IEC 61851 标准中的四种电动汽车充电模式

不同类型的电缆连接

IEC 61851-1 描述了三种不同类型的连接，如下图所示：

电动汽车充电电缆的三种主要类型。

电动汽车充电电缆的三种主要类型。图片由萨格勒布大学提供

对于 A，电缆连接到 EV，但可在充电站（也称为 EVSE——电动汽车供电设备）EVSE 侧拆卸。情况 B 指定两端可拆卸的电缆，情况 C 是连接到 EVSE 的电缆。

电动汽车充电模式1

在这种模式下，电动汽车直接连接到家用插座。该模式电流为16A，单相系统电压不超过250V，三相网络不超过480V。

连接到家用插座的电动汽车的基本结构。

连接到家用插座的电动汽车的基本结构。图片由萨格勒布大学提供

模式 1 是简单的充电模式，不支持 EV 和充电点之间的任何通信。这种收费方式在很多国家是被禁止或限制的。

电动汽车充电模式2

家庭插座并不总是按照实际标准提供电力。此外，专为家庭应用设计的插座和插头可能无法承受??额定值的连续电流消耗。

这就是为什么将电动汽车长时间连接到没有控制和安全功能的插座会增加触电风险。为了解决这个问题，开发了充电模式2，它使用一种特殊类型的充电电缆，配备了电缆内控制和保护装置（IC-CPD）。

IC-CPD 执行所需的控制和安全功能。该模式电流为32A，电压不超过单相250V或三相480V。模式 2 可与家用和工业插座一起使用。

该模式的安全功能可以检测和监控保护接地连接。过流和过温保护是模式 2 支持的另外两个安全功能。此外，EVSE 可以在检测与 EV 的连接并分析其充电电力需求时执行功能切换。

充电模式2及配套线缆如下图所示。

充电模式2及相关电缆

充电模式 2 和相关电缆。图片（已修改）由萨格勒布大学 和Ali Bahrami提供

虽然模式 2 可用于私人充电，但其公共使用在许多国家受到限制。

电动汽车充电模式3

该模式利用专用 EVSE 以及 EV 车载充电器。来自充电站的交流电流被施加到板载电路来为电池充电。采用多种控制和保护功能来保证公共安全。其中包括验证保护接地连接以及 EVSE 和 EV 之间的连接。

此外，该模式可以将充电电流调整至电缆组件的电流能力。该充电模式的电流为 250 A，采用 250 V 1 相或 480 V 3 相网络。它还支持与模式 2 兼容的操作模式，其中单相和三相情况下的电流限制为小于 32 A。

在此模式下可以使用三种可能的连接（情况 A、情况 B 和情况 C）中的任何一种。B和C如下所示。

情况 B 和情况 C 处于充电模式 3。

B 和 C 处于充电模式 3. 图片由萨格勒布大学提供

让我们看看该模式如何定义充电站和电动汽车之间的通信。模式3的控制先导电路如下图所示。

模式3控制先导电路

模式 3 的控制先导电路。图像（已修改）由Energies提供。

根据开关 S1、S2 和 S3 的状态，“先导触点”上会出现不同的电压电平。这可以用作不同充电阶段的表示。EV 可以按如下方式开始充电周期：

在插入充电电缆之前，开关 S2 和 S3 关闭，S1 连接到 12 V 直流电源。在这种情况下，EVSE 在先导触点处测量的电压为 12 V DC（EVSE 意识到 EV 尚未连接）。

当充电电缆同时连接到 EV 和 EVSE 后，EV 侧的控制器可以打开 S3，将先导触点的电压降低至 9 V 左右。这会通知 EVSE，电缆已连接到 EV和 EVSE。此外，先导触点处的 DC 9 V 信号告诉 EV EVSE 尚未准备好。

当 EVSE 准备好为 EV 充电时，它将 S1 连接到振荡器。先导触点处的 PWM 信号告诉 EV EVSE 已准备就绪。

然后，EV 打开 S2，在先导触点处产生约 6 V 的电压，表明它也已准备就绪。此阶段产生的电压取决于 R3 电阻器的值。该电阻的值决定了该充电区域是否需要通风。当 R3=1.3 kΩ 时，引导接触电压约为 6 V。这对应于不需要通风的充电区域。对于需要通风的区域，使用 R3=270 Ω，提供约 3 V 的引导接触电压。

当车辆已充电或出于任何原因想要中止充电周期时，可以关闭 S2。这会将 PWM 的正电压电平更改为 9 V，并通知 EVSE EV 尚未准备好充电。

电动汽车充电模式4

这是结合具有直流输出的非车载充电器的充电模式。直流电流直接输送至电池，并绕过车载充电器。该模式可提供600V直流电压，电流400A。该模式涉及的高功率水平要求更高水平的通信和更严格的安全功能。

结论

IEC 61851 标准涉及电动汽车传导充电系统。该标准描述了四种不同的充电模式——模式 1-4。

前三种模式向电动汽车车载充电器提供交流电流；然而，模式 4 直接向电池提供直流电流并绕过车载充电器。模式 3 采用多种控制和保护功能，以实现公共安全。我们在本文中更详细地研究了这种模式的控制导频电路。