IEC61851規格の4つのEV充電モード

この記事では、国際電気標準会議（IEC）によって指定されたさまざまなEV充電モードについて説明します。

EV市場のニーズに応えるために国際規格が開発されています。世界的なEVの普及は、EV市場の安全性、信頼性、相互運用性の問題に対処できる確立された国際規格に依存しています。

この記事では、国際電気標準会議（IEC）によって指定されたさまざまなEV充電モードについて説明します。これらのモードは、電気自動車の導電性充電システムを扱うIEC61851規格で指定されています。この規格では、モード1、2、3、および4と呼ばれる4つの異なる充電モードについて説明しています。

IECは、EV充電技術の他の側面を扱う他の規格を開発しました。たとえば、IEC 62196はプラグ、ソケットアウトレット、車両コネクタ、および車両インレットについて説明していますが、IEC 61980は電気自動車のワイヤレス電力伝送（WPT）システムを扱っています。

さまざまな種類のケーブル接続

IEC 61851-1は、次の図に示すように、3つの異なるタイプの接続について説明しています。

EV充電ケーブルの3つの主要なタイプ。ザグレブ大学の厚意により使用された画像

ケースAの場合、ケーブルはEVに恒久的に接続されますが、充電ステーション（EVSEとも呼ばれます）EVSE側で取り外し可能です。ケースBは両端で取り外し可能なケーブルを指定し、ケースCはEVSEに恒久的に接続されているケーブルです。

EV充電モード1

このモードでは、EVは家庭用ソケットに直接接続されます。このモードの最大電流は16Aであり、その電圧は単相システムの場合は250 Vを超えてはならず、三相ネットワークの場合は480Vを超えてはなりません。

家庭用ソケットに接続するEVの基本構造。ザグレブ大学の厚意により使用された画像

モード1は、可能な限り最も単純な充電モードであり、EVと充電ポイント間の通信をサポートしていません。この充電モードは、多くの国で禁止または制限されています。

EV充電モード2

家庭用コンセントは、必ずしも実際の基準に従って電力を供給しているわけではありません。さらに、家庭用に設計されたコンセントとプラグは、最大定格値での連続電流引き込みに耐えられない場合があります。

そのため、制御機能や安全機能を持たずにEVをコンセントに長時間接続すると、感電のリスクが高まる可能性があります。この問題を解決するために、専門家は、ケーブル内制御および保護装置（IC-CPD）を備えた特殊なタイプの充電ケーブルを使用する充電モード2を開発しました。

IC-CPDは、必要な制御および安全機能を実行します。このモードの最大電流は32Aであり、その最大電圧は250V単相または480V三相を超えてはなりません。モード2は、家庭用ソケットと産業用ソケットの両方で使用できます。

このモードの安全機能は、保護接地接続を検出および監視できます。過電流および過熱保護は、モード2がサポートする他の2つの安全機能です。さらに、EVSEは、EVへの接続を検出し、その充電電力需要を分析するため、機能的な切り替えを実行できます。

充電モード2と関連するケーブルを次の図に示します。

充電モード2および関連するケーブル。画像（変更）は、ザグレブ大学とアリバハラミの好意により使用されました

モード2はプライベート充電に使用できますが、そのパブリック使用は多くの国で制限されています。

EV充電モード3

このモードでは、専用のEVSEとEV搭載充電器を使用します。充電ステーションからのAC電流は、バッテリーを充電するためにオンボード回路に適用されます。公共の安全を保証するために、いくつかの制御および保護機能が採用されています。これには、保護アース接続およびEVSEとEV間の接続の確認が含まれます。

さらに、このモードでは、充電電流をケーブルアセンブリの最大電流能力に調整できます。この充電モードの最大電流は、250 V1相または480V3相ネットワークのいずれかで250Aです。また、モード2と互換性のある動作モードもサポートしており、1相と3相の両方のケースで最大電流が32A未満に制限されています。

このモードでは、3つの可能な接続（ケースA、ケースB、およびケースC）のいずれかを使用できます。ケースBとケースCを以下に示します。

充電モード3のケースBとケースC。画像はザグレブ大学の厚意により使用されました

このモードが充電ステーションとEV間の通信をどのように定義するかを見てみましょう。次の図に、モード3の制御パイロット回路を示します。

モード3のパイロット回路を制御します。画像（変更）はEnergiesの厚意により使用されました。

スイッチS1、S2、およびS3のステータスに応じて、「パイロット接点」に異なる電圧レベルが表示されます。これは、さまざまな充電段階の表現として使用できます。 EVは次のように充電サイクルを開始できます：

充電ケーブルを接続する前に、スイッチS2とS3はオフになっており、S1は12 VDC電源に接続されています。この場合、EVSEがパイロット接点で測定する電圧は12 V DCです（EVSEはEVがまだ接続されていないことを認識します）。

充電ケーブルをEVとEVSEの両方に接続した後、EV側のコントローラーがS3をオンにして、パイロット接点の電圧を約9 Vに下げることができます。これにより、ケーブルがEVとEVの両方に接続されていることがEVSEに通知されます。とEVSE。さらに、パイロット接点のDC 9 V信号は、EVSEがまだ準備ができていないことをEVに通知します。

EVSEがEVを充電する準備ができると、S1を発振器に接続します。パイロット接点のPWM信号は、EVSEの準備ができていることをEVに通知します。

次に、EVはS2をオンにして、パイロット接点に約6 Vの電圧を生成し、それも準備ができていることを示します。この段階で生成される電圧は、R3抵抗の値によって異なります。この抵抗の値は、この充電エリアで換気が必要かどうかを指定します。 R3 =1.3kΩの場合、パイロット接点電圧は約6 Vです。これは、換気が不要な充電領域に対応します。換気が必要な領域では、R3 =270Ωが使用され、パイロット接点電圧は約3Vになります。

車両が充電されているか、何らかの理由で充電サイクルを中止したい場合は、S2をオフにすることができます。これにより、PWMの正の電圧レベルが9 Vに変更され、EVが充電される準備ができていないことがEVSEに通知されます。

EV充電モード4

これは、DC出力を備えたオフボード充電器を組み込んだ唯一の充電モードです。 DC電流はバッテリーに直接供給され、オンボード充電器はバイパスされます。このモードでは、最大電流400Aで600V DCを供給できます。このモードに含まれる高電力レベルでは、より高いレベルの通信とより厳格な安全機能が必要になります。

モード4では、充電ケーブルが充電ステーションに恒久的に接続されているケースC接続のみが許可されます。

クラスC接続のモード4。画像はAliBahramiの好意により使用されました

結論

IEC 61851規格は、電気自動車の導電性充電システムを扱っています。この規格では、モード1〜4の4つの異なる充電モードについて説明しています。

最初の3つのモードは、AC電流をEV搭載充電器に供給します。ただし、モード4は、DC電流をバッテリーに直接供給し、オンボード充電器をバイパスします。モード3は、公共の安全を目的として、いくつかの制御および保護機能を採用しています。この記事では、このモードの制御パイロット回路について詳しく説明しました。