電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況Benjamin Chen 2 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 EV系統(tǒng)概述EV101EV充電系統(tǒng)EV動力電池系統(tǒng)FunctionalSafety在EV系統(tǒng)扮演的角色結(jié)論 議程大綱 3 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動車系統(tǒng) 電動車 基礎(chǔ)設(shè)施 EV系統(tǒng)概述 4 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動車系統(tǒng)市場化驅(qū)動力 5 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 http en wikipedia org wiki History of the electric vehicleTheinventionoftheelectricvehicleisattributedtovariouspeople In1828 AnyosJedlik aHungarianwhoinventedanearlytypeofelectricmotor createdatinymodelcarpoweredbyhisnewmotor 1 In1834 VermontblacksmithThomasDavenport theinventorofthefirstAmericanDCelectricalmotor installedhismotorinasmallmodelcar whichheoperatedonashortcircularelectrifiedtrack 2 In1835 ProfessorSibrabdusStratinghofGroningen theNetherlandsandhisassistantChristoperBeckercreatedasmall scaleelectricalcar poweredbynon rechargeableprimarycells 3 電動車發(fā)展史 最早的電動車 6 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動火車 1838 充電式電動車 1865 100km h的記錄 1899 其他里程碑 7 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 靜音低速扭力減少碳以及其他污染物排放動力機構(gòu)簡化低化石燃料依賴性 電動車的其他優(yōu)勢 8 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 由動力來源區(qū)分由動力規(guī)模區(qū)分 電動車依據(jù)動力來源種類分類 單一電源 單一充電模式 BEV 單一動力源 混合充電模式 HEV 多動力來源 PHEV 輕型電動車電動車 9 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 USJapanEUChinaTaiwan 全球試運行項目 10 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 TheEVProjectProjectGetReadySolarCity US 11 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 SmallNetworkProjectChaDeMo Japan 12 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 FrenchItalyGermanySpian Uk EU EVChargingPlan http jcwinnie bix wordpress p 5832 E Moving E MobilityBerlin http www thegreencarwebsite co uk blog index php 2010 04 07 spain invests 590 million into electric cars 13 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 ChinaTaiwanHK GreaterChina 十城千輛 花卉博覽會政府軍隊坪林 澎湖 環(huán)保署電動機車交換電池計劃 中電 14 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 MitsubishiINissanLEAFFordTRANSITconnectelectricTeslaRoadsterSport2 5TH NKCity 2010年電動車款 http www cardealermagazine co uk publish wp content uploads 2010 03 citroen c zer 2 jpg 15 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 CodaAutomotiveSedanTeslaMotorsmodelSFordFocuselectricBMWActiveE 2011年的電動車款 AAAACik WnPvWhKNLc s400Renault EV 2009 Renualt Zoe jpg 16 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 Fial500minicaraudie tronHondaFitEVAudiR8EV 2012年的電動車款 17 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 MercedesSLSE CellAMGVWGolfBlue e motionBMWi3 2013年的電動車款 18 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 國際間已經(jīng)逐漸開始投入電動車系統(tǒng)目前投入電動車系統(tǒng)的陣營主要為汽車制造商 大型鋰電池制造商電動車目前系統(tǒng)尚未統(tǒng)一 動力來源不同 補充動力方式也尚未統(tǒng)一 Summary 19 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動車101 電動車系統(tǒng)一重要數(shù)據(jù) 20 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 