System ładowania zapewnia zasilanie w energię dla eksploatacji pojazdów elektrycznych, co jest ważnym podstawowym systemem wsparcia pojazdów elektrycznych oraz ważnym ogniwem w procesie komercjalizacji i industrializacji pojazdów elektrycznych.Wraz z szybkim rozwojem branży pojazdów elektrycznych technologia ładowania stała się jednym z kluczowych czynników ograniczających rozwój branży, a inteligentne i szybkie metody ładowania stały się trendem rozwojowym technologii ładowania pojazdów elektrycznych.

Istnieją różne sposoby klasyfikacji urządzeń do ładowania pojazdów elektrycznych.Ogólnie można go podzielić na pokładowe urządzenia ładujące i zewnętrzne urządzenia ładujące.Zgodnie z różnymi sposobami wymiany energii podczas ładowania akumulatora pojazdu elektrycznego, urządzenie ładujące można podzielić na typ stykowy i typ indukcyjny.Pojazdy elektryczne można podzielić na wolne ładowanie, szybkie ładowanie, wymianę baterii, ładowanie bezprzewodowe, ładowanie mobilne i inne metody według różnych metod ładowania.W tym artykule przedstawimy różne tryby ładowania pojazdów elektrycznych określone przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC).

Opracowywane są międzynarodowe standardy, aby sprostać potrzebom rynku pojazdów elektrycznych.Globalne przyjęcie pojazdów elektrycznych zależy od ugruntowanych międzynarodowych standardów dotyczących bezpieczeństwa, niezawodności i interoperacyjności na rynku pojazdów elektrycznych.

W tym artykule przeanalizujemy różne tryby ładowania pojazdów elektrycznych określone przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC).Tryby te są określone w normie IEC 61851 dotyczącej przewodzących systemów ładowania pojazdów elektrycznych.Norma opisuje cztery różne tryby ładowania - Mode 1, Mode 2, Mode 3 i Mode 4.

IEC opracował również inne standardy technologii ładowania pojazdów elektrycznych.Na przykład norma IEC 62196 omawia wtyczki, gniazda, złącza pojazdu i wloty pojazdu, podczas gdy norma IEC 61980 omawia systemy bezprzewodowego transferu mocy (WPT) dla pojazdów elektrycznych.

Różne rodzaje połączeń kablowych

IEC 61851-1 opisuje trzy różne metody połączeń, jak pokazano na poniższym rysunku:

Kabel Case A jest na stałe podłączony do pojazdu elektrycznego, ale EVSE można odłączyć na stacji ładującej (zwanej również EVSE - sprzęt do zasilania pojazdów elektrycznych).Przypadek B określa kabel, który można odłączyć na obu końcach, a przypadek C to kabel, który jest na stałe przymocowany do EVSE.

Tryb ładowania 1

W tym trybie samochód elektryczny jest podłączony bezpośrednio do gniazdka domowego.Maksymalny prąd tego trybu wynosi 16A, jednofazowy nie przekracza 250V, a trójfazowy nie przekracza 480V.

Tryb 1 jest najprostszym trybem ładowania i nie obsługuje komunikacji między pojazdem elektrycznym a punktem ładowania.Ten model ładowania jest zabroniony lub objęty ograniczeniami w wielu krajach.

Tryb ładowania 2

Gniazda domowe nie zawsze dostarczają energię zgodnie z rzeczywistym standardem.Ponadto gniazda i wtyczki zaprojektowane do zastosowań domowych mogą nie wytrzymać ciągłego prądu przy maksymalnych wartościach znamionowych.

Dlatego podłączenie gniazdka elektrycznego przez dłuższy czas bez elementów sterujących i zabezpieczeń zwiększa ryzyko porażenia prądem.Aby rozwiązać ten problem, eksperci opracowali tryb ładowania 2, który wykorzystuje specjalny rodzaj kabla ładującego i jest wyposażony w wbudowane w kabel urządzenie sterujące i zabezpieczające (IC-CPD).

