及IEC搭配,开发UL 2750标准规范。由于相关标准规范(SAE J2954及IEC 61980)尚在建置中,UL 2750并未公布标准发表日期。
(四) IEC
        国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)旗下设有众多技术工作组,负责制定电动车相关标准规范的工作组包括IEC/TC69及IEC/23H。IEC/TC69已 制定规范电动车传导式充电技术规格标准IEC 61851,而IEC/23H负责制定用于传导式充电技术的插头、插座、连接器等零组件规格标准IEC 62196。
        车用无线充电技术相关规范主要由IEC/TC69工作组负责制定,目前正在开发IEC 61980规格标准。IEC 61980(Electric Vehicle Wireless Power Transfer Systems)分为3部分:IEC 61980-1规范无线充电系统设计通则、IEC 61980-2规范电动车与无线充电设施间通讯协议,以及IEC 61980-3规范无线充电系统磁场特性,预计在2017年1月发表。IEC 61980-2、IEC 61980-3、SAE J2954规范内容类似,两单位将尝试协调整合规格内容,避免造成矛盾。
(五) IEEE
        电机电子工程师学会(IEEE)专注其标准制定工作于动态无线充电技术上,藉此与SAE J2954的静态无线充电标准区分。IEEE已启动技术标准化前置作业,研究重点放在电动车无线充电所需距离限制及车辆储能系统成本。IEEE的技术标准化前置作业包括2项工作:(1)设计电动车无线充电设施方案的技术策略方针及技术地图,并开放让同业专家审查,针对静态无线充电及动态 无线充电2种不同技术,IEEE将建立不同案例显示其使用情境,并专注未来技术标准化需求规格;(2)为撰写动态无线充电技术白皮书,让未来IEEE与 SAE连手制定无线充电标准时,得以作为技术依据。
(六) DKE
        德国电机电子暨信息技术委员会(DKE)由德国标准化学会(DIN)及权威认证机构VDE联合组成,其负责任务为建立德国电机、电子、资通讯等技术产品标 准规范。DKE亦为IEC在德国的会员分支,除了建立德国技术标准规范外,适合应用于国际层次的标准,亦可提报IEC作为全球标准之用。
        GAK 353.0.1「Non-contact charging of electric vehicles」是DKE目前制定车用无线充电技术标准的工作小组。该小组主要目标为制定符合车用无线充电情境所有基本需求的标准条件,包括使用安全、 电磁容许度、通讯接口协议、信息流安全、储能控制管理、碰撞反应等。标准制定会议邀请车商与无线充电设备商共同参与讨论,并对系统互操作性、兼容性、质量表 现、操作接口等特性持续进行标准制定。
(七) BWF
        日本宽带无线研讨会(Broadband Wireless Forum,BWF)于2009年7月依据日本政府政策规划成立,旨在统筹新一代无线通信技术研究,开发技术标准化规格,并规划技术交流活动,与全球尖端研发机构保持密切联系。
BWF成立无线电力传输工作小组(WPT-WG),探讨无线充电应用所应规范的各项因素,包括频率、功率、距离、充电方式等,并针对无线充电议题研拟技术地图、推动技术标准化、制定应用规则、建立人体健康保护等准则。
目前BWF于2013年4月所更新的无线电力传送技术报告中,明确定义车用无线充电设备所使用的频率、功率、传输距离等,其他规范则尚未明订出。
(八) ISO
        ISO与IEC签署合作协议,共同设立电动车及车用电子的国际标准,协议中规范ISO/TC22与数个IEC TC/SC工作小组的合作架构,并针对车上电子设备、操作接口、电力供应设施等层面进行标准制定。ISO/TC22技术委员会底下共有5个工作小组负责与 车辆电子技术相关的标准建立,IEC旗下则有近40个小组负责与车辆相关的电子设备标准建立。目前ISO/TC22/SC21/WG1正在建立ISO PAS 19363标准,主要针对电池动力车用的无线充电磁场安全与系统间相互操作需求制定;另外,ISO亦正在制定ISO 15118(Road Vehicles – Vehicle to Grid Communication Interface)。
        车用无线充电技术因电动车兴起而逐渐受到重视,各项相关标准亦有待建立,除了SAE、ANSI、UL、ISO等产业标准开发组织正在进行相关标准建立外, 政府部门如美国能源部(DOE)、美国政府服务管理局(GSA)、美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)等,以及相关组织如全球车辆规范偕同整合论坛 (WP.29,隶属联合国欧洲经济委员会)、智慧电网技术互通工作组(SGIP)等,皆展开独立或协同合作的相关规范制定及监督工作。
        对电动车制造商及无线充电设备制造商而言,推动产业发展固然需要相关标准建立,但同时面对众多不同组织所开发出的无线充电标准版本,也造成厂商开发相关设备及技术的困扰,目前各标准发展组织已启动将各家车用无线充电标准协调整合之工作项目,未来期望产出有效解决方案。
        无线充电技术主要应用电磁感应或共振原理,以磁场产生电场使电动车电池获得电力。通常处理电力相关安全规范时,因为电流需要电线导通传输,所以基础保护以 绝缘为主即可,但磁力传导不需导体,对人体产生的伤害难以防范,所以车用无线充电技术安全规范必须考虑磁场对人体的影响、无线电波辐射可能造成的伤害、触 电防护等。除了考虑人体安全外,车用无线充电技术标准还需考虑电磁场对汽车本体造成的影响,是否会干扰车上及车外电子装置?是否会影响旁边其他车辆?无线充电固然让 电动车更加方便使用,但是对所产生的安全性影响,尚需各专业单位彻底研究后,才能真正让车用无线充电技术全面推广,成为推动电动车产业的一大助力。
 
(责任编辑:lingtong)
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