Elektrisk køretøj tændt

Da verden er klar til at frigøre en EV-revolution, er det stadig rigtigt, at tilpasningshastigheden er langsom. Elektriske køretøjer (EV) til trods for at være en grønnere, glattere og billigere transportform synes ikke at være praktisk endnu. Årsagen er to ord, omkostninger og økosystem. I øjeblikket er EV'er prissat væsentligt på niveau med benzinbiler, hvilket gør det til et mindre vigtigt valg for købere. Fremskridt inden for batteriteknologi og offentlige ordninger forventes at nedbringe omkostningerne ved EV i fremtiden.

Den anden del ville være, at der ikke er noget ordentligt økosystem for køberne at bruge et el-køretøj uden meget besvær. Med “Ecosystem” henviser jeg til ladestationerne for at oplade din EV, når du løber tør for batterisaft. Forestil dig at bruge et benzinkøretøj, når du ikke har nogen tankstationer i din by, og det eneste sted, du kan genopfylde, er du hjemme, og tilføj, at du har brug for mindst 6-8 timer for at oplade en typisk EV. Mange virksomheder som Tesla, EVgo, ladestation osv. Har allerede erkendt dette problem ved at oprette ladestationer rundt om i landet. Med lande som Holland, der lovede at opgive benzinmotor inden 2035, er det sikkert, at fremtidens veje vil blive erstattet med elbiler over forbrændingsmotorer, og mange EV-ladestationer ville dukke op omkring os.

Men hvordan fungerer en EV-ladestation ? Kan en enkelt ladestation oplade alle typer elektriske køretøjer? Hvad er typerne af el-køretøjsoplader ? Hvilke protokoller følges for EV-opladere? I denne artikel vil vi diskutere svaret på alle disse spørgsmål og også forstå, hvad der udgør en ladestation til elbiler og undersystemerne bag den. Inden du går videre, skal du læse om batterierne, der bruges i elbiler, og hvordan batteristyringssystem fungerer i el-køretøjet.

Elektrisk køretøjsforsyningsudstyr (EVSE)

Udstyret, der udgør en ladestation til elbiler, kaldes kollektivt som elektrisk køretøjsforsyningsudstyr (EVSE). Udtrykket er mere populært, og det refererer kun til ladestationerne. Nogle mennesker omtaler det også som ECS, som står for elektrisk ladestation.

En EVSE er designet og konstrueret til at oplade en batteripakke ved hjælp af nettet til strømforsyning; disse batteripakker kan være til stede i et elektrisk køretøj (EV) eller i et tilsluttet elektrisk køretøj (PEV). Strømmen, stikket og protokollen til disse EVSE vil variere afhængigt af dens design, som vi vil diskutere i denne artikel.

Indbyggede opladere og ladestationer

Før vi går ind i ladestationer, er det vigtigt at forstå, hvad der er inde i EV'en, og til hvilken del opladeren skal tilsluttes. De fleste elbiler leveres i dag med en indbygget oplader (OBC), og producenten leverer også en oplader sammen med køretøjet. Disse opladere sammen med den indbyggede oplader kan bruges af kunden til at oplade sin EV fra sit stikkontakt, så snart han / hun får det hjem. Men disse opladere er meget grundlæggende og har ingen avancerede funktioner og vil derfor normalt tage omkring 8 timer at oplade en typisk EV.

Typer af EV-ladestationer (EVSE)

Opladningsstationer kan stort set klassificeres i to typer, AC-ladestation og DC-ladestation.

En vekselstrømsopladningsstation giver, som navnet antyder, vekselstrøm fra elnettet, som derefter konverteres til jævnstrøm ved hjælp af den indbyggede oplader til at oplade køretøjet. Disse opladere kaldes også niveau 1 og niveau 2 opladere, som bruges i boliger og kommercielle steder. Fordelen ved en vekselstrømsopladningsstation er, at den indbyggede oplader vil regulere spænding og strøm efter behov for EV, og derfor er det ikke obligatorisk for ladestationen at kommunikere til EV. Ulempener dens lave udgangseffekt, hvilket øger opladningstiden. Et typisk vekselstrømsopladningssystem vises i nedenstående billede. Som vi kan se, leveres AC fra nettet direkte til OBC gennem EVSE, OBC konverterer det derefter til DC og oplader batteriet gennem BMS. Pilotledningen bruges til at registrere typen af ​​oplader, der er tilsluttet EV og indstille den krævede indgangsstrøm til OBC. Vi vil diskutere mere om dette senere.

