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國際車用無線充電標準發展現狀分析

來源: www.nupair.tw 點擊: 整理:qwark
 
        當參與開發車用無線充電技術的企業越來越多時,無線充電標準變得更加重要,駕駛人希望的是電動車能夠在任何無線充電器上進行充電,而不是為自己的電動車購買特定充電裝置。目前全球制定車用無線充電標準的企業都在電動車主要發展國家中,以下介紹目前發展現況。

 



(一) ANSI
        美國國家標準協會(ANSI)針對電動車輛設立標準化制定小組(EVSP),主要目的為整合政府與民間開發的技術標準,為電動車及相關基礎設備在美國打造安全與便利的操作環境。
        ANSI EVSP整合各單位所制定的電動車及相關設備標準,發表電動車輛技術標準化地圖(Standardization Roadmap for Electric Vehicles)。從2011年3月成立以來,EVSP與車廠、設備商、電力供貨商、標準化開發單位、政府單位等不同成員合作,統整各單位標準化開發訊 息,并在2012年4月發表第一版技術標準化地圖,這份文件清楚公開當時電動車技術已標準化方向,促進不同單位間協調開發資源,并找出技術尚未標準化的空 窗區。隨著各方不斷努力,ANSI已在2013年5月將技術標準化地圖更新至第二版,并在2014年11月發表最新進度報告。
        電動車輛技術標準化發展地圖包括3項主題:車輛、基礎設施、支持服務。這3項主題中還細分出不同研究分項,包括車輛主題中的能源儲存系統、車輛零組件及人車接口,基礎設施主題中的充電系統、通訊協議及安裝規范,支持服務主題中的教育課程及訓練項目等。
(二) SAE
        車輛工程師協會(SAE)一向致力于開發電動車相關技術標準,例如SAE J1772充電耦合器標準、SAE J2894電動車充電電能質量標準、SAE J2836電動車與微電網通訊協議等。車用無線充電相關標準為SAE J2954,Wireless Charging of Electric and Plug-in Hybrid Vehicles。這項標準制定工程預計在2015年完成,其中第一版將規范輕型電動車,后續版本才會規范大型電動車。
        SAE J2954將規范所有與靜態無線充電技術相關的設備規格,并聚焦在不同供貨商充電設備間的操作互操作性,SAE團隊將測試最先進感應式及共振式無線充電技術,并找出讓不同系統得以兼容使用的技術規范。SAE J2836/6則規范電動車與無線充電設備間的通訊協議,主要針對車上充電裝置與無線充電設備間所需要的通訊需求,逐項制定各項系統組件及其相互作用,主要系統組件包括車上儲能系統(RESS)、電力轉換裝置、電量顯示計、能量管理系統等。
(三) UL
        UL所制訂的車輛相關標準著重在安全規范,包括儲能電池安全(UL 2271及UL 2580)、電動車支持設備(UL 2594)、乘客保護系統(UL 2231-1及UL 2231-2)、電動車充電設備(UL 2202)、插座與連接器(UL 2251)、車上充電系統連接器(UL 2734)等。
        在電動車充電情境方面,UL已經制定UL 2747,用以規范電動車充電設備的安全標準。針對車用無線充電相關安全規范標準,UL目前正與SAE及IEC搭配,開發UL 2750標準規范。由于相關標準規范(SAE J2954及IEC 61980)尚在建置中,UL 2750并未公布標準發表日期。
(四) IEC
        國際電工委員會(International Electrotechnical Commission,IEC)旗下設有眾多技術工作組,負責制定電動車相關標準規范的工作組包括IEC/TC69及IEC/23H。IEC/TC69已 制定規范電動車傳導式充電技術規格標準IEC 61851,而IEC/23H負責制定用于傳導式充電技術的插頭、插座、連接器等零組件規格標準IEC 62196。
        車用無線充電技術相關規范主要由IEC/TC69工作組負責制定,目前正在開發IEC 61980規格標準。IEC 61980(Electric Vehicle Wireless Power Transfer Systems)分為3部分:IEC 61980-1規范無線充電系統設計通則、IEC 61980-2規范電動車與無線充電設施間通訊協議,以及IEC 61980-3規范無線充電系統磁場特性,預計在2017年1月發表。IEC 61980-2、IEC 61980-3、SAE J2954規范內容類似,兩單位將嘗試協調整合規格內容,避免造成矛盾。
(五) IEEE
