Vehicle elèctric engegat

A mesura que el món s’està preparant per desencadenar una revolució EV, encara és cert que el ritme d’adaptació és lent. Els vehicles elèctrics (EV), tot i ser un mode de transport més ecològic, més suau i més barat, encara no sembla pràctic. El motiu són dues paraules, Cost i Ecosistema. Actualment, els vehicles elèctrics tenen un preu substancialment al mateix nivell que els cotxes de gasolina, cosa que el converteix en una opció menys significativa per als compradors, s’espera que l’avanç en tecnologia de bateries i els sistemes governamentals redueixin el cost de vehicles elèctrics en el futur.

La segona part seria que no hi ha un ecosistema adequat perquè els compradors puguin utilitzar un vehicle elèctric sense gaire molèsties. Amb "Ecosystem" em refereixo a les estacions de càrrega per carregar el vostre EV quan us quedeu sense suc. Imagineu-vos que utilitzeu un vehicle de gasolina quan no tingueu benzineres a la vostra ciutat i l'únic lloc on podeu omplir és a casa vostra, afegint a això que necessitareu un mínim de 6-8 hores per carregar un EV típic. Moltes empreses com Tesla, EVgo, punt de recàrrega, etc., ja han reconegut aquest problema establint estacions de recàrrega a tot el país. Amb països com Holanda, que van prometre renunciar al motor de gasolina el 2035, és segur que les carreteres del futur seran substituïdes per vehicles elèctrics per motors de combustió interna i que apareixeran moltes estacions de recàrrega EV al nostre voltant.

Però, com funciona una estació de recàrrega EV ? Una única estació de recàrrega pot carregar tot tipus de vehicles elèctrics? Quins són els tipus de carregador de vehicles elèctrics ? Quins protocols es segueixen per als carregadors EV? En aquest article analitzarem la resposta a totes aquestes preguntes i també comprendreem què constitueix una estació de recàrrega de vehicles elèctrics i els subsistemes que hi ha darrere. Abans d’anar més enllà, heu de llegir sobre les bateries que s’utilitzen als vehicles elèctrics i sobre com funciona el sistema de gestió de bateries dins del vehicle Electric.

Equip de subministrament de vehicles elèctrics (EVSE)

Els equips que constitueixen una estació de recàrrega de vehicles elèctrics s’anomenen col·lectivament equips de subministrament de vehicles elèctrics (EVSE). El terme és més popular i no fa referència més que a les estacions de recàrrega. Algunes persones també el denominen ECS, que significa estació de recàrrega elèctrica.

Un EVSE està dissenyat i dissenyat per carregar un paquet de bateries mitjançant l'ús de la xarxa elèctrica per al subministrament d'energia; aquestes bateries poden estar presents en un vehicle elèctric (EV) o en un vehicle elèctric endollable (PEV). La potència, el connector i el protocol d’aquests EVSE variaran en funció del seu disseny, que parlarem en aquest article.

Carregadors i estacions de càrrega a bord

Abans d’entrar a les estacions de càrrega, és important entendre què hi ha a l’interior de l’EV i a quina part es connectarà el carregador. La majoria dels vehicles elèctrics actuals vénen amb un carregador integrat (OBC) i el fabricant també proporciona un carregador juntament amb el vehicle. Aquests carregadors, juntament amb el carregador de bord, poden ser utilitzats pel client per carregar el seu vehicle elèctric des de la presa de corrent de la casa tan bon punt l’arribi a casa. Però aquests carregadors són molt bàsics i no inclouen cap funció avançada i, per tant, normalment trigarien unes 8 hores a carregar un EV típic.

Tipus d'estacions de càrrega EV (EVSE)

Les estacions de càrrega es poden classificar a grans trets en dos tipus: estació de càrrega de CA i estació de càrrega de CC.