En jævnstrømsopladningsstation får vekselstrøm fra nettet og konverterer den til jævnstrømsspænding og bruger den til at oplade batteripakken direkte ved at gå forbi den indbyggede oplader (OBS). Disse opladere udsender normalt højspænding på op til 600V og strøm op til 400A, hvilket gør det muligt at oplade EV på mindre end 30 minutter sammenlignet med 8-16 timer på AC-oplader. Disse kaldes også niveau 3-opladere og almindeligvis kendt som DC Fast Chargers (DCFC) eller Super-opladere. Fordelen ved denne type opladere er dens hurtige opladningstid, mens ulempen er dens komplekse teknikhvor det skal kommunikere med EV for at oplade det effektivt og sikkert. Et typisk DC-opladningssystem er vist nedenfor, som du kan se, EVSE leverer DC direkte til batteripakke uden om OBS. EVSE er arrangeret i stakke for at give høj strøm, en enkelt stak vil ikke være i stand til at levere høj strøm på grund af strømafbryderbegrænsninger.

Normalt er niveau 1-opladere beregnet til privat brug, det er disse opladere, der leveres af producenterne sammen med EV, som kan bruges til at oplade EV gennem almindelige stikkontakter. Så de arbejder på enfaset vekselstrømforsyning og kan afgive hvor som helst mellem 12A og 16A og tager cirka 17 timer at oplade en EV på 24kWH. En oplader på niveau 1 spiller ikke meget rolle i ladestationer.

Det niveau 2 laderen er tilvejebragt som en opdatering til niveau 1 oplader det kan enten være installeret i huset, på særlig anmodning forudsat huset har delt faset strømforsyning eller kan bruges på offentlige / kommercielle ladestationer så godt. Disse opladere kan levere op til 80A udgangsstrøm på grund af dens høje indgangsspænding og kan oplade en EV på 8 timer. Den Niveau 3 oplader eller Super opladere er beregnet til offentlig ladestationer alene. De kræver flerfaset vekselstrømsindgang fra nettet og bruger mere end 240 kW, hvilket næsten er 10 gange mere end en typisk klimaanlæg i vores hjem. Så disse opladere kræver særlig tilladelse fra nettet for at fungere.

De niveau 2 og 3 opladere anses for at være mere effektiv end niveau 1 opladeren da AC / DC og DC / DC-konvertering finder sted i selve EVSE. På grund af den enorme størrelse og kompleksitet af niveau 2 og niveau 3 opladere kan de ikke bygges inde i en EV, da det ville øge vægten og reducere effektiviteten af ​​EV.

Opladningsstationstype	Opladerniveau	AC forsyningsspænding og strøm	Opladerkraft	Tid til at oplade en 24kWH batteripakke
AC-ladestation	Niveau 1 - Bolig	Enkeltfase - 120 / 230V og ~ 12 til 16A	~ 1,44 kW til ~ 1,92 kW	~ 17 timer
AC-ladestation	Niveau 2 - Kommerciel	Split fase - 208 / 240V og ~ 15 til 80A	~ 3,1 kW til ~ 19,2 kW	~ 8 timer
DC-ladestation	Niveau 3 - Supercharger	Enkeltfase - 300 / 600V og ~ 400A	~ 120 kW til ~ 240 kW	~ 30 minutter

Typer af EV-opladningsstik

Ligesom europæerne fungerer ved 220V 50Hz, og amerikanerne opererer ved 110V 60Hz, har EV'erne også forskellige typer opladningsstik, afhængigt af det land, det er fremstillet i. Dette har ført til forvirring blandt ESVE-producenter, da de ikke let kan gøres universelle for alle elbiler. De vigtigste klassifikationer af stik til vekselstrømsopladere og jævnstrømsopladere er angivet nedenfor.

