Pojazd elektryczny włączony

Ponieważ świat przygotowuje się do wyzwolenia rewolucji w dziedzinie pojazdów elektrycznych, nadal prawdą jest, że tempo adaptacji jest powolne. Pojazdy elektryczne (EV), mimo że są bardziej ekologicznym, płynniejszym i tańszym środkiem transportu, nie wydają się jeszcze praktyczne. Powodem są dwa słowa: koszt i ekosystem. Obecnie ceny pojazdów elektrycznych są porównywalne z samochodami benzynowymi, co czyni je mniej istotnym wyborem dla kupujących. Oczekuje się, że postęp w technologii akumulatorów i rządowe programy obniżą koszty pojazdów elektrycznych w przyszłości.

Druga część byłaby taka, że ​​nie ma odpowiedniego ekosystemu, w którym kupujący mogliby bez większego wysiłku korzystać z pojazdu elektrycznego. Mówiąc o „ekosystemie” mam na myśli stacje ładowania, które ładują pojazd elektryczny, gdy zabraknie energii z akumulatora. Wyobraź sobie, że używasz pojazdu benzynowego, gdy nie masz stacji benzynowych w swoim mieście, a jedynym miejscem, które możesz uzupełnić, jest dom, a do tego potrzeba co najmniej 6-8 godzin na naładowanie typowego pojazdu elektrycznego. Wiele firm, takich jak Tesla, EVgo, punkty ładowania itp., Już zauważyło ten problem, tworząc stacje ładowania w całym kraju. W krajach takich jak Holandia, które obiecały zrezygnować z silników benzynowych do 2035 r., Jest pewne, że drogi przyszłości zostaną zastąpione pojazdami elektrycznymi zamiast silników spalinowych, a wokół nas pojawi się wiele stacji ładowania pojazdów elektrycznych.

Ale jak działają stacje ładowania pojazdów elektrycznych ? Czy jedna stacja ładująca może ładować wszystkie typy pojazdów elektrycznych? Jakie są rodzaje ładowarek do pojazdów elektrycznych ? Jakie protokoły są przestrzegane w przypadku ładowarek pojazdów elektrycznych? W tym artykule omówimy odpowiedzi na wszystkie te pytania, a także zrozumiemy, czym jest stacja ładowania pojazdów elektrycznych i podsystemy za nią stojące. Zanim przejdziesz dalej, powinieneś przeczytać o akumulatorach używanych w pojeździe elektrycznym oraz o tym, jak działa system zarządzania akumulatorami w pojeździe elektrycznym.

Sprzęt do zasilania pojazdów elektrycznych (EVSE)

Urządzenia, które tworzą stację ładowania pojazdów elektrycznych, nazywane są zbiorczo jako sprzęt do zasilania pojazdów elektrycznych (EVSE). Termin jest bardziej popularny i nie odnosi się tylko do stacji ładowania. Niektórzy nazywają to również ECS, co oznacza elektryczną stację ładowania.

EVSE jest zaprojektowany i skonstruowany tak, aby ładować pakiet baterii przy użyciu sieci do dostarczania energii; te zestawy akumulatorów mogą znajdować się w pojeździe elektrycznym (EV) lub w pojeździe elektrycznym typu plug-in (PEV). Moc, złącze i protokół dla tych EVSE będą się różnić w zależności od projektu, który omówimy w tym artykule.

Ładowarki pokładowe i stacje ładowania

Zanim przejdziemy do stacji ładowania, ważne jest, aby zrozumieć, co znajduje się wewnątrz pojazdu elektrycznego i do której części będzie podłączona ładowarka. Większość pojazdów elektrycznych jest obecnie wyposażona w ładowarkę pokładową (OBC), a producent zapewnia również ładowarkę wraz z pojazdem. Te ładowarki wraz z ładowarką pokładową mogą być używane przez klienta do ładowania swojego pojazdu elektrycznego z domowego gniazdka elektrycznego, gdy tylko dostanie go do domu. Ale te ładowarki są bardzo proste i nie mają żadnych zaawansowanych funkcji, dlatego normalnie ładowanie typowego pojazdu elektrycznego zajmuje około 8 godzin.

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych (EVSE)

Stacje ładowania można ogólnie podzielić na dwa typy: stacje ładowania AC i stacje ładowania DC.