IC-CPD wykonuje wymagane funkcje kontrolne i bezpieczeństwa.Maksymalny prąd tego trybu wynosi 32A, maksymalne napięcie nie przekracza 250V dla jednofazowego i 480V dla trójfazowego.Tryb 2 może być używany zarówno do gniazd domowych, jak i przemysłowych.

Funkcja bezpieczeństwa w tym trybie może wykrywać i monitorować uziemienie ochronne.Tryb 2 obsługuje również ochronę przed przetężeniem i przegrzaniem.Ponadto EVSE może przełączać funkcje, wykrywając połączenie z pojazdem elektrycznym i analizując jego zapotrzebowanie na moc ładowania.

Tryb ładowania 2 i kabel podtrzymujący pokazano na poniższym rysunku:

Chociaż tryb 2 może być używany do opłat prywatnych, w wielu krajach użytkowanie publiczne jest również ograniczone.

Tryb ładowania 3

Model ten wykorzystuje dedykowaną ładowarkę pokładową EVSE i EV.Prąd przemienny ze stacji ładującej jest doprowadzany do obwodów pokładowych w celu naładowania akumulatora.Wiele funkcji kontrolnych i ochronnych w celu zapewnienia bezpieczeństwa publicznego.Obejmują one weryfikację uziemienia ochronnego i połączenia między EVSE a EV.

Dodatkowo tryb ten dostosowuje prąd ładowania do maksymalnej obciążalności prądowej zestawu kablowego.Ten tryb ładowania ma maksymalny prąd 250A i może być skonfigurowany z siecią 1-fazową 250V lub 3-fazową 480V.Obsługuje również tryb pracy zgodny z Mode 2, w którym maksymalny prąd zarówno dla prądu jednofazowego, jak i trójfazowego jest ograniczony do mniej niż 32A.

W tym trybie można użyć dowolnego z trzech możliwych połączeń (przypadek A, przypadek B i przypadek C).Scenariusz B i Scenariusz C przedstawiono poniżej.

Zobaczmy, jak ten wzór definiuje komunikację między stacją ładującą a pojazdem elektrycznym.Obwód pilota sterującego trybu 3 pokazano na poniższym rysunku.

W zależności od stanu przełączników S1, S2 i S3 na „stykach pilota” pojawią się różne poziomy napięć.„Można to wykorzystać do przedstawienia różnych faz ładowania.Pojazd elektryczny może rozpocząć cykl ładowania w następujący sposób:

Przed podłączeniem kabla ładującego, przełączniki S2 i S3 są odłączone, a S1 jest podłączony do zasilacza 12V DC.W tym przypadku EVSE mierzy 12 V DC na styku pilota (EVSE zdaje sobie sprawę, że EV nie jest podłączony).

Po podłączeniu kabla ładującego do EV i EVSE, sterownik po stronie EV może włączyć S3, zmniejszając napięcie na styku kierowcy do około 9v.Powiadom EVSE, że kabel jest podłączony zarówno do EV, jak i EVSE.Dodatkowo sygnał DC 9v na złączu pilotowym powie EV, że EVSE nie jest gotowy.

Gdy EVSE jest gotowy do ładowania EV, łączy S1 z oscylatorem.Sygnał PWM na styku pilota informuje EV, że zasilanie pojazdu elektrycznego jest gotowe.

EV następnie włącza S2, wytwarzając około 6V na styku pilota, co wskazuje, że jest również gotowy.Napięcie generowane na tym etapie zależy od wartości rezystora R3.Wartość tego rezystora określa, czy w tym obszarze ładowania wymagana jest wentylacja.R3 = 1,3 kΩ, napięcie styku sterownika wynosi 6 V. Odpowiada to strefie ładowania niewymagającej cyrkulacji powietrza.W razie potrzeby R3 = 270 Ω i napięcie dotykowe 3 V.

S2 można wyłączyć, gdy pojazd się ładuje lub z jakiegokolwiek powodu chce przerwać ładowanie.Spowoduje to zmianę dodatniego poziomu napięcia PWM na 9V i poinformowanie EVSE, że EV nie jest gotowy do ładowania.