AC-opladningsstik til elbiler:

Blandt de tre er den mest almindelige type vekselstrømsopladestik JSAE1772-stikket med populær i Nordamerika. Som du kan se, har stikket / stikket flere forbindelser, de tre brede ben er til fase, neutral og jord, mens de to små ben bruges til kommunikation mellem opladeren og EV (pilotgrænseflade), vi vil diskutere mere om dette senere. Mennekes eller VDE-AR-E bruges i Europa til trefaset vekselstrømsopladningssystem og kan derfor levere høj effekt op til 44 kW. Le-Grand er også et lignende stik med sikkerhedslukker for at forhindre, at snavs kommer ind i opladningsstikket. I henhold til tekniske standarder anbefales det kun HSAE 1772 og VDE-AR-E-stikkene, der skal bruges i alle fremtidige vekselstrømsopladere.

DC-ladestik til elbiler:

På siden med jævnstrømsopladere har vi CHAdeMO-opladerstikket, som er den mest populære type stik. Det blev introduceret af Japan og snart tilpasset af Frankrig og Korea. I dag har de fleste elbiler som Nissan Leaf, Kia osv. Disse stikkontakter. Stikket har to brede ben til jævnstrømsskinner og kommunikationsben til CAN-protokol. Som vi ved, bruger niveau 3 jævnstrømsopladere ikke den indbyggede oplader og skal derfor i sig selv levere den krævede spænding og strøm til batteriets pakke. Dette gøres ved at etablere et kommunikationsforbindelse (pilotlink) gennem Control Area Network (CAN) -protokol med BMS på batteripakken. BMS instruerer derefter opladeren om at starte opladningsprocessen, overvåger den og beder derefter opladeren om at stoppe opladningen.

De Tesla biler har deres egen form for opladere kaldte de super opladere og dermed har deres egen form for stik som vist ovenfor. Men de sælger en adapter, der kan konvertere deres port til at blive ladet med CHAdeMO- eller CSS-opladere. CDD-opladeren er et andet populært opladningsstik, der kombinerer både vekselstrøms- og jævnstrømsopladertyper. Som du kan se på billedet er opladeren opdelt i to segmenter for at understøtte både DC og AC. Det kan understøtte CAN og Power Line Communication (PLC) og bruges i vid udstrækning i europæiske biler som Audi, BMW, Ford, GM, Porsche osv. Det kan understøtte op til 400 kW DC output og 43 kW AC output.

EVSE AC-ladestation - Opladere på niveau 1 og niveau 2

Niveau 1 og niveau 2 ladestationen skal simpelthen levere vekselstrøm til den indbyggede oplader i et elektrisk køretøj, som derefter tager sig af opladningsprocessen; dette kan se på et første blik. Men de bærer ansvaret for at bevise den rigtige mængde strøm fra nettet som krævet af EV-batteripakken ved at kommunikere til det via pilotledning. Delsystemerne til stede i en typisk AC-ladestation, der er repræsenteret i TI-træningsdokumentet, er vist nedenfor.

De Level 1 ladere har en maksimal udgangsstrøm på 16A grund af begrænsningerne i husstanden stikkontakter, mens niveau 2 opladere kan give op 80A, når det drives i Trefaset forsyning. Både niveau 1 og niveau 2 vekselstrømsopladere bruger normalt SAEJ1772 standardstik.

Som du kan se, er vekselstrømsledningen (L1 og L2) forbundet til J1772-stikket gennem et relæ. Dette relæ lukkes for at starte opladningsprocessen og åbnes, når opladningen er afsluttet. Pilotsignalkommunikationen bruges til at detektere batteristatus, og værtsbehandlingssystemet beslutter, hvor meget strøm der skal leveres til den indbyggede oplader. Vi vil diskutere