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文檔簡介
電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況Benjamin.Chen@tw.ul1電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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)扮演的角色結論議程大綱2電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況電動車系統(tǒng)=電動車+根底設施EV系統(tǒng)概述3電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況電動車系統(tǒng)市場化驅動力4電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況:///wiki/History_of_the_electric_vehicleTheinventionoftheelectricvehicleisattributedtovariouspeople.In1828,AnyosJedlik,aHungarianwhoinventedanearlytypeofelectricmotor,createdatinymodelcarpoweredbyhisnewmotor.[1]In1834,VermontblacksmithThomasDavenport,theinventorofthefirstAmericanDCelectricalmotor,installedhismotorinasmallmodelcar,whichheoperatedonashortcircularelectrifiedtrack.[2]In1835,ProfessorSibrabdusStratinghofGroningen,theNetherlandsandhisassistantChristoperBeckercreatedasmall-scaleelectricalcar,poweredbynon-rechargeableprimarycells.[3]電動車開展史–最早的電動車5電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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://green.autoblog/2007/11/09/la-2007-preview-are-their-really-any-new-ideas-1900-porsche-e/6電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況靜音低速扭力減少碳以及其他污染物排放動力機構簡化低化石燃料依賴性電動車的其他優(yōu)勢7電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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8電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況USJapanEUChinaTaiwan全球試運行工程9電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況TheEVProjectProjectGetReadySolarCityUS://theevproject/partners.php://projectgetready/category/partners://solarcity/default.aspx10電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況SmallNetworkProjectChaDeMoJapan://nttdocomo/pr/2021/001490.html://chademo/11電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況FrenchItalyGermanySpian?Uk?EUEVChargingPlan://jcwinnie.bix/wordpress/?p=5832E-Moving://automoticeworld/nwes/powertrain/81281-italy-renault-nissan-and-a2a-finalise-ev-agreementE-MobilityBerlin://daimler/dccom/0-5-7153-1-1125767-1-0-0-0-0-0-9293-7145-0-0-0-0-0-0-0.html://thegreencarwebsite.co.uk/blog/index/php/2021/04/07/spain-invests-590-million-into-electric-cars/12電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況ChinaTaiwanHKGreaterChina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方案中電13電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況MitsubishiINissanLEAFFordTRANSITconnectelectricTeslaRoadsterSport2.5TH!NKCity2021年電動車款://cardealermagazine.co.uk/publish/wp-content/uploads/2021/03/citroen_c-zer_2.jpg14電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況CodaAutomotiveSedanTeslaMotorsmodelSFordFocuselectricBMWActiveE2021年的電動車款AAAACik/WnPvWhKNLc/s400Renault+EV+2021_Renualt_Zoe.jpg15電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況Fial500minicaraudi
e-tronHondaFitEVAudiR8EV2021年的電動車款16電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況MercedesSLSE-CellAMGVWGolfBlue-e-motionBMWi32021年的電動車款17電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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Summary18電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況電動車101-電動車系統(tǒng)一重要數(shù)據(jù)19電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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1000kg0~100km/h,8second1500kg300kmperrefuel續(xù)航力車重0~100km/h,3second20電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況依據(jù)目前較為成熟的電動車技術,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,并且不考慮轉換效率、摩擦力、熱損等因素功能要求設計條件石油車與電動車的模擬關系與條件設定加速:0~108km/h,10second(跑車大多為6秒,賽車那么是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)動轉本錢(影響市場驅動力)21電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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=4,500ntD=V0*t+1/2*a*t2=0.5*3*102=105mW=F*D=4,500*150=675KJP=W÷T=675÷10s=67.5KW(~90Hp)22電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況假設續(xù)航力是100km,在到達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=3,328secondsW=67.5KW*10second+67.5kw*?*3,328second=112,995KJ~113MJ(://fuji.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!)23電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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!)假設利用住宅區(qū)的根底線路(600V),而且充電時間要在10分鐘內〔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??!24電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況以行走100KM進行計算鋰電池式電動車運轉電力本錢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換效率而變化25電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況一般的所謂平安電流、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平安無虞的!!充電系統(tǒng)的絕緣平安性問題30VDCmaximum,8Amaximumand100Wmaximum!!26電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況僅就傳導線在進行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)生文獻記載銅導體的體積電阻率為16.78nΩm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,假設導熱的厚度僅有0.2cm,比重大約為1如果將上例中的導體長度維持不變,但是導體直徑變?yōu)橐话霑r〔節(jié)省本錢〕,PVC導熱厚度不變依據(jù)奧姆定律,產(chǎn)生熱量為4倍,導熱材料質量變?yōu)?/3,溫度上升量將可以到達12倍〔~80℃〕,PVC將會產(chǎn)生熔化的情況!!
