服务机器人检测
服务机器人 service robot
除工业自动化应用外，能为人类或设备完成有用任务的机器人。
注1:工业自动化应用包括(但不限于)制造、检验、包装和装配。
注2:用干生产线的关节机器人是工业机器人，而类似的关节机器人用干供餐的就是服务机器人。
个人/家用服务机器人 personal/domestic service robot
在家居环境或类似环境下使用的，以满足使用者生活需求为目的的服务机器人。
注:这种机器人的操作使用，通常不需要专业知识或技能，不需要特别的培训或资质。
公共服务机器人public service robot
住宿、餐饮、金融、清洁、物流、教育文化和娱乐等领域的公共场合为人类提供一般服务的商用机器人。
示例:酒店服务机器人、银行服务机器人、场馆服务机器人和餐饮服务机器人。
注:公共服务机器人通常由经过适当培训的人员操作。
故障 fault
不能执行某规定功能的一种特征状态。
注:它不包括在预防性维护和其他有计划的行动期间，以及因缺乏外部资源条件下不能执行规定功能。
身体辅助机器人physical assistant robot
为用户提供身体协助以执行要求的任务，辅助或增强用户个人能力的个人助理机器人。
一、关键元器件电气安全要求
1.外壳
对干机器人外壳的要求应满足GB49431-2011中42的要求。
2.交流电源适配器
机器人使用可充电电池的，如果电池在机器人内部充电，交流电源适配器应符合其适用的标准。如果电池在机器人外部充电的，交流电源适配器应符合GB4706.18-2014及其替代标准的要求。
3.线路及端子
导线
保护接地导线的绝缘应以绿/黄色为识别标志。
机器人内部形成保护接地连接的所有导线的绝缘至少在导线的终端用绿/黄色来识知。
机器人的保护接地端子应话合干经电源软电线中的保护接地导线，以及合适时经活当插头，或经固定的保护接地导线，与外部保护接地系统相连。
机器人固定的电源导线或电源软电线的保护接地端子的紧固方式，应符合本条要求。
内部保护接地连接用的螺钉应完全被盖住或防止从机器人设备外部意外地使它松动。
如果用设备电源输入插口作机器人设备的电源连接，设备电源输入插口中的接地脚应被看作是保护接地端子。
保护接地端子不应用来作机器人设备不同部分之间的机械连接，或用来固定与保护接地或功能接地无关的任何元件。
电源软电线中预期与供电系统中性线相连的导线绝缘,应按GB/T5023.1-2008或GB/T5013.12008中的规定采用浅蓝色。
电源软电线中导线的颜色应符合GB/T50231-2008或GB/T5013.1-2008的规定
接线端子应固定得使其在夹紧和松开接线时，内部布线不会受到应力且爬电距离和电气间隙不会降低到GB49431-2011中第3章规定的值以下。测试方法见6.1。
如果绝缘破损会导致漏电、短路等危险状况，内部电缆和布线应有足够的防护，以防止与运动部件接触,或防止与锐利的角和边接触。
机器人应设计成使得在安装、打开或关闭调节孔盖时，布线、电线束或元器件都不可能受损伤而导致漏电、短路等危险状况。
4.抗电强度
机器人的抗电强度应符合其适用的标准要求，如GB47061-2005中133GB49431-2011中52及其替代标准的要求。
5.发热
服务机器人应考虑长期使用时某些绝缘材料的电气性能和机械性能可能会长期受到不利的影响(例如受到低于材料正常软化点的温度下挥发的软化剂的影响)。
服务机器人应考虑一些身体辅助机器人运行一定时期后的可接触部分对使用者造成的危害(例如肢体触摸等物理交互时可能发生的使用者高低温烫伤)，应对其可接触部分的表面温度提出限值，以避免伤害影响。
服务机器人零部件发热应符合GB49431-2011中452453及替代标准的温度限值要求。
可接触部分表面温度应符合GB4943.1-2011中45245.4及代标准接触温度的限值要求
6.特殊的产生低温的机器人
使用者允许的最低温度限值来源于手指接触不同材料的冰冻阈值(霜冻阈值)，见表2。
表2不同材料的冰冻阈值
接触时间t 最低温度T
℃
铝或铜 铁
t<1 -20 -20
1≤t<10 -10 -15
10≤t<60 -2 -7
7.耐热与耐燃
机器人耐热与耐燃应符合其适用的标准,如GB47061-2005中第30章GB49431-2011中
4.5.5.47及其替代标准的要求。
8.机械强度
机器人应具有足够的机械强度，而目在结构上应能保证在承受可以预料到的操作时不会产生本标准含义范围内的危险。
机器人机械强度应符合其适用的标准要求，如GB47061-2005中第21章GB49431-2011中42及其替代标准的要求。
9.模拟的异常工作条件
在施加模拟的异常工作条件时，如果零部件、供给物料和存储介质对试验结果可能有影响时，应将它们放置到位。
每一个异常工作条件应依次施加，一次施加一个。