Stacja ładująca AC jak sama nazwa wskazuje dostarcza postać prądu zmiennego starcie do EV, który jest następnie przekształcany do DC za pomocą ładowarki pokładowej naładować pojazd. Te ładowarki są również nazywane ładowarkami poziomu 1 i 2, które są używane w miejscach mieszkalnych i komercyjnych. Zaletą stacji ładowania AC jest to, że ładowarka pokładowa reguluje napięcie i prąd zgodnie z wymaganiami dla pojazdu elektrycznego, dlatego komunikacja między stacją ładującą a pojazdem elektrycznym nie jest obowiązkowa. Wadato niska moc wyjściowa, która wydłuża czas ładowania. Na poniższym rysunku pokazano typowy system ładowania AC. Jak widać, prąd zmienny z sieci jest dostarczany bezpośrednio do OBC przez EVSE, OBC następnie konwertuje go na prąd stały i ładuje akumulator przez BMS. Przewód pilota służy do wykrywania typu ładowarki podłączonej do EV i ustawiania wymaganego prądu wejściowego dla OBC. Więcej na ten temat omówimy później.

DC stacja ładująca dostaje formularz prądu zmiennego siatkę i konwertuje go do napięcia DC i zastosowań to naładowanie akumulatora bezpośrednio po przejściu na pokładzie ładowarka (OBS). Te ładowarki zwykle generują wysokie napięcie do 600 V i prąd do 400 A, co umożliwia ładowanie pojazdu elektrycznego w mniej niż 30 minut w porównaniu z 8-16 godzinami na ładowarce AC. Są one również nazywane ładowarkami poziomu 3 i powszechnie znane jako szybkie ładowarki DC (DCFC) lub superładowarki. Zaletą tego typu ładowarki jest jej szybki czas ładowania, natomiast wadą jest złożona konstrukcjagdzie musi komunikować się z EV, aby ładować go wydajnie i bezpiecznie. Typowy system ładowania DC jest pokazany poniżej, jak widać, EVSE dostarcza DC bezpośrednio do akumulatora, omijając OBS. EVSE jest ułożony w stosy, aby zapewnić wysoki prąd, a pojedynczy stos nie będzie w stanie zapewnić wysokiego prądu z powodu ograniczeń przełącznika zasilania.

Zwykle ładowarki poziomu 1 są przeznaczone do użytku domowego, są to ładowarki dostarczane przez producentów wraz z pojazdem elektrycznym, którego można używać do ładowania pojazdu elektrycznego za pośrednictwem standardowych domowych gniazdek elektrycznych. Pracują więc na jednofazowym zasilaniu prądem przemiennym i mogą generować od 12 A do 16 A, a ładowanie EV o mocy 24 kWH zajmuje około 17 godzin. Poziom 1 ładowarka ma nie tyle rolę w stacji ładowania.

Level 2 ładowarka jest jako aktualizacja dla poziomu 1 ładowarka może być zainstalowany zarówno w domu, na specjalne zamówienie pod warunkiem, że dom ma zasilanie fazą lub mogą być stosowane w miejscach publicznych / komercyjnych stacji ładowania, jak również. Te ładowarki mogą zapewnić prąd wyjściowy do 80A ze względu na wysokie napięcie wejściowe i mogą ładować EV w 8 godzin. Level 3 lub ładowarka Super ładowarki przeznaczone są dla stacji ładowania publiczny sam. Wymagają wielofazowego wejścia prądu przemiennego z sieci i zużywają ponad 240 kW, czyli prawie 10 razy więcej niż typowy klimatyzator w naszym domu. Dlatego te ładowarki wymagają specjalnego pozwolenia z sieci na działanie.

Do poziomu 2 i poziomu 3 ładowarki są uważane za bardziej skuteczne niż Level 1 ładowarkę od AC / DC i DC / DC konwersja odbywa się w samej EVSE. Ze względu na ogromny rozmiar i złożoność ładowarek poziomu 2 i 3 nie można ich wbudować w pojazd elektryczny, ponieważ zwiększyłoby to wagę i zmniejszyło wydajność pojazdu elektrycznego.

Typ stacji ładującej	Poziom ładowarki	Napięcie i prąd zasilania AC	Moc ładowarki	Czas na naładowanie zestawu akumulatorów 24 kWH
Stacja ładowania AC	Poziom 1 - Mieszkalny	Jednofazowe - 120/230 V i ~ 12 do 16A	~ 1,44 kW do ~ 1,92 kW	~ 17 godzin
Stacja ładowania AC	Poziom 2 - komercyjny	Rozdzielona faza - 208/240 V i ~ 15 do 80A	~ 3,1 kW do ~ 19,2 kW	~ 8 godzin
Stacja ładowania DC	Poziom 3 - doładowanie	Jednofazowe - 300 / 600V i ~ 400A	~ 120 kW do ~ 240 kW	~ 30 minut

Rodzaje złączy ładowania pojazdów elektrycznych

Podobnie jak Europejczycy pracują z napięciem 220 V 50 Hz, a Amerykanie z napięciem 110 V 60 Hz, pojazdy elektryczne mają również różne typy złączy ładowania w zależności od kraju, w którym są produkowane. Doprowadziło to do zamieszania wśród producentów ESVE, ponieważ nie można ich łatwo uczynić uniwersalnymi dla wszystkich pojazdów elektrycznych. Poniżej podano główne klasyfikacje złączy do ładowarek AC i ładowarek DC.