16.78nΩm*10-9*2m÷(0.01m*0.01m*3.14÷4)~0.004275Ω
W=I2*R=300A*300A*0.004275Ω~400joule絕緣外被導熱區(qū)熱質量為(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導熱區(qū)上升400joule÷0.9J/Gk~6.5℃〔還算可以接受!!〕27電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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控制器馬達水泵變頻器齒輪箱模式調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28電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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根底設施-充電系統(tǒng)://greencarsite.co.uk/econews/electric-vehicle-charging-sations.htm29電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況接地系統(tǒng)電阻與允許電流危險區(qū)域內產(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平安性問題30電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL與IEC在電動車系統(tǒng)現(xiàn)行標準對照表31電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況2021新標準制定活動32電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況電動車的電池重量與續(xù)航力的設定有關電動車的充電速率會影響到充電系統(tǒng)的設計電動車在能源價格上確實有優(yōu)勢電動車也存在本質上的平安問題結論33電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況電動車根底設施34電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況充電式
更換式〔Swapping〕添加式電動車根底設施依據(jù)動力補充模式分類傳導式〔Conductive〕感應式〔Inductive〕BetterPlace燃料電池油電混合動力35電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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://greenoptimistic/2021/11/06/earthsures-wind-solar-powered-electric-car-would-it-work36電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況充電模式傳導式充電模式分級傳導式
Level1Level2DCLevel3充電等級標準輸出電壓(Volts)最大連續(xù)輸出電流(Amps)斷路器額定電流(Amps)AClevel1120vac,單相12A15A(minimum)AClevel2208to240vac,單相32A40ADCCharging600vdcmax400AmaxAsrequired37電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況:///wiki/Magne_Charge_ChargeInductivechargingsystemusedtochargebatteryelectricvehicles(BEV)formerlymadebyGeneralMotors,forvehiclessuchastheEV1,ChevyS10EV,andotherelectricvehicles.Themostcommonwasthe6.6kWversionalthoughahigherpowerfastchargeversionswasdemonstrated.MagneChargesupportwaswithdrawnbyGeneralMotorsin2002,aftertheCaliforniaAirResourcesBoardsettledonaconductivecharginginterfaceforelectricvehiclesinCalifornia.感應式充電MagneCharge[DelcoElectronics]38電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況://allcarselectric/blog/1036051_german-firm-says-inductive-road-charging-of-vehicles-only-2-3-years-awayIngenieurgesellschaftAutoundVerkehr(IAV)KAIST,OnlineElectricVehicle(OLEV)行進感應充電39電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況://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-Mercedes40電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況://betterplace/the-solution-batteries現(xiàn)在的電池交換概念–BetterPlace41電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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?傳導充電式VS感應充電式?不同充電模式的優(yōu)缺點比較?42電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL在EV根底設施的安規(guī)標準與測試方法摘錄43電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況再生能源并網(wǎng)AC充電模式標準分布圖EnergyGeneratorUL1703FlatPVUL8703cpvUL6141LargeWTUL6142S&mWTInverter/ConverterUL1741forPVUL6171forWTGridConnectionNECControlsUL508ICEUL991PLCUL1998SoftwareUL60730ModulePersonnelProtectionSystemsUL2231I.T.AccessoriesUL60950MeterUL61010-1MeasurementUL2735MeterACChargingStationUL2594Plugs,Receptacles,&CouplerUL2251EV44電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況再生能源直接充電模式標準分布圖EnergyGeneratorUL1703FlatPVUL6141largeWTUL6142S&MWTConverterUL1741forPVUL6171forWTEnergyStorageFuelCellStackLargeBatteriesPackControlPanelUL508ICEUL991PLCUL1998SoftwareUL60730ModulePersonnelProtectionSystemsUL2231I.T.AccessoriesUL60950MeterUL61010-1MeasurementUL2735MeterDCChargingStationUL2594/UL2202Plugs,Receptacles,&CouplerUL2251EVConverterUL174145電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況標準開展時間表46電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL2202標準-電動車DC充電設備Thiscategorycoversconductiveandinductivechargingsystemequipment,intendedforusewithelectricvehicle.Off-boardequipmentisintendedforindoororindooruse,raded600Vorlessandisintendedtobeconnectedtothevehiclebymeansofaflexiblecordandanelectricvehicleconnector.47電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況□48LeakageCurrentTest□49LeakageCurrentTest□50PowerInputTst□51TemperatureTest□52DielectricVoltage-WithstandTest
□53Volt-AmpereCapacityMeasurement□54AbnormalTests□55FlangedBobbinTransformerAbnormalTest□56StrainReliefandFlexingTests□57GroundingImpedanceTest□58OvercurrentProtectioncalibrationTest□59StrengthofTerminalInsulatingBaseandsupportTest□60BondingConductorTest□61ImpactonGlassCoveredOpenings□62EvaluationofReducedSpacingsonPrinted-WiringBoards□63HeatSinkTemperatureCyclingTest□34TestsforPermanenceofCordTag□65TestsonTransformerInsulatingMaterials□66BusBarTests□67HarmonicDistortionTestUL2202測試工程
52.2Maximum-Voltage-WithstandTest52.3ACandDCpowercircuits52.4Secondarycircuits52.5Inducedpotential
54.2Transformerburnouttest54.3Transformeroverloadtest54.4Shortcircuittest54.5Overchargetest54.6Capacitorfaulttest54.7Forcedventilationtest54.8Componentshort-andopen-circuittest54.9Electrilyticcapacitorfualttest54.10Vibrationtest
56.1Strainrelief56.2flexing
64.2Shortedtracetest
64.2Testconditions64.3Testmethod48電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL2594標準-電動車AC充電設備1.1Thisoutlinecoverselectricvehicle(EV)supplyequipment.Ratedamaximumof250Vac,withafrequencyof60Hz,andintendedtoprovidepowertoanelectricvehiclewithanon-boardchargingunit.Thisoutlinecoverselectricvehiclesupplyequipmentintendedforusewhereventilationisnotrequired.1.2Withreferenceto1.1,theproductscoveredbythisoutlineincludeEVcordsetsandEVchargingstations.EVcordsetsmaybedesignatedasportablecordsetsorstationarycordsetsandbydesignatedforindoororotdooruse.EVchargingstationsmaybedesignatedaseithermovableorpermanentchargingstationsandmaybydesignatedforindoororoudooruse.1.3TheproductscoveredbythisoutlineareintendedforuseinaccordancewiththeNationalElectricalCode(NEC),ANSI/NFPA70.1.5Withreferenceto1.2,thisoutlinedoesnotcoverelectricvehiclechargingunits.49電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況□44LeakageCurrentTest□45LeakageCurrentTestFollowingHumidityConditioning□46InputTest□47TemperatureTest□48CapacitorDischargeTest□49DielectricVoltageWithstandTest
□50AbnormalTests□51FlangedBobbinTransformerAbnormalTest□52StrainReliefTestsUL2594安規(guī)測試工程49.2Maximumvoltagemeasurements49.3ACandDCpowercircuits(primary)49.4Secondarycircuits49.5Inducedpotential
50.2Transformerburnouttest50.3Transformeroverloadtest50.4Shortcircuittest50.5Capacitorfaulttest50.6ForcedVentilationtest50.7Componentfaulttests50.8Electrolyticcapacitorfaulttest50.9Vibrationtest52.2Pullstrainrelieftest52.3Pushbackstrainrelieftest50電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況□53EVCableSecurenessTest□54.1GroundingTests□55impactTest□56VehicleDriveOverTest□57DropTest□58StrengthofterminalInsulatingBaseandSupport□59ImpactonGlassCovers□60BondingConductorTests□61EvaluationofReducedSpacingsonPrintedWiringBoards
□62MountingMeansTest□63StrengthofHandles□64MoldStressTest□65EnvironmentalTestsCont’d