由异常工作条件直接引发的各种故障认为是单一故障条件。
应检查机器人、安装、说明书和技术规范，以便确定合理的预期会发生的异常工作条件。
除A1规定的异常工作条件外，还应按适用的情况，考虑下列最低限度异常工作条件的示例: --对纸处理机器人:使其卡纸:
--对具有一般人员可触及的控制键的机器人:对各控制键单独地和共同地进行调节，以便形成最坏的工作条件;
--对具有一般人员可触及的运动零部件的机器人:将运动零部件卡死;
--对具有存储介质的机器人:使用不正确的介质、尺寸不正确的介质和质量不正确的介质;
--对具有可添加的液体或液体筒，或具有可补给物质的机器人:使液体或物质溢人机器人内可能到达的位置。
在引入上述任何异常工作条件前,机器人应处在正常工作条件下工作。
在不导致单一故障条件的异常工作条件试验期间，所有安全防护应保持有效。在恢复正常工作条件后,所有安全防护应符合适用的要求。
如果异常工作条件导致单一故障条件，则采用4312的规定
10.模拟的单一故障条件
在施加模拟的单一故障条件时，如果零部件、供给物料和存储介质对试验结果可能有影响时，应将它们放置到位。
引入故障条件时应依次施加，一次施加一个。由单一故障条件直接引发的各种故障认为是该单一故障条件的一部分。
要检查机器人结构、电路图和元器件规格，包括功能绝缘，以便确定合理可预见的以及可能导致以下结果的那些单一故障条件:
--可能旁路安全防护;或
--导致附加安全防护动作;或
--以别的方式影响机器人的安全。
应考虑下列的单一故障条件;
--导致出现单一故障条件的异常工作条件。例如，一般人员造成外部输出端子过载，或一般人员对选择开关调节不正确;
--基本安全防护失效或附加安全防护失效:
--除了符合IEC62368-1:2018中G9的IC限流器外，将元器件的任何两根引线短路和将元器件的任何一根引线开路,模拟元器件失效;和
--当IEC62368-1:2018中B44有要求时，使功能绝缘失效。
在单一故障条件试验期间和试验后，不应出现本标准涉及的危险。
在对可能影响用作安全防护的绝缘施加单一故障条件后，绝缘应承受对相关绝缘的抗电强度试验。
二、检测基本要求
1.检测顺序
检测应按下述顺序进行:
--确定适用标准;
--元器件或材料预选;
--元器件或部件单独试验; -机器人不通电试验;
--带电试验:
·在正常工作条件下;
·在异常工作条件下:
·可能破坏样品的条件下。
2.电源电压
机器人的设计应使其在预定要连接的任何电源电压下工作时都是安全的。
通过检查并在本标准对应分条款规定的电源电压下进行相关的试验来检验其是否合格。如果分条款中未规定电源电压,那么应使用额定电压值或额定电压范围中的任意电压值。
3.等效材料
如果本标准要求了绝缘的特定等级，允许使用更高等级的绝缘。同样，如果本标准要求特定燃烧等级的材料,允许使用更优等级的材料。
4.试验环境
除非另有规定，试验均在下述条件下进行:
--温度:15℃~35℃;
--相对湿度:25%~75%;
--大气压:86kPa~106kPa
5.测试方法
（1）网电源接线端子的固定
通过检查，并对所规定的最大截面积的导线端子夹紧或松开10次之后测量爬电距离和电气间隙，来检验是否符合要求。
（2）电线防护套
电线防护套按下列全部试验进行检验:
--配有电线防护套或开口的机器人，在电线不受应力影响时，使电线防护套的轴线在电线出口处水平上翘45°。然后,在电线的自由端系上一个质量等干10Dg的物体。D是圆形电源软电线的外径，或为扁形软电线较小线径尺寸,单位为毫米(mm)。
--如果电线防护套对温度敏感，则试验在23℃士2℃温度下进行。
--扁线要在最小阳力的平面上弯曲。
--在刚系上10Dg的质量后，如果电线任何位置的曲率半径小于15D，则认为电线防护套不
合格。
（3）输入电流
当机器人具有一个以上的额定电压时，输入电流应在每个额定电压下进行测量;如果机器人具有一个或一个以上的额定电压范围,输入电流应在每个额定电压范围内的每一端电压下测量。
对于用电池供电的机器人，在开机充电状态下进行试验，测试时间应包括从制造商规定的低电量保护状态至满电状态。对于通过电网电源供电的机器人，在通电开机及正常负载条件下进行试验。
如果额定电流标示是单一的值，应取在相关电压范围内测得的较高的输人电流来进行判定。如果标示的是两个输入电流值,并用短线隔开，应取在相关电压范围内测得的两个值进行判定。在每种情况下，待输入电流达到稳定时进行读数。如果该电流在正常工作周期内是变化的，则应在一段有代表性的时间内,根据在记录有效值的电流表上所测得电流的平均指示，读取稳态电流。
（4）可接触部分表面温度测试
服务机器人可接触部分的表面温度应在发热试验后采用热电偶测量相接触的表面温度，应在机器人最不利情况下进行发热试验，若无法确定最不利情况，可采用下述方式之一进行试验:
--间歇运行，其“通”和“断”的周期按额定的“通”“断”周期连续运行，直到达到热平衡状态；
--连续运行，按额定功率运行，每小时温度增长不大于2℃时或连续工作达25h注:最不利的情况与制造商协商确定。
（5）残余电荷
机器人以额定电压供电,然后将其任何一个开关置干“断开”位置.机器人从电源断开。在断开后的1s时,用一个不会对测量值产生明显影响的仪器,测量插头各插脚间的电压是否超过43132规定的电压。
（6）密封性能
使用注射器将带颜色的水溶液滴至机器人内可能出现液体泄漏并影响电气绝缘处。测试时机器人应处于工作状态或停止状态,两者中取较为不利的状态。
试验后在绕组或绝缘处没有能导致其爬电距离降低到低于434中规定值的液体痕迹。
（7）水压
机器人供水水源应保持静压，其值为最大进水压力的2倍或12MPa，取其中较大值，持续时间为5 min，检查进水软管和其他部件是否出现泄漏。
#第三方检测机构##机器人#
服务机器人 service robot
除工业自动化应用外，能为人类或设备完成有用任务的机器人。
注1:工业自动化应用包括(但不限于)制造、检验、包装和装配。
注2:用干生产线的关节机器人是工业机器人，而类似的关节机器人用干供餐的就是服务机器人。
个人/家用服务机器人 personal/domestic service robot
在家居环境或类似环境下使用的，以满足使用者生活需求为目的的服务机器人。
注:这种机器人的操作使用，通常不需要专业知识或技能，不需要特别的培训或资质。
公共服务机器人public service robot
住宿、餐饮、金融、清洁、物流、教育文化和娱乐等领域的公共场合为人类提供一般服务的商用机器人。
示例:酒店服务机器人、银行服务机器人、场馆服务机器人和餐饮服务机器人。
注:公共服务机器人通常由经过适当培训的人员操作。
故障 fault
不能执行某规定功能的一种特征状态。
注:它不包括在预防性维护和其他有计划的行动期间，以及因缺乏外部资源条件下不能执行规定功能。
身体辅助机器人physical assistant robot
为用户提供身体协助以执行要求的任务，辅助或增强用户个人能力的个人助理机器人。
一、关键元器件电气安全要求
1.外壳
对干机器人外壳的要求应满足GB49431-2011中42的要求。
2.交流电源适配器
机器人使用可充电电池的，如果电池在机器人内部充电，交流电源适配器应符合其适用的标准。如果电池在机器人外部充电的，交流电源适配器应符合GB4706.18-2014及其替代标准的要求。
3.线路及端子
导线
保护接地导线的绝缘应以绿/黄色为识别标志。
机器人内部形成保护接地连接的所有导线的绝缘至少在导线的终端用绿/黄色来识知。
机器人的保护接地端子应话合干经电源软电线中的保护接地导线，以及合适时经活当插头，或经固定的保护接地导线，与外部保护接地系统相连。
机器人固定的电源导线或电源软电线的保护接地端子的紧固方式，应符合本条要求。
内部保护接地连接用的螺钉应完全被盖住或防止从机器人设备外部意外地使它松动。
如果用设备电源输入插口作机器人设备的电源连接，设备电源输入插口中的接地脚应被看作是保护接地端子。
保护接地端子不应用来作机器人设备不同部分之间的机械连接，或用来固定与保护接地或功能接地无关的任何元件。
电源软电线中预期与供电系统中性线相连的导线绝缘,应按GB/T5023.1-2008或GB/T5013.12008中的规定采用浅蓝色。
电源软电线中导线的颜色应符合GB/T50231-2008或GB/T5013.1-2008的规定
接线端子应固定得使其在夹紧和松开接线时，内部布线不会受到应力且爬电距离和电气间隙不会降低到GB49431-2011中第3章规定的值以下。测试方法见6.1。
如果绝缘破损会导致漏电、短路等危险状况，内部电缆和布线应有足够的防护，以防止与运动部件接触,或防止与锐利的角和边接触。
机器人应设计成使得在安装、打开或关闭调节孔盖时，布线、电线束或元器件都不可能受损伤而导致漏电、短路等危险状况。
4.抗电强度
机器人的抗电强度应符合其适用的标准要求，如GB47061-2005中133GB49431-2011中52及其替代标准的要求。
5.发热
服务机器人应考虑长期使用时某些绝缘材料的电气性能和机械性能可能会长期受到不利的影响(例如受到低于材料正常软化点的温度下挥发的软化剂的影响)。
服务机器人应考虑一些身体辅助机器人运行一定时期后的可接触部分对使用者造成的危害(例如肢体触摸等物理交互时可能发生的使用者高低温烫伤)，应对其可接触部分的表面温度提出限值，以避免伤害影响。
服务机器人零部件发热应符合GB49431-2011中452453及替代标准的温度限值要求。
可接触部分表面温度应符合GB4943.1-2011中45245.4及代标准接触温度的限值要求
6.特殊的产生低温的机器人