一般道路車輛跑車 石油車的一般表現(xiàn)要求 加速性 加速續(xù)航力100literfueltank車重1000kg 0 100km h 8second 1500kg 300kmperrefuel 續(xù)航力 車重 0 100km h 3second 21 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 依據(jù)目前較為成熟的電動車技術(shù) 可以先從一般的房車要求下手 為了計算上的方便 我們利用下面的假設(shè)與簡化 進行各項電動車特性與要求的概略推算 并且不考慮轉(zhuǎn)換效率 摩擦力 熱損等因素功能要求設(shè)計條件 石油車與電動車的模擬關(guān)系與條件設(shè)定 加速 0 108km h 10second 跑車大多為6秒 賽車則是3秒 續(xù)航力 100kmperrecharge 住家離公司10公里 每周充電一次 車重 1 500kg 電池是具備重量的 功率輸出 影響加速 電池容量 影響續(xù)航力 充電條件 影響使用便利性 動轉(zhuǎn)成本 影響市場驅(qū)動力 22 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 由加速要求推測加速度要求V V0 a t a 108km hx1 000m km 10second 3m s2由加速度與車重 推算推力要求假設(shè)以全力輸出10秒鐘 推算大約行走距離在行走距離間所做的功由總功與總時間 推算平均功率 功率要求推算 F m a 1 500kg 3m s2 4 500nt D V0 t 1 2 a t2 0 5 3 102 105m W F D 4 500 150 675KJ P W T 675 10s 67 5KW 90Hp 23 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 假設(shè)續(xù)航力是100km 在達到108km h后等速前進的時間如果只需要用馬達全功率的1 2就可維持108km h的定速 全程需要的總能量為以市售高性能鋰電池為例前例電動車需要的電池總量為 電池容量要求推算 t 100 000m 150m 30m s 3 328seconds W 67 5KW 10second 67 5kw 3 328second 112 995KJ 113MJ tw dscacc asp AID 3910 輸出電壓為6 8V容量為3900mAh重量為195g 113 1 000 000J 6 8V 3900mA 0 001 3600sec 195g 230Kg 續(xù)航力或是馬力要提高 電池會更重 24 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 如果電能容量為113MJ 針對理想電池 線性充電 的充電的條件將會是 充電條件推算 如果采用的是家中一般插座的電源 110V 15A 時 如果采用一般工廠的三相電源 380V 30A I 113MJ 600V 600second 314A 功率W I V 188 4KW W I V tt 113MJ 10V 15A 68 485sec 19hours 太慢了 t 113MJ 380V 30A 68 485sec 2 75housrs 仍然很長 假設(shè)利用住宅區(qū)的基礎(chǔ)線路 600V 而且充電時間要在10分鐘內(nèi) 一杯咖啡 完成時 需要多少電流 一般的標準工業(yè)廠房 100m2 配電功率僅為11 25KW 所以在充電的時候相當于17間標準廠房要停電10分鐘 25 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 以行走100KM進行計算 鋰電池式電動車運轉(zhuǎn)電力成本粗估 一般汽油車市區(qū)行駛 電價 1度 1KWh USD10cnet 113MJ 1KW 3600sec 10cent USD3 效率 10km liter油價 USD1 liter 100 10 1 USD10 前例電動車行駛模式 實際情況必須視電力轉(zhuǎn)換效率而變化 26 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 一般的所謂安全電流 電壓 功率范圍 Nou hazardous ClassII 的定義是所以上述的任何一種充電條件都不可能是安全無虞的 充電系統(tǒng)的絕緣安全性問題 30VDCmaximum 8Amaximumand100Wmaximum 27 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 僅就傳導(dǎo)線在進行10分鐘快速充電時會產(chǎn)生的熱進行考量 充電系統(tǒng)發(fā)熱問題的產(chǎn)生 文獻記載銅導(dǎo)體的體積電阻率為16 78n m 銅線電阻為通電300A后10分鐘將會產(chǎn)生熱量為如果采用PVC作為絕緣外被 假設(shè)導(dǎo)熱的厚度僅有0 2cm 比重大約為1 如果將上例中的導(dǎo)體長度維持不變 但是導(dǎo)體直徑變?yōu)橐话霑r 節(jié)省成本 PVC導(dǎo)熱厚度不變 依據(jù)奧姆定律 產(chǎn)生熱量為4倍 導(dǎo)熱材料質(zhì)量變?yōu)? 3 溫度上升量將可以達到12倍 80 PVC將會產(chǎn)生熔化的情況 16 78n m 10 9 2m 0 01m 0 01m 3 14 4 0 004275 W I2 R 300A 300A 0 004275 400joule 絕緣外被導(dǎo)熱區(qū)熱質(zhì)量為 1 2cm 1 2cm 1cm 1cm 3 14 4 200cm 70gPVC的比熱約為0 9J g K 所以400J的熱可以讓PVC導(dǎo)熱區(qū)上升400joule 0 9J Gk 6 5 還算可以接受 28 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動車輛的重要電氣零組件 例 馬達控制器與車用變頻器高電壓空調(diào)控制器馬達水泵變頻器齒輪箱 模式調(diào)變器真空泵高電壓冷熱媒控制器車輛控制器電池組AC充電器 29 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 充電器車外充電器電力輸出插座充電連接線組充電系統(tǒng)漏電斷路器充電連接線材電表 電動車基礎(chǔ)設(shè)施 充電系統(tǒng) http www greencarsite co uk econews electric vehicle charging sations htm 30 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 