依循近年來智慧工業生產的趨勢,許多大工廠陸續投入資源提升自動化的高度,打造智慧化工廠,隨之而來的就是無人搬運車(Automated Guided Vehicle) 的大量投入。
雖然無人搬運車比起傳統人工的作業時間長很多,但不可避免的仍需要進行充電或更換電池,所以工廠仍需於場內設置無人搬運車的充電站,因此令製造商頭痛的電磁相容性(Electromagnetic Compatibility,以下簡稱EMC)問題除了常常發生在無人搬運車上,也常在無人搬運車充電站上發生。
雖然無人搬運車充電站的EMC 目前較常使用的是工業環境EMC 國際標準(例如:IEC61000-6-2…等)來認證,但是某些對於產品要求比較嚴格的製造商或買方會要求採用電動車充電站的國際標準(IEC 61851-21-2) 來對充電站進行測試,本文將對IEC 61851-21-2 做簡單介紹。
圖一、常見的無人搬運車充電站架構
比較常見的無人搬運車充電站架構,對應至IEC 61851-21-2 標準內的非車載充電設備架構通常與圖一相同,在IEC 61851-21-2 標準裡除了一般EMC 測試的位置還會針對被測充電站(圖一中EUT)的電源端口、訊號端口、網路端口與充電站電源輸出端口(CPT 端口)進行測試。
除了要針對各個端口進行測試外,IEC 61851-21-2標準內針對電磁耐受性(Electromagnetic Susceptibility 以下簡稱EMS)測試的部分會要求兩種操作模式:
- 等待模式(Waiting mode):
等待模式是為了模擬當充電站已經完全啟動,且已連接到無人搬運車,但是沒有進行充電的狀況。通常是當無人搬運車電池已經充滿,或者是無人搬運車連接後到充電站決定開始充電這段期間的狀態。
- 充電模式(Charge mode):
顧名思義就是在充電狀態下進行測試,標準內要求要在最大額定功率的20% (±10%)。不評估當無人搬運車沒有連接的無負載狀況,因為等待模式足以涵蓋該條件。介紹完EMS 的測試模式後,以下是測試的項目:
可以看出相比於一般IEC 61000-6-2 工業環境的EMC 測試標準,IEC 61851-21-1 標準內的測試規格更加嚴格,且除了電壓下降的測試外,身為主功能(Primary functions) 的充電功能試不能有所降級(degrade) 的。
雷擊測試方面,要注意雷擊保護裝置的耗損,選用的保護元件規格最好不要選的太”緊繃”(Margin),也要注意耐用度,磁場干擾方面也要注意充電電流是否會被影響。
因為針對不同的端口還要測試等待模式與充電模式,測試實驗室在與製造商討論測試要求以及預估測試流程的時間上需要多加注意。
至於在電磁干擾(Electromagnetic interference 以下簡稱EMI)測試的部分,標準內也要規定了測試條件:
- 20% (±10%) 的最大額定功率
- 80% (±10%) 的最大額定功率
以下為EMI 適用的測試項目:
電流諧波和電壓波動與閃爍兩項測試依據無人搬運車充電站的額定電流選擇測試標準,另外在電壓波動與閃爍的測試時間要測試一個完整的充電週期。
電源端口的傳導干擾會根據充電站的額定功率有不同的限制值(如圖二),測試前需確認規格。
圖二、A 類交流電源輸入端口限制值
CPT 端口的傳導干擾也會因充電方式而有所不同,目前常見的無人搬運車充電站通常都以直流輸出方式來充電,所以採用直流CPT 端口限制值(如圖三)。
圖三、直流CPT 端口限制值
在輻射干擾部分, 也需要依照無人搬運車充電站的最高內部頻率(Highest internalfrequency) 來決定要量測的範圍(如圖四),如果無法確定充電站的最高內部頻率,那量測頻率就要到6GHz。
圖四、輻射干擾量測的最高要求頻率
基本上EMI 部分相同於CISPR 32 等國際標準,撰寫本文章的時間點當前CISPR 32 標準的版本為CISPR 32:2015/AMD1:2019,而IEC 61851-21-1 的2018 版本採用的剛好是前一版本的CISPR 32 標準,限制值與當前最新版本稍微有不一樣的地方,測試時需要注意使用的版次。
另外,在測試上因為會針對充電模式進行多項測試,因此測試前可以預先準備幾台消耗過電源的無人搬運車,以節省電池充飽以後還要進行電量消耗的時間。
雖然IEC 61851-21-2 主要是電動車充電的標準,但因為與無人搬運車充電站的相似、更廣的評估範圍以及更加嚴格的電磁相容性測試規格,有一些對產品要求嚴格的廠商也會採用此標準當成自家充電站的測試規範,來增加產品信心。