使用者允许的最低温度限值来源于手指接触不同材料的冰冻阈值(霜冻阈值)，见表2。
表2不同材料的冰冻阈值
接触时间t 最低温度T
℃
铝或铜 铁
t<1 -20 -20
1≤t<10 -10 -15
10≤t<60 -2 -7
7.耐热与耐燃
机器人耐热与耐燃应符合其适用的标准,如GB47061-2005中第30章GB49431-2011中
4.5.5.47及其替代标准的要求。
8.机械强度
机器人应具有足够的机械强度，而目在结构上应能保证在承受可以预料到的操作时不会产生本标准含义范围内的危险。
机器人机械强度应符合其适用的标准要求，如GB47061-2005中第21章GB49431-2011中42及其替代标准的要求。
9.模拟的异常工作条件
在施加模拟的异常工作条件时，如果零部件、供给物料和存储介质对试验结果可能有影响时，应将它们放置到位。
每一个异常工作条件应依次施加，一次施加一个。
由异常工作条件直接引发的各种故障认为是单一故障条件。
应检查机器人、安装、说明书和技术规范，以便确定合理的预期会发生的异常工作条件。
除A1规定的异常工作条件外，还应按适用的情况，考虑下列最低限度异常工作条件的示例: --对纸处理机器人:使其卡纸:
--对具有一般人员可触及的控制键的机器人:对各控制键单独地和共同地进行调节，以便形成最坏的工作条件;
--对具有一般人员可触及的运动零部件的机器人:将运动零部件卡死;
--对具有存储介质的机器人:使用不正确的介质、尺寸不正确的介质和质量不正确的介质;
--对具有可添加的液体或液体筒，或具有可补给物质的机器人:使液体或物质溢人机器人内可能到达的位置。
在引入上述任何异常工作条件前,机器人应处在正常工作条件下工作。
在不导致单一故障条件的异常工作条件试验期间，所有安全防护应保持有效。在恢复正常工作条件后,所有安全防护应符合适用的要求。
如果异常工作条件导致单一故障条件，则采用4312的规定
10.模拟的单一故障条件
在施加模拟的单一故障条件时，如果零部件、供给物料和存储介质对试验结果可能有影响时，应将它们放置到位。
引入故障条件时应依次施加，一次施加一个。由单一故障条件直接引发的各种故障认为是该单一故障条件的一部分。
要检查机器人结构、电路图和元器件规格，包括功能绝缘，以便确定合理可预见的以及可能导致以下结果的那些单一故障条件:
--可能旁路安全防护;或
--导致附加安全防护动作;或
--以别的方式影响机器人的安全。
应考虑下列的单一故障条件;
--导致出现单一故障条件的异常工作条件。例如，一般人员造成外部输出端子过载，或一般人员对选择开关调节不正确;
--基本安全防护失效或附加安全防护失效:
--除了符合IEC62368-1:2018中G9的IC限流器外，将元器件的任何两根引线短路和将元器件的任何一根引线开路,模拟元器件失效;和
--当IEC62368-1:2018中B44有要求时，使功能绝缘失效。
在单一故障条件试验期间和试验后，不应出现本标准涉及的危险。
在对可能影响用作安全防护的绝缘施加单一故障条件后，绝缘应承受对相关绝缘的抗电强度试验。
二、检测基本要求
1.检测顺序
检测应按下述顺序进行:
--确定适用标准;
--元器件或材料预选;
--元器件或部件单独试验; -机器人不通电试验;
--带电试验:
·在正常工作条件下;
·在异常工作条件下:
·可能破坏样品的条件下。
2.电源电压
机器人的设计应使其在预定要连接的任何电源电压下工作时都是安全的。
通过检查并在本标准对应分条款规定的电源电压下进行相关的试验来检验其是否合格。如果分条款中未规定电源电压,那么应使用额定电压值或额定电压范围中的任意电压值。
3.等效材料
如果本标准要求了绝缘的特定等级，允许使用更高等级的绝缘。同样，如果本标准要求特定燃烧等级的材料,允许使用更优等级的材料。
4.试验环境
除非另有规定，试验均在下述条件下进行:
--温度:15℃~35℃;
--相对湿度:25%~75%;
--大气压:86kPa~106kPa
5.测试方法
（1）网电源接线端子的固定
通过检查，并对所规定的最大截面积的导线端子夹紧或松开10次之后测量爬电距离和电气间隙，来检验是否符合要求。
（2）电线防护套
电线防护套按下列全部试验进行检验:
--配有电线防护套或开口的机器人，在电线不受应力影响时，使电线防护套的轴线在电线出口处水平上翘45°。然后,在电线的自由端系上一个质量等干10Dg的物体。D是圆形电源软电线的外径，或为扁形软电线较小线径尺寸,单位为毫米(mm)。
--如果电线防护套对温度敏感，则试验在23℃士2℃温度下进行。
--扁线要在最小阳力的平面上弯曲。
--在刚系上10Dg的质量后，如果电线任何位置的曲率半径小于15D，则认为电线防护套不
合格。
（3）输入电流