接地系統(tǒng)電阻與允許電流危險區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的接觸或是非接觸性的電弧突波 雷擊室外 污染環(huán)境電磁兼容震動溫差變化大控制系統(tǒng)穩(wěn)定性 其他可見的電動車安全性問題 31 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL與IEC在電動車系統(tǒng)現(xiàn)行標準對照表 32 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 2011新標準制定活動 33 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動車的電池重量與續(xù)航力的設(shè)定有關(guān)電動車的充電速率會影響到充電系統(tǒng)的設(shè)計電動車在能源價格上確實有優(yōu)勢電動車也存在本質(zhì)上的安全問題 結(jié)論 34 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動車基礎(chǔ)設(shè)施 35 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 充電式更換式 Swapping 添加式 電動車基礎(chǔ)設(shè)施依據(jù)動力補充模式分類 傳導(dǎo)式 Conductive 感應(yīng)式 Inductive BetterPlace 燃料電池油電混合動力 36 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電力源 電動車充電電力來源分類 鉛蓄電池鎳氫電池鋰電池燃料電池超級電容化石燃料太陽能風力 37 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 充電模式 傳導(dǎo)式充電模式分級 傳導(dǎo)式 Level1Level2DCLevel3 38 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 http en wikipedia org wiki Magne Charge ChargeInductivechargingsystemusedtochargebatteryelectricvehicles BEV formerlymadebyGeneralMotors forvehiclessuchastheEV1 ChevyS10EV andotherelectricvehicles Themostcommonwasthe6 6kWversionalthoughahigherpowerfastchargeversionswasdemonstrated MagneChargesupportwaswithdrawnbyGeneralMotorsin2002 aftertheCaliforniaAirResourcesBoardsettledonaconductivecharginginterfaceforelectricvehiclesinCalifornia 感應(yīng)式充電MagneCharge DelcoElectronics 39 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 行進感應(yīng)充電 40 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 http www greenmotor co uk 2007 12 mercedes battery swapping is so last htmlIn1972 MercedesbuiltanelectricallypoweredpeoplecarriercalledtheLE306 Its31kW 42hp motorcouldzipitalongat70km h 44mph witharangeof65km 40miles 電池交換概念的濫觴 Mercedes 41 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 現(xiàn)在的電池交換概念 BetterPlace 42 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 加凡尼 Galvanic 電池VS燃料電池鋰電池VS鎳電池高功率VS高能量密度交換式VS充電式 傳導(dǎo)充電式VS感應(yīng)充電式 不同充電模式的優(yōu)缺點比較 43 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL在EV基礎(chǔ)設(shè)施的安規(guī)標準與測試方法摘錄 44 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 再生能源并網(wǎng)AC充電模式標準分布圖 EnergyGeneratorUL1703FlatPVUL8703cpvUL6141LargeWTUL6142S mWT Inverter ConverterUL1741forPVUL6171forWT GridConnectionNEC ControlsUL508ICEUL991PLCUL1998SoftwareUL60730Module PersonnelProtectionSystemsUL2231 I T AccessoriesUL60950 MeterUL61010 1MeasurementUL2735Meter ACChargingStationUL2594 Plugs Receptacles CouplerUL2251 EV 45 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 再生能源直接充電模式標準分布圖 EnergyGeneratorUL1703FlatPVUL6141largeWTUL6142S MWT ConverterUL1741forPVUL6171forWT EnergyStorageFuelCellStackLargeBatteriesPack ControlPanelUL508ICEUL991PLCUL1998SoftwareUL60730Module PersonnelProtectionSystemsUL2231 I T AccessoriesUL60950 MeterUL61010 1MeasurementUL2735Meter DCChargingStationUL2594 UL2202 Plugs Receptacles CouplerUL2251 EV ConverterUL1741 46 