Ηλεκτρικό όχημα

Καθώς ο κόσμος προετοιμάζεται να εξαπολύσει μια επανάσταση EV, εξακολουθεί να ισχύει ότι ο ρυθμός προσαρμογής είναι αργός. Τα ηλεκτρικά οχήματα (EV) παρά το γεγονός ότι είναι πιο πράσινα, πιο ομαλά και φθηνότερα μέσα μεταφοράς δεν φαίνεται να είναι πρακτικά ακόμη. Ο λόγος είναι δύο λέξεις, Κόστος και Οικοσύστημα. Επί του παρόντος, οι τιμές των EV ουσιαστικά είναι ισοδύναμες με τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα, γεγονός που το καθιστά λιγότερο σημαντική επιλογή για τους αγοραστές, καθώς η πρόοδος στην τεχνολογία μπαταριών και στα κυβερνητικά σχέδια αναμένεται να μειώσει το κόστος των EV στο μέλλον.

Το δεύτερο μέρος θα ήταν ότι δεν υπάρχει κατάλληλο οικοσύστημα για τους αγοραστές να χρησιμοποιούν ένα ηλεκτρικό όχημα χωρίς πολύ ταλαιπωρία. Με το «Οικοσύστημα» αναφέρομαι στους σταθμούς φόρτισης για τη φόρτιση του EV σας όταν εξαντλείται ο χυμός της μπαταρίας. Φανταστείτε να χρησιμοποιείτε ένα βενζινοκίνητο όχημα όταν δεν έχετε βενζινάδικα στην πόλη σας και το μόνο μέρος που μπορείτε να ξαναγεμίσετε είναι το σπίτι σας, προσθέτοντας ότι θα χρειαστείτε τουλάχιστον 6-8 ώρες για να φορτίσετε ένα τυπικό EV. Πολλές εταιρείες όπως η Tesla, η EVgo, το σημείο φόρτισης κ.λπ. έχουν ήδη αναγνωρίσει αυτό το πρόβλημα δημιουργώντας σταθμούς φόρτισης σε όλη τη χώρα. Με χώρες όπως η Ολλανδία, που υποσχέθηκαν να εγκαταλείψουν τον βενζινοκινητήρα έως το 2035, είναι βέβαιο ότι οι δρόμοι του μέλλοντος θα αντικατασταθούν με ηλεκτροκινητήρες πάνω από κινητήρες εσωτερικής καύσης και θα εμφανιστούν πολλοί σταθμοί φόρτισης EV γύρω μας.

Αλλά, πώς λειτουργεί ένας σταθμός φόρτισης EV; Μπορεί ένας σταθμός φόρτισης να φορτίσει όλους τους τύπους ηλεκτρικών οχημάτων; Ποιοι είναι οι τύποι του φορτιστή ηλεκτρικών οχημάτων; Ποια πρωτόκολλα ακολουθούνται για φορτιστές EV; Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε την απάντηση για όλες αυτές τις ερωτήσεις και θα κατανοήσουμε επίσης τι συνιστά σταθμό φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων και τα υποσυστήματα πίσω από αυτό. Πριν προχωρήσετε περαιτέρω, θα πρέπει να διαβάσετε σχετικά με τις μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στο ηλεκτρικό όχημα και τον τρόπο λειτουργίας του συστήματος διαχείρισης μπαταριών στο ηλεκτρικό όχημα.

Εξοπλισμός προμήθειας ηλεκτρικών οχημάτων (EVSE)

Οι εξοπλισμοί που αποτελούν σταθμό φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων ονομάζονται συλλογικά ως ηλεκτρικός εξοπλισμός προμήθειας οχημάτων (EVSE). Ο όρος είναι πιο δημοφιλής και δεν αναφέρεται παρά στους σταθμούς φόρτισης. Μερικοί άνθρωποι το αναφέρουν επίσης ως ECS που σημαίνει σταθμός φόρτισης Ηλεκτρικός.

Ένα EVSE έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί για να φορτίζει μια μπαταρία χρησιμοποιώντας το πλέγμα για την παροχή ισχύος. Αυτές οι μπαταρίες ενδέχεται να υπάρχουν σε ηλεκτρικό όχημα (EV) ή σε ηλεκτρικό όχημα Plug-in (PEV). Η ισχύς, ο σύνδεσμος και το πρωτόκολλο για αυτά τα EVSE θα ποικίλλουν ανάλογα με τη σχεδίαση που θα συζητήσουμε σε αυτό το άρθρο.

