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新國標(biāo)下的交流充電樁電源及信號接口解決方案

作者：合力為科技

來源：電子發(fā)燒友

發(fā)布時間：2016-12-21 00:00

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2015年12月28日，質(zhì)檢總局、工信部、科技部等部門發(fā)布新修訂的電動汽車充電接口及通信協(xié)議5項國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)自2016年1月1日起生效。??本次國家標(biāo)準(zhǔn)是以國家電網(wǎng)、普天新能源兩大運(yùn)營商為首的企業(yè)引導(dǎo)制定。發(fā)布的5項通用要求主要包含了充電樁行業(yè)的充電標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、通訊協(xié)議等層面，至此國內(nèi)電動汽車充電接口及通信協(xié)議有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。??本次修訂的GB/T18481.1和GB/T27930重點(diǎn)考慮充

2015年12月28日，質(zhì)檢總局、工信部、科技部等部門發(fā)布新修訂的電動汽車充電接口及通信協(xié)議5項國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)自2016年1月1日起生效。
本次國家標(biāo)準(zhǔn)是以國家電網(wǎng)、普天新能源兩大運(yùn)營商為首的企業(yè)引導(dǎo)制定。發(fā)布的5項通用要求主要包含了充電樁行業(yè)的充電標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、通訊協(xié)議等層面，至此國內(nèi)電動汽車充電接口及通信協(xié)議有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
本次修訂的GB/T18481.1和GB/T27930重點(diǎn)考慮充電的安全性和兼容性，增加了充電樁的安全隔離保護(hù)、充電溫度控制、機(jī)械鎖和電子鎖聯(lián)動、過載和短路保護(hù)等安全措施，完善了充電控制導(dǎo)引和時序、故障分類信息、冗余保護(hù)等內(nèi)容，提高了標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性和可操作性。

傳導(dǎo)式交流充電樁是為具有車載充電機(jī)的電動汽車提供交流電源的專用供電裝置。2016年初，國家頒布了針對充電樁的新標(biāo)準(zhǔn)。本文重點(diǎn)介紹了新國標(biāo)對交流充電樁的一些技術(shù)要求，并推薦了典型的電源解決方案。
一、新國標(biāo)對交流充電樁的要求
2015年底國家發(fā)布了GB/T 20234.1-2015、GB/T 20234.2-2015、GB/T 18487.1-2015等標(biāo)準(zhǔn)。對比之前的版本，新國標(biāo)修改和增加了一些對交流充電樁的要求。例如：交流充電樁的充電電流從“不超過32A”，修改為“不超過63A“；又如：在車輛接口、供電接口方面有了規(guī)定：交流充電電流大于16A時，供電接口和車輛接口應(yīng)具有鎖止功能，該鎖止功能應(yīng)符合GB/T20234.1-2015的相關(guān)要求。
另外，考慮到充電樁使用的環(huán)境及EMC方面特性，內(nèi)部的輔助電源在這方面的性能與整機(jī)要求相一致，簡單羅列環(huán)境條件與電磁兼容性如下：
1.1環(huán)境條件
工作環(huán)境溫度：-20℃～+50℃；
相對濕度：5％～95％；
海拔高度≤2000m；
在特殊環(huán)境下，充電機(jī)的使用應(yīng)在廠家和用戶之間進(jìn)行協(xié)商；
使用地點(diǎn)不得有爆炸危險介質(zhì)，周圍不含有腐蝕性和破壞絕緣的有害氣體及導(dǎo)電介質(zhì)。
1.2電磁兼容性
靜電放電抗擾度：充電機(jī)應(yīng)能承受GB／T 17626.2—2006中第5章規(guī)定的試驗(yàn)等級為3級的靜電放電抗擾度試驗(yàn)，接觸放電試驗(yàn)電壓6KV，空氣放電試驗(yàn)電壓8KV；
射頻電磁場輻射抗擾度：充電機(jī)應(yīng)能承受GB／T 17626.3—2006中第5章規(guī)定的試驗(yàn)等級為3級的射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)，頻率范圍80~1000MHz，試驗(yàn)場強(qiáng)10V/m，正弦波1kHz，80%幅度調(diào)制；
電快速瞬變脈沖群抗擾度：充電機(jī)應(yīng)能承受GB／T 17626.4—2008中第5章規(guī)定的試驗(yàn)等級為3級的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)，在輸入輸出端口試驗(yàn)電壓2KV，重復(fù)頻率5kHz和100kHz；
浪涌（沖擊）抗擾度：充電機(jī)應(yīng)能承受GB/T 17626.5—2008中第5章規(guī)定的試驗(yàn)等級為3級的浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)，線-線：1KV，線-地：2KV；
電壓暫降、短時中斷抗擾度試驗(yàn)：交流充電樁在工作狀態(tài)下，按GB/T 17626.11的規(guī)定，試驗(yàn)電壓等級0%~70%，試驗(yàn)3次；
對于抗擾度試驗(yàn)，判定的標(biāo)準(zhǔn)有如下2類結(jié)果認(rèn)為合格：
A類：試驗(yàn)時和試驗(yàn)后交流充電樁均能正常工作，不應(yīng)有任何誤動作、損壞、死機(jī)、復(fù)位現(xiàn)象，數(shù)據(jù)采集應(yīng)準(zhǔn)確；
B類：試驗(yàn)時交流充電樁可以出現(xiàn)短時通信中斷和液晶顯示瞬時閃屏等，其他功能和性能都應(yīng)正常，試驗(yàn)后無需人工干預(yù)，交流充電樁應(yīng)可以自行恢復(fù)，所有保留數(shù)據(jù)不應(yīng)丟失。
二、電源解決方案
充電樁內(nèi)部各組成負(fù)載所需電源的要求存在一定的差異性。下面，推薦常見的供電方式如下圖一所示：