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 標準發(fā)展時間表 47 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL2202 標準 電動車DC充電設(shè)備 Thiscategorycoversconductiveandinductivechargingsystemequipment intendedforusewithelectricvehicle Off boardequipmentisintendedforindoororindooruse raded600Vorlessandisintendedtobeconnectedtothevehiclebymeansofaflexiblecordandanelectricvehicleconnector 48 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 48LeakageCurrentTest 49LeakageCurrentTest 50PowerInputTst 51TemperatureTest 52DielectricVoltage WithstandTest 53Volt AmpereCapacityMeasurement 54AbnormalTests 55FlangedBobbinTransformerAbnormalTest 56StrainReliefandFlexingTests 57GroundingImpedanceTest 58OvercurrentProtectioncalibrationTest 59StrengthofTerminalInsulatingBaseandsupportTest 60BondingConductorTest 61ImpactonGlassCoveredOpenings 62EvaluationofReducedSpacingsonPrinted WiringBoards 63HeatSinkTemperatureCyclingTest 34TestsforPermanenceofCordTag 65TestsonTransformerInsulatingMaterials 66BusBarTests 67HarmonicDistortionTest UL2202測試項目 52 2Maximum Voltage WithstandTest52 3ACandDCpowercircuits52 4Secondarycircuits52 5Inducedpotential 54 2Transformerburnouttest54 3Transformeroverloadtest54 4Shortcircuittest54 5Overchargetest54 6Capacitorfaulttest54 7Forcedventilationtest54 8Componentshort andopen circuittest54 9Electrilyticcapacitorfualttest54 10Vibrationtest 56 1Strainrelief56 2flexing 64 2Shortedtracetest 64 2Testconditions64 3Testmethod 49 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL2594 標準 電動車AC充電設(shè)備 1 1Thisoutlinecoverselectricvehicle EV supplyequipment Ratedamaximumof250Vac withafrequencyof60Hz andintendedtoprovidepowertoanelectricvehiclewithanon boardchargingunit Thisoutlinecoverselectricvehiclesupplyequipmentintendedforusewhereventilationisnotrequired 1 2Withreferenceto1 1 theproductscoveredbythisoutlineincludeEVcordsetsandEVchargingstations EVcordsetsmaybedesignatedasportablecordsetsorstationarycordsetsandbydesignatedforindoororotdooruse EVchargingstationsmaybedesignatedaseithermovableorpermanentchargingstationsandmaybydesignatedforindoororoudooruse 1 3TheproductscoveredbythisoutlineareintendedforuseinaccordancewiththeNationalElectricalCode NEC ANSI NFPA70 1 5Withreferenceto1 2 thisoutlinedoesnotcoverelectricvehiclechargingunits 50 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 44LeakageCurrentTest 45LeakageCurrentTestFollowingHumidityConditioning 46InputTest 47TemperatureTest 48CapacitorDischargeTest 49DielectricVoltageWithstandTest 50AbnormalTests 51FlangedBobbinTransformerAbnormalTest 52StrainReliefTests UL2594安規(guī)測試項目 49 2Maximumvoltagemeasurements49 3ACandDCpowercircuits primary 49 4Secondarycircuits49 5Inducedpotential 50 2Transformerburnouttest50 3Transformeroverloadtest50 4Shortcircuittest50 5Capacitorfaulttest50 6ForcedVentilationtest50 7Componentfaulttests50 8Electrolyticcapacitorfaulttest50 9Vibrationtest 52 2Pullstrainrelieftest52 3Pushbackstrainrelieftest 51 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 