Ενσωματωμένοι φορτιστές και σταθμοί φόρτισης

Πριν προχωρήσουμε σε σταθμούς φόρτισης, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τι υπάρχει μέσα στο EV και σε ποιο τμήμα θα συνδεθεί ο φορτιστής. Τα περισσότερα EV διαθέτουν σήμερα φορτιστή On-Board (OBC) και ο κατασκευαστής παρέχει επίσης φορτιστή μαζί με το όχημα. Αυτοί οι φορτιστές μαζί με τον ενσωματωμένο φορτιστή μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον πελάτη για να φορτίσει το EV του από την πρίζα του σπιτιού του μόλις το πάρει. Ωστόσο, αυτοί οι φορτιστές είναι πολύ βασικοί και δεν συνοδεύονται από προηγμένες δυνατότητες και ως εκ τούτου συνήθως χρειάζονται περίπου 8 ώρες για τη φόρτιση ενός τυπικού EV.

Τύποι σταθμών φόρτισης EV (EVSE)

Οι σταθμοί φόρτισης μπορούν να ταξινομηθούν ευρέως σε δύο τύπους, το σταθμό φόρτισης AC και το σταθμό φόρτισης DC.

Ένας σταθμός φόρτισης AC, όπως υποδηλώνει το όνομα, παρέχει ισχύ AC από το πλέγμα στο EV, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε DC χρησιμοποιώντας τον ενσωματωμένο φορτιστή για τη φόρτιση του οχήματος. Αυτοί οι φορτιστές ονομάζονται επίσης φορτιστές επιπέδου 1 και 2 που χρησιμοποιούνται σε οικιακές και εμπορικές περιοχές. Το πλεονέκτημα ενός σταθμού φόρτισης AC είναι ότι ο ενσωματωμένος φορτιστής θα ρυθμίζει την τάση και το ρεύμα όπως απαιτείται για το EV, επομένως δεν είναι υποχρεωτικό να επικοινωνεί ο σταθμός φόρτισης στο EV. Το μειονέκτημαείναι η χαμηλή ισχύς εξόδου που αυξάνει το χρόνο φόρτισης. Ένα τυπικό σύστημα φόρτισης AC φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Όπως μπορούμε να δούμε ότι το AC από το δίκτυο τροφοδοτείται απευθείας στο OBC μέσω EVSE, το OBC το μετατρέπει στη συνέχεια σε DC και φορτίζει την μπαταρία μέσω του BMS. Το καλώδιο πιλότου χρησιμοποιείται για να ανιχνεύσει τον τύπο του φορτιστή που είναι συνδεδεμένος στο EV και να ρυθμίσει το απαιτούμενο ρεύμα εισόδου για το OBC. Θα συζητήσουμε περισσότερα για αυτό αργότερα.

Ένας Σταθμός φόρτισης DC λαμβάνει ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος από το πλέγμα και το μετατρέπει σε τάση DC και το χρησιμοποιεί φορτίζει την μπαταρία απευθείας παρακάμπτοντας τον ενσωματωμένο φορτιστή (OBS). Αυτοί οι φορτιστές παράγουν συνήθως υψηλή τάση έως 600V και ρεύμα έως 400Α που επιτρέπει στο EV να φορτίζεται σε λιγότερο από 30 λεπτά σε σύγκριση με 8-16 ώρες στο φορτιστή AC. Αυτοί ονομάζονται επίσης φορτιστές επιπέδου 3 και κοινώς γνωστοί ως DC Fast Chargers (DCFC) ή Super φορτιστές. Το πλεονέκτημα αυτού του τύπου φορτιστή είναι ο γρήγορος χρόνος φόρτισης, ενώ το μειονέκτημα είναι η σύνθετη μηχανική τουόπου πρέπει να επικοινωνεί με το EV για να το φορτίζει αποτελεσματικά και με ασφάλεια. Ένα τυπικό σύστημα φόρτισης DC φαίνεται παρακάτω, όπως μπορείτε να δείτε ότι το EVSE παρέχει DC απευθείας στην μπαταρία παρακάμπτοντας το OBS. Το EVSE είναι διατεταγμένο σε στοίβες για να παρέχει υψηλό ρεύμα, μια μεμονωμένη στοίβα δεν θα είναι σε θέση να παρέχει υψηλό ρεύμα λόγω περιορισμών διακόπτη ισχύος.

Κανονικά, οι φορτιστές επιπέδου 1 προορίζονται για οικιακή χρήση, αυτοί είναι οι φορτιστές που παρέχονται από τους κατασκευαστές μαζί με το EV που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη φόρτιση του EV μέσω τυπικών οικιακών εξόδων. Λειτουργούν λοιπόν σε μονοφασική παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος και μπορούν να εξάγονται οπουδήποτε μεταξύ 12Α έως 16Α και χρειάζονται περίπου 17 ώρες για να φορτίσουν ένα EV 24kWH. Ο φορτιστής επιπέδου 1 δεν παίζει μεγάλο ρόλο στους σταθμούς φόρτισης.