当机器人具有一个以上的额定电压时，输入电流应在每个额定电压下进行测量;如果机器人具有一个或一个以上的额定电压范围,输入电流应在每个额定电压范围内的每一端电压下测量。
对于用电池供电的机器人，在开机充电状态下进行试验，测试时间应包括从制造商规定的低电量保护状态至满电状态。对于通过电网电源供电的机器人，在通电开机及正常负载条件下进行试验。
如果额定电流标示是单一的值，应取在相关电压范围内测得的较高的输人电流来进行判定。如果标示的是两个输入电流值,并用短线隔开，应取在相关电压范围内测得的两个值进行判定。在每种情况下，待输入电流达到稳定时进行读数。如果该电流在正常工作周期内是变化的，则应在一段有代表性的时间内,根据在记录有效值的电流表上所测得电流的平均指示，读取稳态电流。
（4）可接触部分表面温度测试
服务机器人可接触部分的表面温度应在发热试验后采用热电偶测量相接触的表面温度，应在机器人最不利情况下进行发热试验，若无法确定最不利情况，可采用下述方式之一进行试验:
--间歇运行，其“通”和“断”的周期按额定的“通”“断”周期连续运行，直到达到热平衡状态；
--连续运行，按额定功率运行，每小时温度增长不大于2℃时或连续工作达25h注:最不利的情况与制造商协商确定。
（5）残余电荷
机器人以额定电压供电,然后将其任何一个开关置干“断开”位置.机器人从电源断开。在断开后的1s时,用一个不会对测量值产生明显影响的仪器,测量插头各插脚间的电压是否超过43132规定的电压。
（6）密封性能
使用注射器将带颜色的水溶液滴至机器人内可能出现液体泄漏并影响电气绝缘处。测试时机器人应处于工作状态或停止状态,两者中取较为不利的状态。
试验后在绕组或绝缘处没有能导致其爬电距离降低到低于434中规定值的液体痕迹。
（7）水压
机器人供水水源应保持静压，其值为最大进水压力的2倍或12MPa，取其中较大值，持续时间为5 min，检查进水软管和其他部件是否出现泄漏。
#第三方检测机构##机器人#
#元器件那些事#
车辆电气化是交通运输行业实现减排的途径
本文概述了重型车辆电动化方面的电力电子技术详情，通过研究由能源生成、存储、运输和消耗构成的价值链，可帮助减低交通运输领域的碳排放，如图1所示。
【导读】本文概述了重型车辆电动化方面的电力电子技术详情，通过研究由能源生成、存储、运输和消耗构成的价值链，可帮助减低交通运输领域的碳排放，如图1所示。
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图1：基于清洁的可再生能源的
电动化交通运输
1. 简介
卡车、公交车和工程车辆亦称为重型车辆，据估算这些车辆的碳排放占据了交通运输领域排放量的25%，在欧洲总体温室气体排放量中占据了6%。
由于线上业务活动蓬勃发展，可以观察到跨越各大洲的长途交通运输业务出现相应的大幅增长，以及城市内的物品配送运营活动不断增加，这种状况并不限于欧盟地区。根据美国交通局公布数据[2]，在美国卡车车辆每年行驶里程大约为2960亿公里，燃烧了1130亿升汽油，进而产生多达2.94亿公吨的二氧化碳量。
在法规和更严格的排放要求推动下，车队运营商越来越多地转向使用零排放车辆。业界认为在全球范围所有主要城市中，提升公共交通以减少私家车数量是减低大都市碳排放的另一个重要考虑。在这个方面，使用零排放车辆运营是目标选择，最好与绿色的可再生能源相结合。
超过 3.5 吨级重型车辆的电动化是一项涉及多学科的艰巨任务，也是功率半导体产品面临的特殊挑战。与设计运行时间约为 8000 小时的典型客用车相比，卡车或公交车的使用寿命则要长得多(包括使用寿命和正常运行时间)。通用目标要求是一年 360 天、每天8 到 10 小时运行时间。预计这些车辆每天行驶多达 400 公里，在 15 年使用寿命期间总计行驶里程超过 200 万公里。在这方面，城市交通中使用的公交车同样面临挑战，因为它们单日需要行驶 200-300公里。而且，这些公交车辆固有的启停模式(start-stop-mode)带来了更多的难题。
全电动重型车辆包含了众多子系统，这些子系统需要使用非常可靠的解决方案。图 2 以电力电子器件为重点进行了深入的剖析。
54.jpg
图2：“重型车辆”应用概述
经过十年来的电池技术发展，车辆电池成为了一个可行的解决方案，甚至对于电动重型车辆亦然。在过去十年中，每度电的价格已经下降了大约88%[3]。由于业界开发新的材料和生产工艺，以及制造能力不断增加，预计电价还将会进一步下降。同时，电池的能量密度持续增加，媒体不断报道有关技术突破的新闻。
电池可支持的充电循环次数是决定性参数，这代表着电池的使用寿命，因而非常重要。先前的凝胶式铅酸电池技术可提供几百次充电循环，而现代的锂电子电池则可以达到几千次充电循环。全球范围的电池制造商都在努力实现进一步的改善，并且已经公布了可实现超过10,000次循环和高达1 kWh/kg能量密度技术[4]。
