Elektrické vozidlo je zapnuté

Pretože sa svet pripravuje na spustenie revolúcie elektromobilov, stále platí, že rýchlosť adaptácie je pomalá. Elektrické vozidlá (EV) sa napriek tomu, že sú ekologickejším, plynulejším a lacnejším spôsobom prepravy, zatiaľ nezdajú byť praktické. Dôvodom sú dve slová, Náklady a Ekosystém. V súčasnosti sú elektromobily v podstate na rovnakej úrovni ako benzínové automobily, čo z nich robí menej dôležitú voľbu pre kupujúcich. Očakáva sa, že pokrok v technológii batérií a vládne schémy v budúcnosti znížia náklady na elektromobily.

Druhou časťou by bolo, že neexistuje vhodný ekosystém na to, aby kupujúci mohli používať elektrické vozidlo bez väčších problémov. „Ekosystém“ mám na mysli nabíjacie stanice, ktoré vám nabijú elektromobil, keď vám dôjde batéria. Predstavte si, že používate benzínové vozidlo, keď vo svojom meste nemáte benzínové pumpy a jediné miesto, kde môžete benzín natankovať, ste doma. Okrem toho budete na nabitie typického elektromobilu potrebovať minimálne 6 - 8 hodín. Mnoho spoločností ako Tesla, EVgo, nabíjacie stanice atď. Už uznalo tento problém zriadením nabíjacích staníc po celej krajine. V krajinách ako Holandsko, ktoré sľúbili, že sa do roku 2035 vzdajú benzínových motorov, je isté, že cesty budúcnosti budú nahradené elektromobilmi namiesto spaľovacích motorov a okolo nás sa objaví veľa nabíjacích staníc.

Ale, ako sa robí EV dobíjacích staníc prácu ? Môže jedna nabíjacia stanica nabíjať všetky typy elektrických vozidiel? Aké sú typy nabíjačky elektrických vozidiel ? Aké protokoly sa dodržiavajú pri nabíjačkách EV? V tomto článku sa budeme zaoberať odpoveďou na všetky tieto otázky a tiež pochopíme, čo predstavuje nabíjaciu stanicu pre elektrické vozidlá a subsystémy, ktoré za ňou stoja. Než pôjdete ďalej, mali by ste si prečítať o batériách použitých v elektrickom vozidle a o tom, ako funguje systém správy batérií vo vnútri vozidla s elektrickým pohonom.

Zásobovacie zariadenie pre elektrické vozidlá (EVSE)

Zariadenia, ktoré tvoria nabíjaciu stanicu pre elektrické vozidlá, sa súhrnne nazývajú EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment). Tento pojem je populárnejší a neodkazuje sa na nič iné ako na nabíjacie stanice. Niektorí ľudia ju označujú aj ako ECS, čo je skratka pre elektrickú nabíjaciu stanicu.

EVSE je navrhnutý a vyrobený tak, aby nabíjal batériu pomocou mriežky pre napájanie; tieto batérie môžu byť prítomné v elektrickom vozidle (EV) alebo v zásuvnom elektrickom vozidle (PEV). Napájanie, konektor a protokol pre tieto EVSE sa budú líšiť v závislosti od jeho dizajnu, o ktorom pojednáme v tomto článku.

Palubné nabíjačky a nabíjacie stanice

Predtým, ako vstúpime do nabíjacích staníc, je dôležité pochopiť, čo sa vo vnútri EV nachádza a ku ktorej časti bude nabíjačka pripojená. Väčšina EV sa dnes dodáva s palubnou nabíjačkou (OBC) a výrobca spolu s vozidlom dodáva aj nabíjačku. Tieto nabíjačky spolu s palubnou nabíjačkou môže zákazník použiť na nabíjanie svojho EV zo zásuvky v domácnosti, hneď ako ho dostane domov. Ale tieto nabíjačky sú veľmi základné a neprichádzajú so žiadnymi pokročilými funkciami, a preto by nabitie typického EV obyčajne trvalo asi 8 hodín.

Typy nabíjacích staníc EV (EVSE)

Nabíjacie stanice možno v zásade rozdeliť na dva typy, nabíjaciu stanicu AC a nabíjaciu stanicu DC.