Ο φορτιστής επιπέδου 2 παρέχεται ως ενημέρωση για το φορτιστή επιπέδου 1 που μπορεί είτε να εγκατασταθεί εσωτερικά, κατόπιν ειδικού αιτήματος, υπό την προϋπόθεση ότι το σπίτι διαθέτει τροφοδοσία χωριστής φάσης ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε δημόσιους / εμπορικούς σταθμούς φόρτισης. Αυτοί οι φορτιστές μπορούν να παρέχουν ρεύμα εξόδου έως και 80Α λόγω της υψηλής τάσης εισόδου και μπορούν να φορτίσουν ένα EV σε 8 ώρες. Ο φορτιστής επιπέδου 3 ή οι υπερφορτιστές προορίζονται μόνο για δημόσιους σταθμούς φόρτισης. Απαιτούν πολυφασική είσοδο AC από το δίκτυο και καταναλώνουν περισσότερα από 240 kW που σχεδόν 10 φορές περισσότερο από μια τυπική μονάδα κλιματισμού στο σπίτι μας. Επομένως, αυτοί οι φορτιστές απαιτούν ειδική άδεια από το δίκτυο για να λειτουργήσουν.

Οι φορτιστές επιπέδου 2 και επιπέδου 3 θεωρούνται αποδοτικότεροι από τον φορτιστή επιπέδου 1, καθώς η μετατροπή AC / DC και DC / DC πραγματοποιείται στο ίδιο το EVSE. Λόγω του τεράστιου μεγέθους και της πολυπλοκότητας των φορτιστών επιπέδου 2 και επιπέδου 3, δεν μπορούν να ενσωματωθούν μέσα σε ένα EV καθώς θα αύξανε το βάρος και θα μειώσει την απόδοση του EV.

Τύπος σταθμού φόρτισης	Επίπεδο φορτιστή	Τάση τροφοδοσίας AC και ρεύμα	Ισχύς φορτιστή	Χρόνος φόρτισης μιας μπαταρίας 24kWH
Σταθμός φόρτισης AC	Επίπεδο 1 - Κατοικίες	Μονοφασική - 120 / 230V και ~ 12 έως 16A	~ 1,44 kW έως ~ 1,92kW	~ 17 ώρες
Σταθμός φόρτισης AC	Επίπεδο 2 - Εμπορικό	Split Phase - 208 / 240V και ~ 15 έως 80A	~ 3,1 kW έως ~ 19,2 kW	~ 8 ώρες
Σταθμός φόρτισης DC	Επίπεδο 3 - Υπερπληρωτής	Μονοφασική - 300 / 600V και ~ 400A	~ 120 kW έως ~ 240 kW	~ 30 λεπτά

Τύποι συνδέσμων φόρτισης EV

Ακριβώς όπως οι Ευρωπαίοι λειτουργούν στα 220V 50Hz και οι Αμερικανοί λειτουργούν στα 110V 60Hz, τα EV έχουν επίσης διαφορετικούς τύπους συνδέσμων φόρτισης με βάση τη χώρα στην οποία κατασκευάζεται. Αυτό έχει οδηγήσει σε σύγχυση μεταξύ των κατασκευαστών ESVE καθώς δεν μπορούν να γίνουν καθολικά εύκολα για όλα τα EV. Οι κύριες ταξινομήσεις των συνδετήρων για φορτιστές AC και φορτιστές DC δίνονται παρακάτω.

Υποδοχές φόρτισης AC για ηλεκτρικό όχημα:

Μεταξύ των τριών, ο πιο κοινός τύπος υποδοχής φόρτισης AC είναι η υποδοχή JSAE1772 με δημοφιλή στη Βόρεια Αμερική. Όπως μπορείτε να δείτε ότι το βύσμα / σύνδεσμος έχει πολλαπλές συνδέσεις, οι τρεις ευρείες ακίδες είναι για φάση, ουδέτερο και γείωση, ενώ οι δύο μικρές ακίδες χρησιμοποιούνται για επικοινωνία μεταξύ του φορτιστή και του EV (πιλοτική διεπαφή), θα συζητήσουμε περισσότερα για αυτό αργότερα. Το Mennekes ή το VDE-AR-E χρησιμοποιείται στην Ευρώπη για τριφασικό σύστημα φόρτισης AC και ως εκ τούτου μπορεί να παράγει υψηλή ισχύ έως 44kW. Το Le-Grand είναι επίσης μια παρόμοια πρίζα με κλείστρο ασφαλείας για να αποτρέψει την είσοδο υπολειμμάτων στην υποδοχή φόρτισης. Σύμφωνα με τα τεχνικά πρότυπα, μόνο οι πρίζες HSAE 1772 και VDE-AR-E προτείνονται να χρησιμοποιηθούν σε όλους τους φορτιστές AC του μέλλοντος.

