1. Wprowadzenie do stosu ładowania prądem stałym
W ostatnich latach gwałtowny rozwój pojazdów elektrycznych (EV) napędzał popyt na bardziej wydajne i inteligentne rozwiązania ładowania. Stacje ładowania prądem stałym (DC), znane z możliwości szybkiego ładowania, są pionierem tej transformacji. Dzięki postępowi technologicznemu wydajne ładowarki prądu stałego są obecnie projektowane z myślą o optymalizacji czasu ładowania, lepszym wykorzystaniu energii i płynnej integracji z inteligentnymi sieciami elektroenergetycznymi.
Wraz z ciągłym wzrostem wolumenu rynku, wdrożenie dwukierunkowych ładowarek pokładowych (OBC) nie tylko pomaga złagodzić obawy konsumentów dotyczące zasięgu i ładowania, umożliwiając szybkie ładowanie, ale także pozwala pojazdom elektrycznym pełnić funkcję rozproszonych stacji magazynowania energii. Pojazdy te mogą zwracać energię do sieci, pomagając w niwelowaniu szczytowego zapotrzebowania na energię i uzupełnianiu dolin. Efektywne ładowanie pojazdów elektrycznych za pomocą szybkich ładowarek prądu stałego (DCFC) to główny trend w promowaniu transformacji w kierunku odnawialnych źródeł energii. Ultraszybkie stacje ładowania integrują różne komponenty, takie jak pomocnicze zasilacze, czujniki, zarządzanie energią i urządzenia komunikacyjne. Jednocześnie, aby sprostać zmieniającym się potrzebom w zakresie ładowania różnych pojazdów elektrycznych, wymagane są elastyczne metody produkcji, co zwiększa złożoność projektowania stacji ładowania DCFC i ultraszybkich.
Różnica między ładowaniem prądem przemiennym (AC) a stałym (DC) – w przypadku ładowania prądem przemiennym (AC) (lewa strona rysunku 2) należy podłączyć OBC do standardowego gniazdka prądu przemiennego, a OBC przekształci prąd przemienny w odpowiedni prąd stały (DC), aby naładować akumulator. W przypadku ładowania prądem stałym (DC) (prawa strona rysunku 2) zacisk ładowania ładuje akumulator bezpośrednio.
2. Skład układu ogniw ładowania prądem stałym
(1) Kompletne komponenty maszyn
(2) Komponenty systemu
(3) Schemat blokowy funkcjonalny
(4) Podsystem stosu ładującego
Szybkie ładowarki prądu stałego poziomu 3 (L3) omijają ładowarkę pokładową (OBC) pojazdu elektrycznego, ładując akumulator bezpośrednio za pośrednictwem systemu zarządzania akumulatorem (BMS) pojazdu elektrycznego. To obejście prowadzi do znacznego wzrostu prędkości ładowania, a moc wyjściowa ładowarki wynosi od 50 kW do 350 kW. Napięcie wyjściowe zazwyczaj waha się od 400 V do 800 V, przy czym nowsze pojazdy elektryczne zmierzają w kierunku systemów akumulatorowych 800 V. Ponieważ szybkie ładowarki prądu stałego L3 przekształcają trójfazowe napięcie wejściowe prądu przemiennego na prąd stały, wykorzystują one układ korekcji współczynnika mocy AC-DC (PFC) w układzie front-end, który zawiera izolowany przetwornik DC-DC. Wyjście PFC jest następnie połączone z akumulatorem pojazdu. Aby uzyskać wyższą moc wyjściową, często łączy się równolegle wiele modułów mocy. Główną zaletą szybkich ładowarek prądu stałego L3 jest znaczne skrócenie czasu ładowania pojazdów elektrycznych.
Rdzeń ogniwa ładującego to podstawowy przetwornik AC-DC. Składa się z modułu PFC, magistrali DC i modułu DC-DC.
Schemat blokowy etapu PFC
Schemat blokowy funkcjonalny modułu DC-DC
3. Schemat scenariusza ładowania stosu
(1) System ładowania pamięci optycznej
Wraz ze wzrostem mocy ładowania pojazdów elektrycznych, wydajność dystrybucji energii w stacjach ładowania często nie nadąża za popytem. Aby rozwiązać ten problem, powstał system ładowania oparty na magazynowaniu energii, wykorzystujący szynę prądu stałego. System ten wykorzystuje baterie litowe jako jednostkę magazynującą energię oraz lokalny i zdalny system zarządzania energią (EMS) w celu równoważenia i optymalizacji podaży i popytu na energię elektryczną między siecią, bateriami a pojazdami elektrycznymi. Ponadto system można łatwo zintegrować z systemami fotowoltaicznymi (PV), co zapewnia znaczące korzyści w zakresie cen energii elektrycznej w godzinach szczytu i poza szczytem oraz rozbudowy mocy sieci, a tym samym poprawia ogólną efektywność energetyczną.
