Empat Mode Pengisian Daya EV dalam Standar IEC 61851

Dalam artikel ini, kita akan melihat berbagai mode pengisian EV yang ditentukan oleh International Electrotechnical Commission (IEC).

Standar internasional sedang dikembangkan untuk menjawab kebutuhan pasar EV. Penyerapan EV global bergantung pada standar internasional mapan yang dapat mengatasi masalah keamanan, keandalan, dan interoperabilitas pasar EV.

Dalam artikel ini, kita akan melihat mode pengisian EV yang berbeda yang ditentukan oleh International Electrotechnical Commission (IEC). Mode ini ditentukan dalam standar IEC 61851 yang berhubungan dengan sistem pengisian konduktif kendaraan listrik. Standar ini menjelaskan empat mode pengisian daya berbeda yang disebut mode 1, 2, 3, dan 4.

IEC telah mengembangkan standar lain yang berhubungan dengan aspek lain dari teknologi pengisian EV. Misalnya, IEC 62196 membahas colokan, stopkontak, konektor kendaraan, dan saluran masuk kendaraan, sedangkan IEC 61980 membahas sistem transfer daya nirkabel (WPT) kendaraan listrik.

Berbagai Jenis Koneksi Kabel

IEC 61851-1 menjelaskan tiga jenis koneksi yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Tiga jenis utama kabel pengisi daya EV. Gambar digunakan atas izin Universitas Zagreb

Dengan Kasus A, kabel terhubung secara permanen ke EV tetapi dapat dilepas di stasiun pengisian (juga disebut EVSE—peralatan pemasok kendaraan listrik) di sisi EVSE. Kasus B menentukan kabel yang dapat dilepas di kedua ujungnya dan Kasus C adalah kabel yang terhubung secara permanen ke EVSE.

Mode Pengisian Daya EV 1

Dengan mode ini, EV terhubung langsung ke stopkontak rumah tangga. Arus maksimum mode ini adalah 16 A dan tegangannya tidak boleh melebihi 250 V dengan sistem fase tunggal dan 480 V dalam kasus jaringan tiga fase.

Struktur dasar EV yang terhubung ke soket rumah tangga. Gambar digunakan atas izin Universitas Zagreb

Mode 1 adalah mode pengisian daya yang paling sederhana dan tidak mendukung komunikasi apa pun antara EV dan titik pengisian daya. Mode pengisian daya ini dilarang atau dibatasi di banyak negara.

Mode Pengisian Daya EV 2

Stopkontak rumah tangga tidak selalu menyediakan daya listrik sesuai standar yang sebenarnya. Selain itu, soket dan colokan yang dirancang untuk aplikasi rumah tangga mungkin tidak dapat mentolerir penarikan arus kontinu pada nilai pengenal maksimum.

Itu sebabnya menghubungkan EV ke stopkontak dalam waktu lama tanpa fungsi kontrol dan keselamatan dapat meningkatkan risiko sengatan listrik. Untuk mengatasi masalah ini, spesialis mengembangkan mode pengisian daya 2 yang menggunakan jenis kabel pengisian khusus yang dilengkapi dengan perangkat kontrol dan perlindungan dalam kabel (IC-CPD).

IC-CPD melakukan fungsi kontrol dan keamanan yang diperlukan. Arus maksimum mode ini adalah 32 A dan tegangan maksimumnya tidak boleh melebihi 250 V fase tunggal atau 480 V fase tiga. Mode 2 dapat digunakan dengan soket rumah tangga dan industri.

Fungsi keselamatan dari mode ini dapat mendeteksi dan memantau sambungan arde pelindung. Perlindungan arus berlebih dan suhu berlebih adalah dua fungsi keselamatan lain yang didukung mode 2. Selain itu, EVSE dapat melakukan peralihan fungsional karena mendeteksi koneksi ke EV dan menganalisis permintaan daya pengisian dayanya.

Mode pengisian daya 2 dan kabel terkait ditunjukkan pada gambar berikut.

Mode pengisian daya 2 dan kabel terkait. Gambar (dimodifikasi) digunakan atas izin Universitas Zagreb dan Ali Bahrami

Meskipun mode 2 dapat digunakan untuk pengisian daya pribadi, penggunaan publiknya tunduk pada pembatasan di banyak negara.

Mode Pengisian Daya EV 3

Mode ini menggunakan EVSE khusus bersama dengan pengisi daya terpasang EV. Arus AC dari stasiun pengisian diterapkan ke sirkuit terpasang untuk mengisi baterai. Beberapa fungsi kontrol dan perlindungan digunakan untuk menjamin keselamatan publik. Ini termasuk memverifikasi sambungan arde pelindung dan sambungan antara EVSE dan EV.