Ako naznačuje názov, nabíjacia stanica na striedavý prúd poskytuje zo siete elektrický prúd na elektrický pohon, ktorý sa pomocou palubnej nabíjačky na nabíjanie vozidla prevedie na jednosmerný prúd. Tieto nabíjačky sa tiež nazývajú nabíjačky úrovne 1 a úrovne 2, ktoré sa používajú v obytných a komerčných priestoroch. Výhodou nabíjacej stanice na striedavý prúd je, že palubná nabíjačka bude regulovať napätie a prúd podľa potreby pre EV, preto nabíjačka nemusí komunikovať s EV. Nevýhodaje jeho nízky výstupný výkon, ktorý zvyšuje dobu nabíjania. Typický systém nabíjania striedavým prúdom je uvedený na obrázku nižšie. Ako vidíme, AC zo siete sa dodáva priamo do OBC cez EVSE, OBC ho potom prevádza na DC a nabíja batériu cez BMS. Pilotný vodič sa používa na snímanie typu nabíjačky pripojenej k EV a nastavenie požadovaného vstupného prúdu pre OBC. O tom si neskôr povieme viac.

Nabíjacia stanica DC dostane napájanie striedavým prúdom tvoriť mriežku a prevádza ich na jednosmerné napätie a používa ho nabíjanie akumulátora priamo obchádzanie palubnej nabíjačky (OBS). Tieto nabíjačky majú normálne vysoké napätie až 600 V a prúd až 400 A, čo umožňuje nabíjanie EV za menej ako 30 minút v porovnaní s 8 až 16 hodinami pri nabíjačke so striedavým prúdom. Nazývajú sa tiež nabíjačky úrovne 3 a sú bežne známe ako DC Fast Chargers (DCFC) alebo Super nabíjačky. Výhodou tohto typu nabíjačky je rýchla doba nabíjania, nevýhodou zložitá konštrukciakde potrebuje komunikovať s EV, aby bolo možné nabíjať efektívne a bezpečne. Nižšie je uvedený typický systém nabíjania jednosmerným prúdom, ako môžete vidieť, že EVSE poskytuje jednosmerný prúd priamo na batériu obchádzajúcu OBS. EVSE je usporiadaný v komínoch, aby poskytoval vysoký prúd, jediný komín nebude schopný poskytnúť vysoký prúd z dôvodu obmedzení výkonového spínača.

Normálne sú nabíjačky úrovne 1 určené na domáce použitie, jedná sa o nabíjačky poskytované výrobcami spolu s EV, ktoré sa dajú použiť na nabíjanie EV prostredníctvom štandardných domácich zásuviek. Pracujú teda na jednofázové napájanie striedavým prúdom a môžu vystupovať kdekoľvek medzi 12 A až 16 A a nabíjanie EV 24 kWh trvá približne 17 hodín. Level 1 nabíjačka nemá veľkú úlohu v nabíjacích staníc.

Level 2 nabíjačka je poskytovaná ako aktualizácia pre úroveň 1 nabíjačka môže byť buď inštalovaná v dome, na osobitnú žiadosť za predpokladu, že dom má napájací zdroj s pomocnou fázou , alebo môžu byť použité na verejných / komerčných dobíjacích staníc rovnako. Tieto nabíjačky môžu vďaka vysokému vstupnému napätiu poskytnúť až 80A výstupného prúdu a dokážu nabiť EV za 8 hodín. Level 3 nabíjačky alebo nabíjačky Super sú určené pre samotné verejné dobíjacie stanice. Vyžadujú viacfázový vstup striedavého prúdu zo siete a spotrebúvajú viac ako 240 kW, čo je takmer 10-krát viac ako u bežnej klimatizačnej jednotky v našej domácnosti. Tieto nabíjačky teda na svoju činnosť potrebujú špeciálne povolenie od siete.

Tieto nabíjačky Level 2 a Level 3 sú považované za účinnejšie ako Level 1 nabíjačku od AC / DC a DC / DC konverzie prebieha v samotnom EVSE. Z dôvodu obrovských rozmerov a zložitosti nabíjačiek úrovne 2 a 3 ich nemožno zabudovať do EV, pretože by to zvýšilo hmotnosť a znížilo účinnosť EV.

Typ nabíjacej stanice	Úroveň nabíjačky	AC napájacie napätie a prúd	Nabíjačka	Čas na nabitie batérie s výkonom 24 kWh
Nabíjacia stanica so striedavým prúdom	Úroveň 1 - Obytné	Jednofázové - 120 / 230V a ~ 12 až 16A	~ 1,44 kW až ~ 1,92 kW	~ 17 hodín
Nabíjacia stanica so striedavým prúdom	Úroveň 2 - Obchodná	Rozdelená fáza - 208 / 240V a ~ 15 až 80A	~ 3,1 kW až ~ 19,2 kW	~ 8 hodín
DC nabíjacia stanica	Úroveň 3 - Dúchadlo	Jednofázové - 300 / 600V a ~ 400A	~ 120 kW až ~ 240 kW	~ 30 minút

Typy nabíjacích konektorov EV

Rovnako ako Európania pracujú na 220 V 50 Hz a Američania na 110 V 60 Hz, aj elektromobily majú rôzne typy nabíjacích konektorov podľa krajiny, v ktorej sa vyrába. To medzi výrobcami ESVE viedlo k nejasnostiam, pretože sa nedajú ľahko urobiť univerzálnymi pre všetky EV. Hlavné klasifikácie konektorov pre AC nabíjačky a DC nabíjačky sú uvedené nižšie.