Υποδοχές φόρτισης DC για ηλεκτρικό όχημα:

Στην πλευρά του φορτιστή DC έχουμε την υποδοχή φορτιστή CHAdeMO που είναι ο πιο δημοφιλής τύπος πρίζας. Παρουσιάστηκε από την Ιαπωνία και σύντομα προσαρμόστηκε από τη Γαλλία και την Κορέα. Σήμερα τα περισσότερα EV όπως το Nissan Leaf, το Kia κ.λπ. έχουν αυτούς τους τύπους υποδοχών. Η πρίζα έχει δύο ευρείες ακίδες για τις ράγες τροφοδοσίας DC και τις ακίδες επικοινωνίας για το πρωτόκολλο CAN. Όπως γνωρίζουμε, οι φορτιστές DC επιπέδου 3 δεν χρησιμοποιούν τον ενσωματωμένο φορτιστή και ως εκ τούτου πρέπει να παρέχουν την απαιτούμενη τάση και ρεύμα για τη μπαταρία του EV από μόνο του. Αυτό γίνεται με τη δημιουργία ενός συνδέσμου επικοινωνίας (πιλοτικός σύνδεσμος) μέσω του πρωτοκόλλου Control Area Network (CAN) με το BMS της μπαταρίας. Στη συνέχεια, το BMS δίνει εντολή στον Φορτιστή να ξεκινήσει τη διαδικασία φόρτισης, τον παρακολουθεί και στη συνέχεια ζητά από το φορτιστή να σταματήσει τη φόρτιση.

Τα αυτοκίνητα Tesla έχουν τον δικό τους τύπο φορτιστή που ονομάζεται υπερ φορτιστές και ως εκ τούτου έχουν τον δικό τους τύπο συνδέσμων όπως φαίνεται παραπάνω. Αλλά πωλούν έναν προσαρμογέα που μπορεί να μετατρέψει τη θύρα τους για φόρτιση με φορτιστές CHAdeMO ή CSS. Ο φορτιστής CDD είναι μια άλλη δημοφιλής υποδοχή φορτιστή που συνδυάζει τόσο φορτιστές AC όσο και DC. Όπως μπορείτε να δείτε στην εικόνα, ο φορτιστής χωρίζεται σε δύο τμήματα για υποστήριξη τόσο DC όσο και AC. Μπορεί να υποστηρίξει CAN και Power Line Communication (PLC) και χρησιμοποιείται ευρέως σε ευρωπαϊκά αυτοκίνητα όπως Audi, BMW, Ford, GM, Porsche κ.λπ. Μπορεί να υποστηρίξει έως και 400kW DC και 43kW AC.

Σταθμός φόρτισης AC EVSE - Φορτιστές επιπέδου 1 και επιπέδου 2

Ο σταθμός φόρτισης επιπέδου 1 και επιπέδου 2 πρέπει απλώς να παρέχει τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος στον ενσωματωμένο φορτιστή σε ένα ηλεκτρικό όχημα το οποίο στη συνέχεια θα φροντίζει για τη διαδικασία φόρτισης. αυτό μπορεί να φαίνεται με μια πρώτη ματιά. Αλλά φέρουν την ευθύνη να αποδείξουν τη σωστή ποσότητα ισχύος από το πλέγμα, όπως απαιτείται από το πακέτο μπαταριών EV, επικοινωνώντας μαζί του μέσω καλωδίου πιλότου. Τα υποσυστήματα που υπάρχουν σε έναν τυπικό σταθμό φόρτισης AC που αντιπροσωπεύεται στο έγγραφο εκπαίδευσης TI παρουσιάζονται παρακάτω.

Οι φορτιστές επιπέδου 1 έχουν μέγιστο ρεύμα εξόδου 16Α λόγω των περιορισμών των οικιακών πριζών, ενώ οι φορτιστές επιπέδου 2 μπορούν να παρέχουν έως και 80Α όταν λειτουργούν σε τριφασική τροφοδοσία. Τόσο οι φορτιστές AC επιπέδου 1 όσο και επιπέδου 2 χρησιμοποιούν συνήθως τους τυπικούς βύστες SAEJ1772.

Όπως μπορείτε να δείτε, η γραμμή τροφοδοσίας AC (L1 και L2) συνδέεται στην υποδοχή J1772 μέσω ενός ρελέ. Αυτό το ρελέ θα κλείσει για να ξεκινήσει η διαδικασία φόρτισης και θα ανοίξει όταν ολοκληρωθεί η φόρτιση. Η επικοινωνία πιλοτικού σήματος χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της κατάστασης της μπαταρίας και το σύστημα επεξεργασίας του κεντρικού υπολογιστή αποφασίζει πόση ισχύ πρέπει να παρέχεται στον ενσωματωμένο φορτιστή. Θα συζητήσουμε