关于线缆内置控制与保护器件的软硬件基本指南
摘要
本文聚焦于2型电动汽车供电设备(EVSE)的设计。构建EVSE时必须遵循的规则可在IEC 61851-1标准中找到，而针对2型EVSE的具体规则，则在补充标准IEC 62752中有明确规定。本文所提供的指南以这些标准为依据，并以ADI公司的全新参考设计为例进行说明。充电过程中，电动汽车(EV)与电动汽车供电设备(EVSE)之间的通信是通过控制引导(CP)波形来实现的，文中对CP波形及标准中定义的各类状态进行了阐述。CP波形与所呈现的调试信息，共同印证了指南的合理性，有助于更深入理解电动汽车充电过程，从而使设计工作事半功倍。
引言
电动汽车(EV)市场正以指数级态势持续扩张，预计到2030年，道路上的电动汽车保有量将达到约5亿辆。国际能源署的数据印证了这一预测的合理性1；例如，2022年至2023年间，纯电动汽车(BEV)与插电混动汽车(PHEV)的合计销量从1020万辆增至1380万辆，增幅达35%。国际能源署预计，2030年全球电动汽车年销量将达4070万辆，2035年更将攀升至5650万辆。气候变化问题及人口密集居住区的空气污染问题，是推动高效、零尾气排放交通方式发展的主要动因。2,3 随着电动汽车数量的可预见增长，市场不仅要应对激增的需求，更需提供高效的充电解决方案，在经济性、安全性与环境影响之间找到平衡点。
据Solaronev针对全球不同地区的报告显示4，多数私家车用户日均行驶里程仅约30英里，因此较低功率的充电水平已足以满足日常需求。其中美国的数据来源于Statista5与联邦公路管理局数据库6。对于家用电动汽车充电站而言，新车配备的线缆内置控制与保护器件(IC-CPD)可谓理想之选，这类器件能省去高功率充电设施在安装与维护环节的巨额成本。鉴于当前充电解决方案的考量日趋复杂，未来不仅电动汽车市场会持续繁荣，充电设备市场亦将迎来蓬勃发展的黄金期。
什么是电动汽车供电设备(EVSE)？有哪些应用场景？
电动汽车供电设备(EVSE)是一种能让用户安全地为插电混动汽车(PHEV)或纯电动汽车(BEV)充电的设备。这类设备依据充电功率等级进行分类。在电动汽车领域的术语中，“充电等级”指的是SAE J1772标准中定义的充电系统电力分配类型、标准及最大功率，该标准已在国际上通过IEC 62196-1被广泛采用。
模式2的标准功能
模式2是将电动汽车接入交流供电网络标准插座的充电方式，其核心在于借助具备控制引导(CP)功能的交流EVSE，并在标准插头与电动汽车之间设置人身触电保护系统[IEC 62752:2017 6.2.2]。
线缆内置控制与保护器件(IC-CPD)的核心功能在于触电防护。这一功能通过剩余电流器件(RCD)实现：既可以采用至少为A型的剩余电流器件搭配直流检测辅助电路，也可直接使用B型RCD。这一功能至关重要，因为充电器可能用于户外、公共区域等易接触水的环境，且存在人员无意或有意触碰的风险。在此类场景中，保护接地必须存在，一旦发生故障，供电必须立即切断。
图1展示了2型IC-CPD的通用框图。依据此框图衍生设计的电路，能够实现IEC 61851-1标准中规定的所有强制性功能。根据具体方案的不同，通用框图中的部分模块可能需要增设，也可能可以省略。例如，若通过电流互感器进行电流检测，那么在与微控制器单元(MCU)连接时，隔离集成电路便可省去；同理，若采用具备焊接检测功能的继电器，焊接检测电路也可不必设置。