53EVCableSecurenessTest 54 1GroundingTests 55impactTest 56VehicleDriveOverTest 57DropTest 58StrengthofterminalInsulatingBaseandSupport 59ImpactonGlassCovers 60BondingConductorTests 61EvaluationofReducedSpacingsonPrintedWiringBoards 62MountingMeansTest 63StrengthofHandles 64MoldStressTest 65EnvironmentalTests Cont d 60 2Currenttest60 3Limitedshortcircuittest 65 2Driptest65 3Dusttest65 4Indoorsettingdusttest65 5Indoorcirculatingdusttest65 6Extemalicingtest65 7Hosedowntest65 8Indoorcorrosionprotection 54 1Groundimpedancetests54 2Groundcontinuitytest 52 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 66TestsforPermanenceofCordTags 67testsonTransformerInsulatingMaterials 68HarmonicDistortion 69MetallicCoatingThicknessTest 70ComparativeTrackingIndexTest 71GlowWiretest 72HighCurrentAtcresistancetoIgnitionTest 73OvercurrentProtectionCalibrationTest Cont d 65 9Outdoorcorrosionprotection65 10Additionalcorrosionprotection65 11Submersiontest65 12Pressuretest65 13Gaskettest65 14Waterexposuretest65 15UVexposure65 46Chemicalexposure 53 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL2231 1 2 標準 電動車充電系統(tǒng)個人防護設(shè)備 Thiscategorycoversground faultprotectivedevices suchaschargingcircuitinterruptingdevicesandisolationmonitor interrupters intendedforusewithelectricvehiclechargingsystems Achargingcircuitinterruptingdeviceisonewhosefunctionistodetectgroundfaultcurrentorotherconditionsthatmaybehazardousandcauseinterruptionoftheelectriccircuittothechargingsystemorthevehiclewhenafaultoccurs Itmayalsofunctionunderotherhazardousconditions suchaswhenanopen groundisdetected 54 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL62 標準 電動車用電線電纜 ThiscategorycoverselectricvehiclecableListedforuseinaccordancewithArticle400oftheNEC TheinsulationandjacketareofthermosetmaterialforTypesEVJandEV thermoplasticelastomer TPE forTypesEVJTandEVT Thecableisusedtosupplypower signal andcontroltoelectricvehiclesduringthechargingprocess Electricvehiclecableemploysstrandedcopperconductorsinasizerangeof18AWGto500kcmil 55 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL2251UL2580 UL2271UL2231 1and 2 已知標準內(nèi)對聚合物認證的安規(guī)要求 InsulatingMaterials Sec8 NonmetallicEnclosures Par10 3 PerfomanceTests secs24 29 ElectricalFlammabilityThermalPropertiesOutdoorUseGasketsandSeals ThermalPropertiesOutdoorUseGasketsandSeals 目前尚未有特殊相關(guān)要求 56 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 AEROVIRONMENTINCEBUSINCELECTRICTRANSPORTATIONNEGINEERINGTOYOTAINDUSTRIESCORP 目前全球取得UL認可制造商 2011 Feb UL2202 電池充電器 FFTG E189046 FFTG E249593 FFTG E175032 FFTG E176041 57 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 PANASONICCORPORATIONDIPL INGWBENDERGMBH COKGTECHNOLOGYRESEARCHCORP 目前全球取得UL認可制造商 2011 Feb FFUQ2 FFQU2 E333831 FFUQ2 E193871 FFUQ2 E174400 UL2231 人員電擊保護設(shè)備 58 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 AVCONCORPBMWOFNORTHAMERICALLCDELPHICORPITTCORPBIWCONNECTORSYSTEMSITTVEAMLLCREMAUSALLCYAZAKIPARTSCOLTD 目前全球取得UL認可制造商 2011 Feb FFV12 E176673 UL2251 充電接口連接 