所有这些因素使得车辆电池方案变得越来越有吸引力，甚至对于长距离车辆运营亦如此。接下来的挑战是在合理时间内为车辆充电，而所谓的合理与否，很大程度上取决于车辆的使用情况。
对于作为当地载客工具的客运公交车，最常见的选择是在轮班或夜间的休息时间停靠在车站里充电。在这种情形下，合理时间是指公交车闲置在停靠站中的几个小时。另一个选择则是在专门的充电站点进行充电。由于只有几分钟的时间，需要更高的充电功率才能向电池注入足够的能量。由于可在几个站点进行充电，可以考虑与在停靠站充电的方式相结合。
对于用于物流运营的卡车，就无法容忍花费几个小时充电的暂停作业。在这种情况下，必须在休息时间进行充电，而休息时间是驾驶员必须遵守的法律规定。未来没有驾驶员的自动驾驶卡车，甚至不需要休息。最理想的选择是在技术上实现最短时间充电。
因此，需要将支持这类车辆运营的基础设施视为价值链的一部分。
2. 电动化交通运输价值链
从可再生能源系统的发电到电解、传动系统、充电器和较小的车载应用，在交通运输价值链上可以找到功率范围从几瓦到几兆瓦的设计。
图3是相互连接部件的示意图。
55.jpg
图3：用于从发电到电能消耗各阶段的
Littelfuse功率半导体产品
所有这些应用均需要使用高效和可靠的电子子系统。在这个严苛的环境中，控制、保护、传感器和电力电子器件无所不在，以安全高效地处理能量传输。如图所示，Littelfuse产品可以用于使用可靠的元器件来构建、运营和维护电动化交通运输环境。
3. 能量存储
对于为移动应用设备供电，现有三种主要的储存电能方法，每种方法各有其优缺点。
1. 在电场中使用电容器直接能量储存。电容器能够以非常高的速率进行充电和放电，从而提供极高的功率密度。除此之外，电容器不会像电池那样受到充电的影响，可以轻松实现数百万次充电循环。根据公式EC=1/2 C·U2，储存能量由电容器的容量和允许电压而定义。在技术方面，高电压的电容器只有低电容量，反之亦然。由于电容器以kWh/dm³为单位测量的能量密度低于电池，因而可以结合电容器与电池以提供高峰值功率，而电池充当主要的储能装置。
2. 在化学方面，能量储存在电池中。对于给定的电池化学，充放电能力受到化学过程的限制。现代的锂离子电池每公斤可以储存多达0.2到0.3kWh电能，这在目前的大多数应用中受到欢迎。在循环稳定性方面，目前采用的化学物质可以实现几千次充放电循环。
3. 从化学过程中获取作为能量载体的氢气，并在第二步中进行纯化。通过电解将水分离成氧气和氢气，提供了使用可再生能源来支持过程的方法。在所谓的燃料电池中，氢气和氧气会依次反应并产生电能。今天大多数可用的氢气是使用蒸汽重组器从石油和天然气中提取出来的。
4. 车辆与传动系统
如图4框图所示，重型车辆的传动系统在技术上与电动客用车的并没有太大的区别。
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图4：电池电动车辆的简化框图
重型车辆与客用车相比具有两项主要的区别。重型车辆的连续功率输出水平超过了客用车，在使用寿命方面也是同样。通常情况下，如果客用车的使用寿命是6000至8000个工作小时，那么卡车和公交车的使用寿命应该是它们的10倍之多。
尽管如此，商用车使用的电机大多数为永磁同步电机，由二级逆变器控制，如图5所示。
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图5：电动车辆传动系统的典型动力部分
图6所示是将氢气和氧气转化为水、热能和电能的燃料电池作为电源的扩展框图。大储槽中装有氢气，仍然需要电池在加速期间提供峰值功率，并在恢复期间储存能量。
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图6： 使用燃料电池的电动
车辆传动系统框图
除此之外，在构成燃料电池和电池之间接口的DC-DC转换器中，还需要更多的电子电力器件。
燃料电池传动系统固有的重要部件是压缩机，压缩机驱动强烈的气流进入燃料电池中，这些空气中含有平衡氢气和氧气所需要的氧气。
通过仔细研究燃料电池，可以了解到压缩机方面的挑战。图7是使用氢气进行能源转换所使用部件示意图。
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图7：燃料电池能量转换系统
根据燃料电池内需要的气体平衡，可以估算实现150 kW连续运作所需的气流：
● 1 kg H2 和8 kg O2生成大约20 kWh电能
● 每小时需要7.5 kg H2 + 60 kg O2
● 1 m²空气重量为1.2 kg，含有0.24 kg氧气
由此可见，每小时必须向燃料电池提供250 m³大气空气。由于燃料电池的负载可能变化得非常快，压缩机需要具备快速启动能力，这往往需要在几分之一秒内从零加速到100%速度。由于这些要求，驱动压缩机之逆变器的额定功率通常为20-40 kW。