Gniazda ładowania AC do pojazdu elektrycznego:

Wśród trzech najpopularniejszych typów gniazd ładowania AC jest gniazdo JSAE1772, które jest popularne w Ameryce Północnej. Jak widać, wtyczka / złącze ma wiele połączeń, trzy szerokie styki są dla fazy, przewodu neutralnego i uziemienia, podczas gdy dwa małe styki służą do komunikacji między ładowarką a EV (interfejs pilota), omówimy to później. Mennekes lub VDE-AR-E są używane w Europie do trójfazowego systemu ładowania AC, dzięki czemu mogą generować wysoką moc do 44 kW. Le-Grand jest również podobnym gniazdem z przesłoną zabezpieczającą, aby zapobiec przedostawaniu się zanieczyszczeń do gniazda ładowania. Zgodnie z normami technicznymi we wszystkich ładowarkach prądu przemiennego w przyszłości zaleca się stosowanie tylko gniazd HSAE 1772 i VDE-AR-E.

Gniazda ładowania DC do pojazdu elektrycznego:

Po stronie ładowarki DC mamy gniazdo ładowarki CHAdeMO, które jest najpopularniejszym typem gniazda. Został wprowadzony przez Japonię i wkrótce zaadaptowany przez Francję i Koreę. Obecnie większość pojazdów elektrycznych, takich jak Nissan Leaf, Kia itp., Ma tego typu gniazda. Gniazdo posiada dwa szerokie piny dla szyn zasilających DC oraz piny komunikacyjne dla protokołu CAN. Jak wiemy, ładowarki DC poziomu 3 nie używają ładowarki pokładowej i dlatego same muszą zapewnić wymagane napięcie i prąd dla pakietu akumulatorów EV. Odbywa się to poprzez ustanowienie łącza komunikacyjnego (łącze pilota) za pośrednictwem protokołu Control Area Network (CAN) z BMS zestawu baterii. Następnie BMS instruuje ładowarkę, aby rozpoczęła proces ładowania, monitoruje go, a następnie żąda zaprzestania ładowania.

Te samochody Tesla mają własne typu ładowarek o nazwie Super ładowarek i stąd mają swój własny rodzaj złącza, jak pokazano powyżej. Ale sprzedają adapter, który może konwertować ich port do ładowania za pomocą ładowarek CHAdeMO lub CSS. Ładowarka CDD to kolejne popularne gniazdo do ładowania, które łączy w sobie ładowarki typu AC i DC. Jak widać na zdjęciu, ładowarka jest podzielona na dwa segmenty, aby obsługiwać zarówno prąd stały, jak i prąd zmienny. Może obsługiwać komunikację CAN i Power Line (PLC) i jest szeroko stosowany w europejskich samochodach, takich jak Audi, BMW, Ford, GM, Porsche itp. Może obsługiwać do 400 kW prądu stałego i 43 kW prądu przemiennego.

Stacja ładowania AC EVSE - ładowarki poziomu 1 i 2

Stacje ładowania poziomu 1 i 2 muszą po prostu dostarczać prąd zmienny do ładowarki pokładowej w pojeździe elektrycznym, który następnie zajmowałby się procesem ładowania; to może wyglądać na pierwszy rzut oka. Ale ponoszą odpowiedzialność za udowodnienie odpowiedniej ilości mocy z sieci, zgodnie z wymaganiami pakietu akumulatorów pojazdu elektrycznego, komunikując się z nim przez przewód pilota. Poniżej przedstawiono podsystemy występujące w typowej stacji ładowania prądu przemiennego przedstawione w dokumencie szkoleniowym TI.

Na poziomie 1 do ładowania posiada maksymalny prąd wyjściowy 16a powodu ograniczeń gniazda sieci elektrycznej, a poziom 2 do ładowania może dostarczyć do połowy 80A podczas pracy w zasilaniu trójfazowym. Ładowarki AC poziomu 1 i 2 zwykle używają standardowych złączy wtykowych SAEJ1772.

Jak widać, linia zasilania AC (L1 i L2) są podłączone do złącza J1772 przez przekaźnik. Ten przekaźnik zostanie zamknięty, aby rozpocząć proces ładowania i otwarty po zakończeniu ładowania. Komunikacja sygnału pilota służy do wykrywania stanu akumulatora, a system przetwarzania hosta decyduje, ile mocy należy dostarczyć do ładowarki pokładowej. Omówimy