FFV12 E324315 FFV12 E337206 FFV12 E231479 FFV12 E330790 FFV12 E338388 FFV12 E176488 59 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 AEROVIRONMENTINCAVCONCORPCLIPPERCREEKINCCLIPPERCREEKINCCOULOMBTECHNOLOGIESINCELECTRICTRANSPORTATIONENGINEERINGCORP GENERALELECTRICCOLEVITONMFGCOINCPANASONICCORPORATIONPANASONICELECTRICWORKSCOLTDSCHNEIDERELECTRICUSAINCSIEMENSENERGYINC 目前全球取得UL認可制造商 2011 Apr UL2594 AC充電設(shè)備 FFWA E336193 FFWA E194089 FFWA E325742 FFWA E162210 FFWA E341977 FFWA E328478 FFWA E338793 FFWA E336847 FFWA E336867 FFWA E319488 FFWA E338176 FFWA E341456 60 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 BELDENWIRE CABLECOCOLEMANCABLEINCDONGGUANNISTARTRANSMITTINGDRAKACABLETEQUSAINCDYDENCORPSAGAPLANTFUJIELECTRICWIRECOLTDGENERALCABLEINDUSRIESLLCLAKECABLELLC NICHGOHCOMMUNICATIONELECTRICWIRENORTHWIREINCPHILATRONINTERNATIONALPRESTRLITEWIRECORPSOUTHWIRECOTYCOELECTRONICS MADISONCABLEWELLSHINTECHNOLOGYCOLTDYAZAKIELECTRICWIRECOLTD 目前全球取得UL認可制造商 2011 Feb UL62內(nèi)EVCables FFSO E324273 FFSO E312819 FFSO E341742 FFSO E338008 FFSO E338734 FFSO E333751 FFSO E333326 FFSO E344857 FFSO E324180 FFSO E334551 FFSO E325807 FFSO E313310 FFSO E339497 FFSO E345037 FFSO E337756 FFSO E312614 61 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 其他EV基礎(chǔ)設(shè)施的全球標準化現(xiàn)況 62 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 ISO8713ElectricroadvehicleVocabulary 2ndEditionISO8714ElectricroadvehicleReferenceenergyconsumptionandrangeTestproceduresforpassengercarsandlightcommercialvehiclesISO8715ElectricRoadOperatingCharacteristics 1stEditionISO6469 1Electricallypropelledroadvehicles Safetyspecifications Part1 On boardrechargeableenergystoragesystem RESS 2ndEditionISO6469 2Electricallypropelledroadvehicles Safetyspecifications Part2 Vehicleoperationalsafetymeansandprotectionagainstfailures 2ndEditionISO6469 3ElectricroadvehicleSafetyspecificationsPart3 Protectionofpersonsagainstelectrichazards 1stEdition ISO的電動車相關(guān)標準 63 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 美國電工法規(guī) NFPA70 NEC 2009 ARTICLE625 ARTICLE625ElectricvehicleChargingSystem 1 General625 1Scope Theprovisionsofthisarticlecovertheelectricalconductorsandequipmentexternaltoanelectricvehiclethatconnectanelectricvehicletoasupplyofelectricitybyconductiveorinductivemeans andtheinstallationofequipmentanddevicesrelatedtoelectricvehiclecharging 64 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 NFPA70充電站設(shè)置地點 車庫 WhereClassIliquidsorgaseousfuelsarestored handled Ortransferred electricalwiringandelectricalutilizationequipmentshallbedesignedinaccordancewiththerequirementsforClassI Division1or2hazardous classified locationsasclassifiedinaccordancewith500 5and500 6 andthisarticle AClassIlocationshallnotextendbeyondanunpiercedwall Orothersolidpartitionthathasnoopenings A ParkingGarages B RepairGarages WithDispensing ARTICLE511CommercialGarages RepairandStorage 511 3AreaClassification General Parkinggaragesusedforparkingorstorageshallbepermittedtobeunclassified