        電機電子工程師學會(IEEE)專注其標準制定工作于動態無線充電技術上,藉此與SAE J2954的靜態無線充電標準區分。IEEE已啟動技術標準化前置作業,研究重點放在電動車無線充電所需距離限制及車輛儲能系統成本。IEEE的技術標準化前置作業包括2項工作:(1)設計電動車無線充電設施方案的技術策略方針及技術地圖,并開放讓同業專家審查,針對靜態無線充電及動態 無線充電2種不同技術,IEEE將建立不同案例顯示其使用情境,并專注未來技術標準化需求規格;(2)為撰寫動態無線充電技術白皮書,讓未來IEEE與 SAE連手制定無線充電標準時,得以作為技術依據。
(六) DKE
        德國電機電子暨信息技術委員會(DKE)由德國標準化學會(DIN)及權威認證機構VDE聯合組成,其負責任務為建立德國電機、電子、資通訊等技術產品標 準規范。DKE亦為IEC在德國的會員分支,除了建立德國技術標準規范外,適合應用于國際層次的標準,亦可提報IEC作為全球標準之用。
        GAK 353.0.1「Non-contact charging of electric vehicles」是DKE目前制定車用無線充電技術標準的工作小組。該小組主要目標為制定符合車用無線充電情境所有基本需求的標準條件,包括使用安全、 電磁容許度、通訊接口協議、信息流安全、儲能控制管理、碰撞反應等。標準制定會議邀請車商與無線充電設備商共同參與討論,并對系統互操作性、兼容性、質量表 現、操作接口等特性持續進行標準制定。
(七) BWF
        日本寬帶無線研討會(Broadband Wireless Forum,BWF)于2009年7月依據日本政府政策規劃成立,旨在統籌新一代無線通信技術研究,開發技術標準化規格,并規劃技術交流活動,與全球尖端研發機構保持密切聯系。
BWF成立無線電力傳輸工作小組(WPT-WG),探討無線充電應用所應規范的各項因素,包括頻率、功率、距離、充電方式等,并針對無線充電議題研擬技術地圖、推動技術標準化、制定應用規則、建立人體健康保護等準則。
目前BWF于2013年4月所更新的無線電力傳送技術報告中,明確定義車用無線充電設備所使用的頻率、功率、傳輸距離等,其他規范則尚未明訂出。
(八) ISO
        ISO與IEC簽署合作協議,共同設立電動車及車用電子的國際標準,協議中規范ISO/TC22與數個IEC TC/SC工作小組的合作架構,并針對車上電子設備、操作接口、電力供應設施等層面進行標準制定。ISO/TC22技術委員會底下共有5個工作小組負責與 車輛電子技術相關的標準建立,IEC旗下則有近40個小組負責與車輛相關的電子設備標準建立。目前ISO/TC22/SC21/WG1正在建立ISO PAS 19363標準,主要針對電池動力車用的無線充電磁場安全與系統間相互操作需求制定;另外,ISO亦正在制定ISO 15118(Road Vehicles – Vehicle to Grid Communication Interface)。
        車用無線充電技術因電動車興起而逐漸受到重視,各項相關標準亦有待建立,除了SAE、ANSI、UL、ISO等產業標準開發組織正在進行相關標準建立外, 政府部門如美國能源部(DOE)、美國政府服務管理局(GSA)、美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)等,以及相關組織如全球車輛規范偕同整合論壇 (WP.29,隸屬聯合國歐洲經濟委員會)、智慧電網技術互通工作組(SGIP)等,皆展開獨立或協同合作的相關規范制定及監督工作。
        對電動車制造商及無線充電設備制造商而言,推動產業發展固然需要相關標準建立,但同時面對眾多不同組織所開發出的無線充電標準版本,也造成廠商開發相關設備及技術的困擾,目前各標準發展組織已啟動將各家車用無線充電標準協調整合之工作項目,未來期望產出有效解決方案。
        無線充電技術主要應用電磁感應或共振原理,以磁場產生電場使電動車電池獲得電力。通常處理電力相關安全規范時,因為電流需要電線導通傳輸,所以基礎保護以 絕緣為主即可,但磁力傳導不需導體,對人體產生的傷害難以防范,所以車用無線充電技術安全規范必須考慮磁場對人體的影響、無線電波輻射可能造成的傷害、觸 電防護等。除了考慮人體安全外,車用無線充電技術標準還需考慮電磁場對汽車本體造成的影響,是否會干擾車上及車外電子裝置?是否會影響旁邊其他車輛?無線充電固然讓 電動車更加方便使用,但是對所產生的安全性影響,尚需各專業單位徹底研究后,才能真正讓車用無線充電技術全面推廣,成為推動電動車產業的一大助力。
 
(責任編輯:lingtong)
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