60.2Currenttest60.3Limitedshortcircuittest65.2Driptest65.3Dusttest65.4Indoorsettingdusttest65.5Indoorcirculatingdusttest65.6Extemalicingtest65.7Hosedowntest65.8Indoorcorrosionprotection54.1Groundimpedancetests54.2Groundcontinuitytest51電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況□66TestsforPermanenceofCordTags□67testsonTransformerInsulatingMaterials□68HarmonicDistortion□69MetallicCoatingThicknessTest□70ComparativeTrackingIndexTest□71GlowWiretest□72HighCurrentAtcresistancetoIgnitionTest□73OvercurrentProtectionCalibrationTestCont’d
65.9Outdoorcorrosionprotection65.10Additionalcorrosionprotection65.11Submersiontest65.12Pressuretest65.13Gaskettest65.14Waterexposuretest65.15UVexposure65.46Chemicalexposure52電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL2231-1,2.標準-電動車充電系統(tǒng)個人防護設備Thiscategorycoversground-faultprotectivedevices,suchaschargingcircuitinterruptingdevicesandisolationmonitor/interrupters,intendedforusewithelectricvehiclechargingsystems.Achargingcircuitinterruptingdeviceisonewhosefunctionistodetectgroundfaultcurrentorotherconditionsthatmaybehazardousandcauseinterruptionoftheelectriccircuittothechargingsystemorthevehiclewhenafaultoccurs.Itmayalsofunctionunderotherhazardousconditions,suchaswhenanopen-groundisdetected.53電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL62標準-電動車用電線電纜
ThiscategorycoverselectricvehiclecableListedforuseinaccordancewithArticle400oftheNEC.TheinsulationandjacketareofthermosetmaterialforTypesEVJandEV,thermoplasticelastomer
(TPE)forTypesEVJTandEVT.Thecableisusedtosupplypower,signal,andcontroltoelectricvehiclesduringthechargingprocess.Electricvehiclecableemploysstrandedcopperconductorsinasizerangeof18AWGto500kcmil.54電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL2251UL2580UL2271UL2231-1and-2標準內對聚合物認證的安規(guī)要求InsulatingMaterials(Sec8)NonmetallicEnclosures(Par10.3)
PerfomanceTests(secs24-29)ElectricalFlammabilityThermalPropertiesOutdoorUseGasketsandSealsThermalPropertiesOutdoorUseGasketsandSeals
目前尚未有特殊相關要求55電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況AEROVIRONMENTINCEBUSINCELECTRICTRANSPORTATIONNEGINEERINGTOYOTAINDUSTRIESCORP目前全球取得UL認可制造商(~2021/Feb.)-UL2202(電池充電器)FFTG.E189046FFTG.E249593FFTG.E175032FFTG.E17604156電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況PANASONICCORPORATIONDIPL-INGWBENDERGMBH&COKGTECHNOLOGYRESEARCHCORP目前全球取得UL認可制造商(~2021/Feb.)FFUQ2/FFQU2.E333831FFUQ2.E193871FFUQ2.E174400-UL2231(人員電擊保護設備)57電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況AVCONCORPBMWOFNORTHAMERICALLCDELPHICORPITTCORPBIWCONNECTORSYSTEMSITTVEAMLLCREMAUSALLCYAZAKIPARTSCOLTD目前全球取得UL認可制造商(~2021/Feb.)FFV12.E176673
-UL2251(充電接口連接)FFV12.E324315FFV12.E337206FFV12.E231479FFV12.E330790FFV12.E338388FFV12.E17648858電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況AEROVIRONMENTINCAVCONCORPCLIPPERCREEKINCCLIPPERCREEKINCCOULOMBTECHNOLOGIESINCELECTRICTRANSPORTATIONENGINEERINGCORPGENERALELECTRICCOLEVITONMFGCOINCPANASONICCORPORATIONPANASONICELECTRICWORKSCOLTDSCHNEIDERELECTRICUSAINCSIEMENSENERGYINC目前全球取得UL認可制造商(~2021/Apr.)
-UL2594(AC充電設備)
FFWA.E336193
FFWA.E194089
FFWA.E325742
FFWA.E162210
FFWA.E341977
FFWA.E328478
FFWA.E338793
FFWA.E336847
FFWA.E336867
FFWA.E319488
FFWA.E338176
FFWA.E34145659電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況BELDENWIRE&CABLECOCOLEMANCABLEINCDONGGUANNISTARTRANSMITTINGDRAKACABLETEQUSAINCDYDENCORPSAGAPLANTFUJIELECTRICWIRECOLTDGENERALCABLEINDUSRIESLLCLAKECABLELLCNICHGOHCOMMUNICATIONELECTRICWIRENORTHWIREINCPHILATRONINTERNATIONALPRESTRLITEWIRECORPSOUTHWIRECOTYCOELECTRONICS/MADISONCABLEWELLSHINTECHNOLOGYCOLTDYAZAKIELECTRICWIRECOLTD目前全球取得UL認可制造商(~2021/Feb.)