控制部分使用隔離AC/DC電源模塊LH10-10C0512-02。此電源模塊可輸出三路電源，輸出+5V給數(shù)字控制電路以及GPRS通信模塊和小尺寸的顯示單元供電；輸出±12V給控制引導(dǎo)的CP供電。而隔離AC/DC電源模塊LH20-10B12輸出12V電壓，主要給繼電器單元以及電子鎖供電。
整個充電樁通信部分推薦TD501D485H隔離收發(fā)模塊。該產(chǎn)品為5V供電的485通信隔離模塊，可實(shí)現(xiàn)充電樁內(nèi)部的計量儀表（電表）的485通信隔離，將電量數(shù)據(jù)信息傳遞給主控電路，計算出需要收取的電費(fèi)等信息，再通過GPRS將信息傳到主站等設(shè)備。
當(dāng)然電子鎖供電也可以集成在同一個模塊中去。因電子鎖所需功率為瞬態(tài)功率，正常工作時可以將余留的功率給整個主控裝置供電，所得的一個典型的應(yīng)用方案如下圖二所示：

該方案與前述方案除了主供電電源集合在一起外，在CP控制信號方面采用了WRA1212S-3WR2模塊來實(shí)現(xiàn)隔離供電；同時在顯示屏數(shù)據(jù)傳輸方面，通過TD501D232H隔離收發(fā)模塊對RS232信號做了隔離，有效地避免了顯示屏受到脈沖群等干擾。
三、設(shè)計說明
上述推薦的兩個應(yīng)用方案在設(shè)計方面來說，主要有三個好處：
1、輔助電源供電設(shè)計相對簡單。電壓需求可以靈活地配選，以切合系統(tǒng)中不同的負(fù)載電壓要求，例如：12V、5V、±12V的電壓需求；
2、EMC抗擾度高。上文推薦的金升陽LH系列AC/DC電源模塊不需要增加過多的外圍電路就可以達(dá)到前文所述的國標(biāo)對于充電樁的EMC抗擾度要求，在電路設(shè)計方面又簡化了外圍參數(shù)。
3、模塊電源具有小型化、散熱均勻等優(yōu)勢，同時模塊電源內(nèi)部含有電子灌封料，在充電樁整機(jī)做IP防護(hù)方面，關(guān)鍵的輔助供電部分要求就不會那么高了。
四、如何才能符合充電樁新國標(biāo)安全要求？
充電樁為什么要關(guān)注隔離保護(hù)？充電樁常常放置于室外，由電網(wǎng)供電，偶然性會遇到雷擊、浪涌等電壓異常情況。如果其內(nèi)部的控制電路如果沒有進(jìn)行隔離，會造成內(nèi)部電路會燒壞，從而造成充電樁短路或者人體觸電死亡等危險事件的發(fā)生。在新的國標(biāo)中關(guān)于充電樁在承受的浪涌（沖擊）抗擾度明確規(guī)定：充電機(jī)應(yīng)能承受《B/T 17626.5-2008》第5章規(guī)定的試驗(yàn)等級為3級的浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)。
那充電樁的隔離保護(hù)該如何進(jìn)行呢？

五、總結(jié)
依據(jù)國家發(fā)改委的規(guī)劃，國家電網(wǎng)預(yù)計到2020年，充電樁市場需求總規(guī)模將達(dá)2000億元，這給充電樁制造企業(yè)帶來良好的發(fā)展機(jī)遇。而交流充電樁相對直流充電樁來說，以其成本相對低廉，將會占有大部分市場份額，為電源行業(yè)帶來一個發(fā)展的高峰期。

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