Selain itu, mode ini dapat menyesuaikan arus pengisian ke kemampuan arus maksimum dari unit kabel. Arus maksimum dari mode pengisian ini adalah 250 A dengan jaringan fase 1 250 V atau 480 V 3 fase. Ini juga mendukung mode operasional yang kompatibel dengan mode 2 di mana arus maksimum dibatasi hingga kurang dari 32 A untuk kasus 1 fase dan 3 fase.

Salah satu dari tiga kemungkinan koneksi (Kasus A, Kasus B, dan Kasus C) dapat digunakan dalam mode ini. Kasus B dan Kasus C ditunjukkan di bawah ini.

Casing B dan Case C dalam mode pengisian daya 3. Gambar digunakan atas izin University of Zagreb

Mari kita lihat bagaimana mode ini mendefinisikan komunikasi antara stasiun pengisian dan EV. Sirkuit pilot kontrol mode 3 ditunjukkan pada gambar berikut.

Kontrol sirkuit pilot mode 3. Gambar (dimodifikasi) digunakan atas izin Energi.

Bergantung pada status sakelar S1, S2, dan S3, level tegangan yang berbeda akan muncul di "kontak pilot". Ini dapat digunakan sebagai representasi dari tahapan pengisian yang berbeda. EV dapat memulai siklus pengisian daya sebagai berikut:

Sebelum mencolokkan kabel pengisi daya, sakelar S2 dan S3 dimatikan dan S1 terhubung ke catu daya 12 V DC. Dalam hal ini, tegangan yang diukur EVSE pada kontak pilot adalah 12 V DC (EVSE menyadari bahwa EV belum terhubung).

Setelah kabel pengisi daya terhubung ke EV dan EVSE, pengontrol di sisi EV dapat menyalakan S3 untuk mengurangi tegangan kontak pilot menjadi sekitar 9 V. Ini memberi tahu EVSE bahwa kabel terhubung ke kedua EV dan EVSE. Selain itu, sinyal DC 9 V pada kontak pilot memberi tahu EV bahwa EVSE belum siap.

Ketika EVSE siap untuk mengisi EV, menghubungkan S1 ke osilator. Sinyal PWM pada kontak pilot memberitahu EV bahwa EVSE sudah siap.

Kemudian, EV menyalakan S2 untuk menghasilkan tegangan sekitar 6 V pada kontak pilot untuk menunjukkan bahwa ia juga siap. Tegangan yang dibuat pada tahap ini tergantung pada nilai resistor R3. Nilai resistor ini menentukan apakah ventilasi diperlukan di area pengisian ini atau tidak. Dengan R3=1.3 kΩ, tegangan kontak pilot sekitar 6 V. Hal ini sesuai dengan area pengisian di mana ventilasi tidak diperlukan. Untuk area yang membutuhkan ventilasi, R3=270 digunakan, yang memberikan tegangan kontak pilot sekitar 3 V.

Ketika kendaraan diisi daya atau ingin membatalkan siklus pengisian karena alasan apa pun, itu dapat mematikan S2. Ini mengubah level tegangan positif PWM menjadi 9 V dan memberi tahu EVSE bahwa EV tidak siap untuk diisi daya lagi.

Mode Pengisian Daya EV 4

Ini adalah satu-satunya mode pengisian daya yang menggabungkan pengisi daya off-board dengan output DC. Arus DC dikirim langsung ke baterai dan pengisi daya on-board dilewati. Mode ini dapat menyediakan 600 V DC dengan arus maksimum 400 A. Tingkat daya tinggi yang terlibat dalam mode ini mengharuskan tingkat komunikasi yang lebih tinggi dan fitur keselamatan yang lebih ketat.

Mode 4 hanya mengizinkan koneksi kasus C, di mana kabel pengisi daya terhubung secara permanen ke stasiun pengisian daya.

Mode empat dalam koneksi kelas C. Gambar yang digunakan milik Ali Bahrami

Kesimpulan

Standar IEC 61851 berkaitan dengan sistem pengisian konduktif kendaraan listrik. Standar ini menjelaskan empat mode pengisian daya yang berbeda—mode 1-4.

Tiga mode pertama mengirimkan arus AC ke pengisi daya terpasang EV; namun, mode 4 mengirimkan arus DC langsung ke baterai dan melewati pengisi daya terpasang. Mode 3 menggunakan beberapa fungsi kontrol dan perlindungan dengan tujuan keselamatan publik. Kami memeriksa sirkuit pilot kontrol mode ini secara lebih rinci dalam artikel ini.