-UL62內EVCables
FFSO.E324273
FFSO.E312819
FFSO.E341742
FFSO.E338008
FFSO.E338734
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FFSO.E324180
FFSO.E334551
FFSO.E325807
FFSO.E313310
FFSO.E339497
FFSO.E345037
FFSO.E337756
FFSO.E31261460電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況其他EV根底設施的全球標準化現(xiàn)況61電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況ISO8713ElectricroadvehicleVocabulary-2ndEditionISO8714ElectricroadvehicleReferenceenergyconsumptionandrangeTestproceduresforpassengercarsandlightcommercialvehiclesISO8715ElectricRoadOperatingCharacteristics-1stEditionISO6469.1Electricallypropelledroadvehicles–Safetyspecifications–Part1:On-boardrechargeableenergystoragesystem(RESS)–2ndEditionISO6469.2Electricallypropelledroadvehicles–Safetyspecifications–Part2:Vehicleoperationalsafetymeansandprotectionagainstfailures–2ndEditionISO6469.3ElectricroadvehicleSafetyspecificationsPart3:Protectionofpersonsagainstelectrichazards–1stEditionISO的電動車相關標準62電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況美國電工法規(guī)NFPA70(NEC)2021–ARTICLE625ARTICLE625ElectricvehicleChargingSystem1.General625.1Scope.Theprovisionsofthisarticlecovertheelectricalconductorsandequipmentexternaltoanelectricvehiclethatconnectanelectricvehicletoasupplyofelectricitybyconductiveorinductivemeans,andtheinstallationofequipmentanddevicesrelatedtoelectricvehiclecharging.63電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況NFPA70充電站設置地點(車庫)WhereClassIliquidsorgaseousfuelsarestored,handled.Ortransferred,electricalwiringandelectricalutilizationequipmentshallbedesignedinaccordancewiththerequirementsforClassI,Division1or2hazardous(classified)locationsasclassifiedinaccordancewith500.5and500.6,andthisarticle.AClassIlocationshallnotextendbeyondanunpiercedwall.Orothersolidpartitionthathasnoopenings.(A)ParkingGarages.(B)RepairGarages,WithDispensing.
ARTICLE511CommercialGarages,RepairandStorage511.3AreaClassification,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.64電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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.65電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況漏電斷路器
511.12Ground-FaultCircuit-InterrupterProtectionforPersonnel.All125-volt,single-phase,15-and20-amperereceptaclesinstalledinareaswhereelectricaldiagnosticequipment,electricalhandtools,orportablelightingequipmentaretobeusedshallhaveground-faultcircuitinterrupterprotectionpersonnel.66電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況NFPA70充電站設置地點(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]67電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況Cont’d514.4wiringandEquipmentInstalledinClassILocations.
□AllelectricalequipmentandwiringinstalledinClassIlocationsasclassifiedin514.3shallcomplywiththeapplicableprovisionsofArticle501.
-Exception:Aspermittedin514.8.514.7WiringandEquipmentAbovetheClassILocations.
□WiringandequipmentabovetheClasslocationsasclassifiedin514.3shallcomplywith511.7.514.16GroundingandBonding.