如要真正将基于燃料电池的车辆作为一项绿色技术，就必须使用可再生能源来制造氢气。从石油或天然气中提取氢气是一个技术选项，但这种所谓的“黑氢”(black hydrogen)会出现副产品，也就是导致大量二氧化碳产生。
目前，业界正在考虑将风能和太阳能等可再生能源的电力与电解运作相结合，从而将水分离成氢气和氧气。特别地，如果用于消耗多余的电力，这种做法是支持电网稳定性以及生成氢气作为副产品的很好选项。世界各国纷纷制订计划，要将氢气作为减少温室气体排放的基石技术。
电解是直流电流驱动的应用。单个电解槽的正向电压低于2V，但在工业制氢中可能需要数千安培电流量。图8中的B12C拓朴结构是最普遍的兆瓦（MW）级整流方案。
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图8：带有B12C的整流器拓朴结构，也称为B6C-2P
十二脉冲B12C拓朴结构，也可以视为两个B6C结构的并联，称为B6C-2P。即使没有平滑和滤波，也可以在直流侧实现非常低的电压波纹。单级AC-DC能量转换也可以实现出色的效率。
使用的相关电子电力器件是采用压接封装的晶闸管或 IGBT器件，通常安装在所谓的器件堆栈中。IGBT的额定电流高达4500 A，晶闸管甚至超过8000 A。这些器件可以轻易满足高电流要求。此外，压接封装的短路故障(short-on-fail)特性带来了更好的可靠性和系统可用性。
“找元器件现货上 唯样商城”
车辆电气化是交通运输行业实现减排的途径
本文概述了重型车辆电动化方面的电力电子技术详情，通过研究由能源生成、存储、运输和消耗构成的价值链，可帮助减低交通运输领域的碳排放，如图1所示。
【导读】本文概述了重型车辆电动化方面的电力电子技术详情，通过研究由能源生成、存储、运输和消耗构成的价值链，可帮助减低交通运输领域的碳排放，如图1所示。
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图1：基于清洁的可再生能源的
电动化交通运输
1. 简介
卡车、公交车和工程车辆亦称为重型车辆，据估算这些车辆的碳排放占据了交通运输领域排放量的25%，在欧洲总体温室气体排放量中占据了6%。
由于线上业务活动蓬勃发展，可以观察到跨越各大洲的长途交通运输业务出现相应的大幅增长，以及城市内的物品配送运营活动不断增加，这种状况并不限于欧盟地区。根据美国交通局公布数据[2]，在美国卡车车辆每年行驶里程大约为2960亿公里，燃烧了1130亿升汽油，进而产生多达2.94亿公吨的二氧化碳量。
在法规和更严格的排放要求推动下，车队运营商越来越多地转向使用零排放车辆。业界认为在全球范围所有主要城市中，提升公共交通以减少私家车数量是减低大都市碳排放的另一个重要考虑。在这个方面，使用零排放车辆运营是目标选择，最好与绿色的可再生能源相结合。
超过 3.5 吨级重型车辆的电动化是一项涉及多学科的艰巨任务，也是功率半导体产品面临的特殊挑战。与设计运行时间约为 8000 小时的典型客用车相比，卡车或公交车的使用寿命则要长得多(包括使用寿命和正常运行时间)。通用目标要求是一年 360 天、每天8 到 10 小时运行时间。预计这些车辆每天行驶多达 400 公里，在 15 年使用寿命期间总计行驶里程超过 200 万公里。在这方面，城市交通中使用的公交车同样面临挑战，因为它们单日需要行驶 200-300公里。而且，这些公交车辆固有的启停模式(start-stop-mode)带来了更多的难题。
全电动重型车辆包含了众多子系统，这些子系统需要使用非常可靠的解决方案。图 2 以电力电子器件为重点进行了深入的剖析。
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图2：“重型车辆”应用概述
经过十年来的电池技术发展，车辆电池成为了一个可行的解决方案，甚至对于电动重型车辆亦然。在过去十年中，每度电的价格已经下降了大约88%[3]。由于业界开发新的材料和生产工艺，以及制造能力不断增加，预计电价还将会进一步下降。同时，电池的能量密度持续增加，媒体不断报道有关技术突破的新闻。
电池可支持的充电循环次数是决定性参数，这代表着电池的使用寿命，因而非常重要。先前的凝胶式铅酸电池技术可提供几百次充电循环，而现代的锂电子电池则可以达到几千次充电循环。全球范围的电池制造商都在努力实现进一步的改善，并且已经公布了可实现超过10,000次循环和高达1 kWh/kg能量密度技术[4]。
所有这些因素使得车辆电池方案变得越来越有吸引力，甚至对于长距离车辆运营亦如此。接下来的挑战是在合理时间内为车辆充电，而所谓的合理与否，很大程度上取决于车辆的使用情况。