Majorandminorrepairgaragesthatdispensemotorfuelsintothefueltanksofvehicles includingflammableliquidshavingaflashpointbelow38 100 suchasgasoline orgaseousfuelssuchasnaturalgas hydrogen orLPG shallhavethedispensingfunctionsclassificationrequiredbythissection WhereClassIliquids otherthanfuels aredispensed theareawithin900mm 3ft ofanyfillordispensingpoint extendinginalldirections shallbeaClassI Divisionlocation Whereflammableliquidshavingaflashpointbelow38 100 suchasgasoline orgaseousfuelssuchasnaturalgas hydrogen orLPG willnotbedispensed butrepairactivitiesthatinvolvethetransferofsuchlluidsorgasesareperformed theclassificationrulesin 1 2 3 shallapply C MajorRepairGarages 65 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 511 10SpecialEquipment A BatteryChargingEquipment Batterychargersandtheircontrolequipment andbatteriesbeingcharged shallnotbelocatedwithinlocationsclassifiedin511 3 B ElectricVehicleChargingEquipment 1 General AllelectricalequipmentandwiringshallbeinstalledinaccordancewithArticle625 exceptasnotedin511 10 B 2 and B 3 Flexiblecordsshallbeofatypeidentifiedforextra hardusage 2 ConnectorLocation NoconnectorshallbelocatedwithinaClassIlocationasdefinedin511 3 3 PlugConnectionstoVehicles Wherethecordissuspendedfromoverhead itshallbearrangedsotatthelowestpointofsagisatleast150mm 6in abovethefloor Whereanautomaticarrangementisprovidedtopullbothcordandplugbeyondtherangeofphysicaldamage noadditionalconnectorshallberequiredinthecableorattheoutlet 66 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 漏電斷路器 511 12Ground FaultCircuit InterrupterProtectionforPersonnel All125 volt single phase 15 and20 amperereceptaclesinstalledinareaswhereelectricaldiagnosticequipment electricalhandtools orportablelightingequipmentaretobeusedshallhaveground faultcircuitinterrupterprotectionpersonnel 67 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 NFPA70充電站設(shè)置地點 油庫 ARTICLE514MotorFuelDispensingFacilities A UnclassifiedLocations Wheretheauthorityhavingjurisdictioncansatisfactorilydeterminethatflammableliquidshavingaflashpointbelow38 100 suchasgasoline willnotbehandled suchlocationshallnotberequiredtobeclassified B ClassifiedLocations 1 ClassILocations CompressedNaturalGas LiquefiedNaturalGas andLiquefiedPetroleumGasAreas Table514 3 B 1 shallbeappliedwhereClassIliquidsarestored handled ordispensedandshallbeusedtodelineateandclassifymotorfueldispensingusedforthepurposeofdelineatingandclassifyingabovegroundtanks AClassIlocationshallnotextendbeyondanunpiercedwall roof orothersolidpartition 30A 8 1 8 3 68 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 Cont d 514 4wiringandEquipmentInstalledinClassILocations AllelectricalequipmentandwiringinstalledinClassIlocationsasclassifiedin514 3shallcomplywiththeapplicableprovisionsofArticle501 Exception Aspermittedin514 8 514 7WiringandEquipmentAbovetheClassILocations WiringandequipmentabovetheClasslocationsasclassifiedin514 3shallcomplywith511 7 514 16GroundingandBonding Allmetalraceways themetalarmorormetallicsheathoncables