(2) System ładowania V2G
Technologia Vehicle-to-Grid (V2G) wykorzystuje akumulatory pojazdów elektrycznych do magazynowania energii, wspierając sieć energetyczną poprzez umożliwienie interakcji między pojazdami a siecią. Zmniejsza to obciążenie spowodowane integracją rozległych odnawialnych źródeł energii i powszechnym ładowaniem pojazdów elektrycznych, co ostatecznie poprawia stabilność sieci. Ponadto, w obszarach takich jak osiedla mieszkaniowe i kompleksy biurowe, wiele pojazdów elektrycznych może korzystać z cen szczytowych i pozaszczytowych, zarządzać dynamicznymi wzrostami obciążenia, reagować na zapotrzebowanie sieci i zapewniać zasilanie awaryjne, a wszystko to dzięki scentralizowanemu systemowi zarządzania energią (EMS). W przypadku gospodarstw domowych technologia Vehicle-to-Home (V2H) może przekształcić akumulatory pojazdów elektrycznych w domowe rozwiązanie do magazynowania energii.
(3) Uporządkowany układ ładowania
System ładowania o uporządkowanym układzie wykorzystuje przede wszystkim stacje szybkiego ładowania o dużej mocy, idealne do intensywnego ładowania pojazdów, takich jak transport publiczny, taksówki i floty logistyczne. Harmonogramy ładowania można dostosować do typu pojazdu, a ładowanie odbywa się poza godzinami szczytu, co obniża koszty. Dodatkowo, możliwe jest wdrożenie inteligentnego systemu zarządzania, aby usprawnić scentralizowane zarządzanie flotą.
4. Przyszłe trendy rozwojowe
(1) Skoordynowany rozwój zróżnicowanych scenariuszy uzupełniony o scentralizowane + rozproszone stacje ładowania z pojedynczych scentralizowanych stacji ładowania
Rozproszone stacje ładowania w określonych miejscach będą cennym uzupełnieniem rozbudowanej sieci ładowania. W przeciwieństwie do scentralizowanych stacji, gdzie użytkownicy aktywnie szukają ładowarek, stacje te będą zintegrowane z lokalizacjami, które już odwiedzają. Użytkownicy będą mogli ładować swoje pojazdy podczas dłuższych postojów (zazwyczaj ponad godzinę), gdzie szybkie ładowanie nie jest kluczowe. Moc ładowania tych stacji, zazwyczaj od 20 do 30 kW, jest wystarczająca dla samochodów osobowych, zapewniając rozsądny poziom mocy, aby zaspokoić podstawowe potrzeby.
(2) 20 kW duży udział w rynku do rozwoju zróżnicowanego rynku konfiguracji 20/30/40/60 kW
Wraz z rosnącą popularnością pojazdów elektrycznych o wyższym napięciu, istnieje pilna potrzeba zwiększenia maksymalnego napięcia ładowania w stacjach ładowania do 1000 V, aby sprostać przyszłemu powszechnemu stosowaniu modeli wysokonapięciowych. Ten krok wspiera niezbędną modernizację infrastruktury stacji ładowania. Standard napięcia wyjściowego 1000 V zyskał szeroką akceptację w branży modułów ładowania, a kluczowi producenci stopniowo wprowadzają moduły ładowania wysokiego napięcia 1000 V, aby sprostać temu zapotrzebowaniu.
Firma Linkpower od ponad 8 lat zajmuje się badaniami i rozwojem, w tym oprogramowaniem, sprzętem i wyglądem stacji ładowania pojazdów elektrycznych AC/DC. Uzyskaliśmy certyfikaty ETL / FCC / CE / UKCA / CB / TR25 / RCM. Korzystając z oprogramowania OCPP1.6, przeprowadziliśmy testy z ponad 100 dostawcami platform OCPP. Zaktualizowaliśmy OCPP1.6J do OCPP2.0.1, a komercyjne rozwiązanie EVSE zostało wyposażone w moduł IEC/ISO15118, co stanowi solidny krok w kierunku realizacji dwukierunkowego ładowania V2G.
W przyszłości opracowywane będą produkty high-tech, takie jak stacje ładowania pojazdów elektrycznych, panele fotowoltaiczne i systemy magazynowania energii w akumulatorach litowo-jonowych (BESS), które zapewnią klientom na całym świecie wyższy poziom zintegrowanych rozwiązań.
Czas publikacji: 17.10.2024