□Allmetalraceways,themetalarmorormetallicsheathoncables,andallnon-current-carryingmetalpartsoffixedportableelectricalequipment,regardlessofvoltage,shallbegroundedandbonded.GroundingandbondinginClassIlocationsshallcomplywith501.30.68電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況電動車根底設施牽涉標準繁多電動車根底設施投入廠商日漸增多快速充電不僅對電池是挑戰(zhàn),對充電設施更是挑戰(zhàn)電動車根底設施的設立也受到電工法規(guī)的要求結論69電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況電動車動力電池70電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL1642LithiumBatteriesUL1989StandbyBatteriesUL2054HouseholdandCommercialBatteriesUL2591OutlineforBatterySeparatorsUL2575Subject2575Lithium1onBatterySystemsforPowerToolsandOtherAppliancesUL電池標準開展史71電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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72電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況典型的充放電特性曲線://libattery.tripod/newpage2.htm73電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況因為電池本身有內電阻,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平安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。充放電剩余次數(shù)也與過去的充放電歷史有關。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〕。74電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況一般鋰離子電池芯結構75電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況鋰是化學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送。鋰化學特性太活潑,那么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)生劇烈的氧化反響而爆炸。為了提升平安性及電壓,科學家們創(chuàng)造了用石墨及鈷酸鋰等材料一儲存鋰原子。這些材料的分子結構,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防止爆炸。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,也到達平安的目的。鋰金屬電池VS鋰離子電池76電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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平安關聯(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,如果平安措施失效時,金屬鋰往往引發(fā)燃燒,所以平安性還是無法有更大突破。鋰錳電池「Li-MnO2(Li-Mn,“CR〞)」的本錢低而且平安性比鋰鈷好很多,但循環(huán)壽命欠佳,且高溫環(huán)境的循環(huán)壽命更差,高溫時甚至會出現(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。鋰鎳電池的本錢較低且電容量較高,不過,制作過程困難且材料性能的一致生和再現(xiàn)性差,最嚴重的是依然有平安性問題。那么同時擁有鋰鈷、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、平安和高性能要求的鋰離子電池。77電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(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-09/55January2021FinalReportBatteryCell1BatteryCell2BatteryCell3BatterytypeCylindricalLi-ionCylindricalLi-ionLi-ionPolymerBatterysize186502665031/2〞x4〞x1/4〞ChemistryLithiumIronPhosphateLithiumIronPhosphateLithiumCobaltDioxideCapacity(mAh)11502300800Nominalvoltage3.33.33.7Chargevoltage3.853.64.2Figure1.BatteryCellsUsedintheTests(a)18650,(b)26650,and(c)Li-PoCell78電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況四電池芯測試結果Table3.FireExposureTestResult-FourCellsBatteryCellTypeApproximateTimetoFirstEvent(min)PeakTemperature(℉)ApproximateTimetoReachPeakTemperature(min)FireDuration(min)10.755601.54.522.007002.004.530.759001.001.7579電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況八電池芯測試結果Table4.FireExposureTestResult-EightCellsBatteryCellTypeApproximateTimetoFirstEvent(min)PeakTemperature(℉)ApproximateTimetoReachPeakTemperature(min)FireDuration(min)11.005452.005.2522.505802.503.2530.757501.002.2580電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況內短路的失效分析DendriteUnsafeDesignSevereEnvironmentProcessIssuesMechanicalAbuseInternalShort-CircuitOverchargeDropCrushImpactShock/VibrationContaminationBurrsTab/electrodemisalignmentOther(e.g,badwelding,loosemetalpart)AbnormalTemperatureAbnormalPressureOver-designImproperSeparatorMaterialPropertiesImbalance81電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況電池芯的爆炸82電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL1642電池芯測試10Short-CircuitTest11AbnormalChargingTest12Forced-DischargeTest13CrushTest14ImpactTest15ShockTest16VibrationTest17HeatingTest18TemperatureCyclingTest19LowPressure(AltitudeSimulation)20ProjectileTests
ELECTRICALTESTS
MECHANICALTESTS
ENVIRONMENTALTESTS
FIREEXPOSURETEST83電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況小型串聯(lián)電池組的爆炸84電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況UL2054小型電池模型塊測試9Short-CircuitTest10AbnormalChargingTest11AbusiveOverchargeTest12Forced-DischargeTest13LimitedPowerSourceTest13ABatteryPackComponentTemperatureTest13BBatteryPackSurfaceTemperatureTest14CrushTest15ImpactTest16ShockTest17VibrationTest19250NSteadyForceTest20MoldStressReliefTest21DropImpactTest22ProjectileTest23HeatingTest24TemperatureCyclingTest
ELECTRICALTESTS
MECHANICALTESTS
BATTERYENCLOSURETESTS
FIREEXPOSURETEST
ENVIRONMENTALTESTS85電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況車用電池組的爆炸86電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況車用電池組在完全沒通電與碰撞下可能的自燃性原因?特性不匹配電池串并聯(lián),造成內部回路的形成對內部某電池串的過充?87電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安標準現(xiàn)況超越六個標準偏差?或者···同樣為百萬分之一的失效率的電池一千顆串并聯(lián)在一起時有比提高電池良率更經(jīng)濟有效的方法嗎?失效機率會變成···
百萬分之一的一千次方?一千分之一?備用(Redundancy)系統(tǒng)的存在性備用系統(tǒng)間的要求福島核電廠失效給我們的啟示···88電動車充電系統(tǒng)與動力電池平安
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