andallnon current carryingmetalpartsoffixedportableelectricalequipment regardlessofvoltage shallbegroundedandbonded GroundingandbondinginClassIlocationsshallcomplywith501 30 69 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動車基礎(chǔ)設(shè)施牽涉標準繁多電動車基礎(chǔ)設(shè)施投入廠商日漸增多快速充電不僅對電池是挑戰(zhàn) 對充電設(shè)施更是挑戰(zhàn)電動車基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)立也受到電工法規(guī)的要求 結(jié)論 70 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電動車動力電池 71 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL1642LithiumBatteriesUL1989StandbyBatteriesUL2054HouseholdandCommercialBatteriesUL2591OutlineforBatterySeparatorsUL2575Subject2575Lithium1onBatterySystemsforPowerToolsandOtherAppliances UL電池標準發(fā)展史 72 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 鋰電池鋰離子電池鋰離子聚合物電池 鋰離子電池種類 73 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 典型的充放電特性曲線 74 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 因為電池本身有內(nèi)電阻 所以電池充電時會發(fā)熱 放電時也會發(fā)熱電池的充放電就像人吃飯一樣 電池本身的充放電安全性 剩余電量少的時候 充得快 快滿的時候充的速度就慢了 充電過度時會有爆炸的危險 放電過度 電池會有報廢的危險 工作電流大時 放電速度快 工作電流小時 放電速度慢 工作環(huán)境溫度也會影響充放電的特性 充放電殘余次數(shù)也與過去的充放電歷史有關(guān) 良好的充放電 有賴于對電池充放電模式的掌握 以及對剩余電量的精確評估 精準的量測電壓與電流與工作環(huán)境溫度 75 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 一般鋰離子電池芯結(jié)構(gòu) 76 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 鋰是化學(xué)周期表上直徑最小也最活潑的金屬 體積小所以容量密度高 廣受消費者與工程師歡迎 鋰化學(xué)特性太活潑 則帶來了極高的危險性 鋰金屬暴露在空氣中時 會與氧氣產(chǎn)生激烈的氧化反應(yīng)而爆炸 為了提升安全性及電壓 科學(xué)家們發(fā)明了用石墨及鈷酸鋰等材料一儲存鋰原子 這些材料的分子結(jié)構(gòu) 形成了奈米等級的細小單元格子 可用來儲存鋰幫子 這樣一來 即使是電池外殼破裂 氧氣地入 也會因氧分子太大 進不了這些細小的單元格 使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸 鋰離子電池的這種原理 使得人們在獲得它高容量密度的同時 也達到安全的目的 鋰金屬電池VS鋰離子電池 77 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 鋰鎳鈷電池鋰錳電池 CR123A伏特鋰錳電池 鋰鎳電池磷酸鋰鐵電池 鋰金屬電池正極材料分類與安全關(guān)聯(lián)性 鋰鎳鈷電池是鋰鎳電池和鋰鈷電池的固溶體 綜合體 兼具鋰鎳和鋰鈷的優(yōu)點 一度被產(chǎn)業(yè)界認為是最有取代鋰鈷電池的新正極材料 但鈷正極電池在放電的過程中往往會形成金屬鋰 因為金屬具有易烯的特性 如果安全措施失效時 金屬鋰往往引發(fā)燃燒 所以安全性還是無法有更大突破 鋰錳電池 Li MnO2 Li Mn CR 的成本低而且安全性比鋰鈷好很多 但循環(huán)壽命欠佳 且高溫環(huán)境的循環(huán)壽命更差 高溫時甚至?xí)霈F(xiàn)錳離子溶出的現(xiàn)象 高溫造成自放電嚴重 以致儲能特性差 鋰鎳電池的成本較低且電容量較高 不過 制作過程困難且材料性能的一致生和再現(xiàn)性差 最嚴重的是依然有安全性問題 則同時擁有鋰鈷 鋰鎳和鋰錳的主要優(yōu)點 但不含鈷等貴重元素 原料價格低且磷 鋰 鐵存在于地球的資源含量豐富 不會有供料問題 而且 工作電壓適中 3 2V 電容量大 170mAh g 高放電功率 可快速充電且循環(huán)壽命長 在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高 是目前產(chǎn)業(yè)界認為較符合環(huán)保 安全和高性能要求的鋰離子電池 78 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 FAA的鋰離子電池與鋰聚合物電池的易燃性試驗 DOT FAA AR 09 55January2010FinalReport Figure1 BatteryCellsUsedintheTests a 18650 b 26650 and c Li PoCell 79 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 四電池芯測試結(jié)果 Table3 FireExposureTestResult FourCells 80 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 八電池芯測試結(jié)果 Table4 FireExposureTestResult EightCells 81 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 內(nèi)短路的失效分析 82 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 電池芯的爆炸 83 電動車充電系統(tǒng)與動力電池安全規(guī)范現(xiàn)況 UL1642電池芯測試 10Short CircuitTest11AbnormalChargingTest12Forced D