对于作为当地载客工具的客运公交车，最常见的选择是在轮班或夜间的休息时间停靠在车站里充电。在这种情形下，合理时间是指公交车闲置在停靠站中的几个小时。另一个选择则是在专门的充电站点进行充电。由于只有几分钟的时间，需要更高的充电功率才能向电池注入足够的能量。由于可在几个站点进行充电，可以考虑与在停靠站充电的方式相结合。
对于用于物流运营的卡车，就无法容忍花费几个小时充电的暂停作业。在这种情况下，必须在休息时间进行充电，而休息时间是驾驶员必须遵守的法律规定。未来没有驾驶员的自动驾驶卡车，甚至不需要休息。最理想的选择是在技术上实现最短时间充电。
因此，需要将支持这类车辆运营的基础设施视为价值链的一部分。
2. 电动化交通运输价值链
从可再生能源系统的发电到电解、传动系统、充电器和较小的车载应用，在交通运输价值链上可以找到功率范围从几瓦到几兆瓦的设计。
图3是相互连接部件的示意图。
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图3：用于从发电到电能消耗各阶段的
Littelfuse功率半导体产品
所有这些应用均需要使用高效和可靠的电子子系统。在这个严苛的环境中，控制、保护、传感器和电力电子器件无所不在，以安全高效地处理能量传输。如图所示，Littelfuse产品可以用于使用可靠的元器件来构建、运营和维护电动化交通运输环境。
3. 能量存储
对于为移动应用设备供电，现有三种主要的储存电能方法，每种方法各有其优缺点。
1. 在电场中使用电容器直接能量储存。电容器能够以非常高的速率进行充电和放电，从而提供极高的功率密度。除此之外，电容器不会像电池那样受到充电的影响，可以轻松实现数百万次充电循环。根据公式EC=1/2 C·U2，储存能量由电容器的容量和允许电压而定义。在技术方面，高电压的电容器只有低电容量，反之亦然。由于电容器以kWh/dm³为单位测量的能量密度低于电池，因而可以结合电容器与电池以提供高峰值功率，而电池充当主要的储能装置。
2. 在化学方面，能量储存在电池中。对于给定的电池化学，充放电能力受到化学过程的限制。现代的锂离子电池每公斤可以储存多达0.2到0.3kWh电能，这在目前的大多数应用中受到欢迎。在循环稳定性方面，目前采用的化学物质可以实现几千次充放电循环。
3. 从化学过程中获取作为能量载体的氢气，并在第二步中进行纯化。通过电解将水分离成氧气和氢气，提供了使用可再生能源来支持过程的方法。在所谓的燃料电池中，氢气和氧气会依次反应并产生电能。今天大多数可用的氢气是使用蒸汽重组器从石油和天然气中提取出来的。
4. 车辆与传动系统
如图4框图所示，重型车辆的传动系统在技术上与电动客用车的并没有太大的区别。
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图4：电池电动车辆的简化框图
重型车辆与客用车相比具有两项主要的区别。重型车辆的连续功率输出水平超过了客用车，在使用寿命方面也是同样。通常情况下，如果客用车的使用寿命是6000至8000个工作小时，那么卡车和公交车的使用寿命应该是它们的10倍之多。
尽管如此，商用车使用的电机大多数为永磁同步电机，由二级逆变器控制，如图5所示。
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图5：电动车辆传动系统的典型动力部分
图6所示是将氢气和氧气转化为水、热能和电能的燃料电池作为电源的扩展框图。大储槽中装有氢气，仍然需要电池在加速期间提供峰值功率，并在恢复期间储存能量。
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图6： 使用燃料电池的电动
车辆传动系统框图
除此之外，在构成燃料电池和电池之间接口的DC-DC转换器中，还需要更多的电子电力器件。
燃料电池传动系统固有的重要部件是压缩机，压缩机驱动强烈的气流进入燃料电池中，这些空气中含有平衡氢气和氧气所需要的氧气。
通过仔细研究燃料电池，可以了解到压缩机方面的挑战。图7是使用氢气进行能源转换所使用部件示意图。
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图7：燃料电池能量转换系统
根据燃料电池内需要的气体平衡，可以估算实现150 kW连续运作所需的气流：
● 1 kg H2 和8 kg O2生成大约20 kWh电能
● 每小时需要7.5 kg H2 + 60 kg O2
● 1 m²空气重量为1.2 kg，含有0.24 kg氧气
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图8：带有B12C的整流器拓朴结构，也称为B6C-2P
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