AC nabíjacie zásuvky pre elektrické vozidlá:

Medzi tri najbežnejšie typy nabíjacích zásuviek na striedavý prúd patrí zásuvka JSAE1772, ktorá je populárna v Severnej Amerike. Ako vidíte, že konektor / konektor má viac pripojení, tri široké piny sú pre fázové, neutrálne a uzemnenie, zatiaľ čo dva malé piny sa používajú na komunikáciu medzi nabíjačkou a EV (pilotné rozhranie), o čom si povieme neskôr. Mennekes alebo VDE-AR-E sa v Európe používajú na trojfázové nabíjanie striedavým prúdom, a preto môžu vydávať vysoký výkon až do 44 kW. Le-Grand je tiež podobná zásuvka s bezpečnostnou uzávierkou, ktorá zabraňuje vniknutiu nečistôt do nabíjacej zásuvky. Podľa technických noriem sa vo všetkých budúcich sieťových nabíjačkách odporúčajú používať iba zásuvky HSAE 1772 a VDE-AR-E.

DC nabíjacie zásuvky pre elektrické vozidlo:

Na strane DC nabíjačky máme zásuvku nabíjačky CHAdeMO, ktorá je najpopulárnejším typom zásuvky. Zaviedlo ho Japonsko a čoskoro ho upravilo Francúzsko a Kórea. Dnes má tieto typy zásuviek väčšina elektromobilov ako Nissan Leaf, Kia atď. Zásuvka má dva široké piny pre napájacie lišty DC a komunikačné piny pre protokol CAN. Ako vieme, nabíjačky DC úrovne 3 nepoužívajú palubnú nabíjačku, a preto musia samy zaisťovať potrebné napätie a prúd pre akumulátor EV. To sa deje vytvorením komunikačného spojenia (pilotného spojenia) prostredníctvom protokolu Control Area Network (CAN) s BMS akumulátora. BMS potom dá nabíjačke pokyn, aby začala proces nabíjania, monitoruje ju a potom žiada, aby nabíjačka zastavila nabíjanie.

Tieto vozidlá Tesla majú svoje vlastné typ nabíjačky s názvom Super nabíjačky a preto majú svoje vlastné typ konektoru, ako je uvedené vyššie. Predávajú však adaptér, ktorý dokáže konvertovať ich port na nabíjanie pomocou nabíjačiek CHAdeMO alebo CSS. Nabíjačka CDD je ďalšou populárnou zásuvkou pre nabíjačky, ktorá kombinuje striedavé aj jednosmerné nabíjačky. Ako vidíte na obrázku, nabíjačka je rozdelená na dva segmenty, aby podporovala jednosmerný aj striedavý prúd. Môže podporovať CAN a Power Line Communication (PLC) a je široko používaný v európskych automobiloch ako Audi, BMW, Ford, GM, Porsche atď. Môže podporovať až 400kW jednosmerný výstup a 43kW striedavý prúd.

Nabíjačka AC EVSE - nabíjačky úrovne 1 a úrovne 2

Nabíjacia stanica úrovne 1 a úrovne 2 musí jednoducho napájať palubnú nabíjačku v elektrickom vozidle striedavým prúdom, ktorý by sa potom postaral o proces nabíjania; toto by mohlo vyzerať na prvý pohľad. Nesú však zodpovednosť za preukázanie správneho množstva energie z mriežky, ako to vyžaduje batéria EV, komunikáciou s ním prostredníctvom pilotného drôtu. Subsystémy prítomné v typickej nabíjacej stanici na striedavý prúd znázornené v dokumente TI Training sú uvedené nižšie.

Tieto nabíjačky Level 1 má maximálny výstupný prúd 16A kvôli obmedzeniu výkonových domácnosť zásuviek, zatiaľ čo nabíjačky Level 2 môže poskytnúť aľ 80A pri prevádzke v zásobe tri fázy. AC nabíjačky úrovne 1 aj úrovne 2 bežne používajú štandardné konektory SAEJ1772.

Ako vidíte, napájacie vedenie (L1 a L2) je pripojené ku konektoru J1772 prostredníctvom relé. Toto relé sa uzavrie, aby sa začal proces nabíjania, a rozopne sa po dokončení nabíjania. Komunikácia Pilot Signal sa používa na zisťovanie stavu batérie a systém hostiteľa rozhoduje o tom, koľko energie by sa malo dodať palubnej nabíjačke. Budeme diskutovať