Tryb ładowania 4

Jest to jedyny tryb ładowania, który obejmuje zewnętrzną ładowarkę z wyjściem DC.Zasilanie prądem stałym jest dostarczane bezpośrednio do akumulatora, a ładowarka pokładowa jest omijana.Ten tryb może zapewnić 600 V DC z maksymalnym prądem 400 A.Wysokie poziomy mocy w tym trybie wymagają wyższych poziomów komunikacji i bardziej rygorystycznych funkcji bezpieczeństwa.

Tryb 4 umożliwia podłączenie tylko do obudowy C, z kablem ładującym podłączonym na stałe do stacji ładującej.

Dwie nowe metody ładowania

Ładowanie bezprzewodowe

Tryb ładowania bezprzewodowego nie wymaga przesyłania energii przez kable, a do przesyłania energii wykorzystuje indukcję elektromagnetyczną, sprzężenie pola elektrycznego, rezonans magnetyczny i fale radiowe.Aby korzystać z trybu ładowania bezprzewodowego, należy najpierw zainstalować w samochodzie ładowarkę samochodową indukcyjną.Nie ma mechanicznego połączenia między częścią odbierającą energię a częścią zasilającą pojazdu, ale połączenie między korpusem odbierającym energię a korpusem zasilającym musi być dokładniejsze.

Z zastrzeżeniem ograniczeń dojrzałości technologii i podstawowego wyposażenia, eksperci elektrycy uważają, że technologia ładowania bezprzewodowego nie może być na razie masowo produkowana.Główna technologia ładowania bezprzewodowego w branży wykorzystuje głównie indukcję elektromagnetyczną i rezonans magnetyczny do przesyłania energii elektrycznej, ale metoda rezonansu magnetycznego ma wyższą wydajność ładowania i niższą intensywność promieniowania elektromagnetycznego, która jest mniejsza niż w przypadku połączeń telefonicznych.Cewki nie muszą być idealnie wyrównane, co jest poza zasięgiem indukcji elektromagnetycznej.

Perspektywy zastosowania bezprzewodowego trybu ładowania w przyszłości są niezmierzone.W przyszłości będzie mógł ładować się podczas chodzenia.Energia elektryczna może pochodzić z układu zasilania nawierzchni drogowej lub z energii fali elektromagnetycznej odbieranej przez samochód.

Ładowanie mobilne

Idealną sytuacją dla akumulatorów EV jest ładowanie podczas jazdy po drodze, tak zwane ładowanie mobilne (MAC).W ten sposób użytkownicy pojazdów elektrycznych nie muszą szukać stacji ładowania, parkować i spędzać czasu na ładowaniu.System MAC jest zakopany pod odcinkiem drogi, czyli strefą ładowania, i nie wymaga dodatkowej przestrzeni.

Można wdrożyć zarówno kontaktowe, jak i indukcyjne systemy MAC.W przypadku systemu MAC typu stykowego łuk stykowy musi być zainstalowany w dolnej części nadwozia pojazdu, a łuk stykowy może uzyskać natychmiastowy wysoki prąd poprzez kontakt z elementem ładującym osadzonym w powierzchni drogi.Gdy pojazd elektryczny przejeżdża przez obszar MAC, jego proces ładowania odbywa się w trybie impulsowym.W przypadku indukcyjnych systemów MAC łuki styków pokładowych zastępowane są cewkami indukcyjnymi, a elementy ładujące osadzone w nawierzchni drogi – uzwojeniami wysokoprądowymi, które generują silne pola magnetyczne.Oczywiście ze względu na wpływ takich czynników, jak straty mechaniczne i miejsce montażu łuku stykowego, styk typu MAC nie jest zbyt atrakcyjny dla ludzi.

na zakończenie

Podsumowując, norma IEC 61851 dotyczy elektrycznie przewodzących systemów ładowania pojazdów elektrycznych.Standardy te opisują cztery różne tryby ładowania.

Pierwsze trzy tryby zapewniają zasilanie prądem zmiennym wbudowanej ładowarki EV;jednak tryb 4 dostarcza prąd stały bezpośrednio do akumulatora i omija wbudowaną ładowarkę.Tryb 3 wykorzystuje różnorodne funkcje kontrolne i ochronne, ukierunkowane na bezpieczeństwo publiczne.