Una estació de recàrrega de corrent altern, com el seu nom indica, proporciona alimentació de corrent altern a la xarxa elèctrica a EV, que després es converteix en corrent continu mitjançant el carregador integrat per carregar el vehicle. Aquests carregadors també s’anomenen carregadors de nivell 1 i nivell 2 que s’utilitzen en llocs residencials i comercials. L’avantatge d’una estació de càrrega de CA és que el carregador integrat regularà el voltatge i el corrent segons es requereixi per a l’EV, de manera que no és obligatori que l’estació de càrrega es comuniqui amb l’EV. L’inconvenientés la seva baixa potència de sortida que augmenta el temps de càrrega. A la imatge següent es mostra un sistema de càrrega alternatiu típic. Com podem veure, el corrent altern de la xarxa es subministra directament a OBC mitjançant EVSE, l’OBC el converteix a CC i carrega la bateria a través del BMS. El cable pilot s’utilitza per detectar el tipus de carregador connectat a l’EV i configurar el corrent d’entrada requerit per a l’OBC. Més endavant en parlarem més.

Una estació de càrrega de CC obté alimentació de CA a la xarxa i la converteix en voltatge de CC i la fa servir per carregar directament el paquet de bateries passant el carregador de bord (OBS). Aquests carregadors normalment produeixen un alt voltatge de fins a 600 V i un corrent de fins a 400 A, cosa que permet carregar l’EV en menys de 30 minuts en comparació amb les 8-16 hores del carregador de CA. També s’anomenen carregadors de nivell 3 i normalment es coneixen com a carregadors ràpids DC (DCFC) o carregadors súper. L’avantatge d’aquest tipus de carregador és el seu temps de càrrega ràpid, mentre que l’inconvenient és la seva complexa enginyeriaon s’ha de comunicar amb EV per carregar-lo de manera eficient i segura. A continuació es mostra un sistema de càrrega de corrent continu típic, ja que podeu veure que l’EVSE proporciona corrent continu a la bateria sense passar per l’OBS. L’EVSE s’organitza en piles per proporcionar corrent elevat; una sola pila no podrà proporcionar corrent elevat a causa de les limitacions dels interruptors d’alimentació.

Normalment, els carregadors de nivell 1 estan destinats a ús residencial, són els carregadors que proporcionen els fabricants juntament amb els vehicles elèctrics que es poden utilitzar per carregar els vehicles elèctrics a través de preses de corrent estàndard. Per tant , funcionen amb subministrament de CA monofàsic i poden generar entre 12A i 16A i triguen unes 17 hores a carregar un EV de 24kWH. Un carregador de nivell 1 no té gaire paper a les estacions de càrrega.

El carregador de Nivell 2 es proporciona com una actualització per al nivell 1 carregador tampoc es pot instal·lar a la casa, en la petició especial sempre que la casa té font d'alimentació de fase dividida o es pot utilitzar en estacions de càrrega públiques / comercials també. Aquests carregadors poden proporcionar un corrent de sortida de fins a 80A a causa del seu alt voltatge d’entrada i poden carregar un EV en 8 hores. El carregador de nivell 3 o els carregadors Super estan pensats només per a estacions de recàrrega públiques. Necessiten una entrada de corrent altern polifàsica de la xarxa i consumeixen més de 240 kW, gairebé deu vegades més que una unitat d’aire condicionat típica de casa nostra. Per tant, aquests carregadors necessiten un permís especial de la xarxa per funcionar.

Es considera que els carregadors de nivell 2 i nivell 3 són més eficients que el carregador de nivell 1 ja que la conversió AC / DC i DC / DC té lloc al propi EVSE. A causa de l’enorme mida i complexitat dels carregadors de nivell 2 i nivell 3, no es poden construir dins d’un EV, ja que augmentaria el pes i reduiria l’eficiència del EV.

Tipus d'estació de recàrrega	Nivell de carregador	Tensió i corrent d'alimentació de CA.	Potència del carregador	És hora de carregar una bateria de 24 kW
Estació de recàrrega de CA.	Nivell 1 - Residencial	Monofàsic: 120 / 230V i ~ 12 a 16A	~ 1,44 kW a ~ 1,92 kW	~ 17 hores
Estació de recàrrega de CA.	Nivell 2: comercial	Fase dividida: 208 / 240V i ~ 15 a 80A	De ~ 3,1 kW a ~ 19,2 kW	~ 8 hores
Estació de recàrrega de CC	Nivell 3: Supercargador	Monofàsic: 300 / 600V i ~ 400A	De ~ 120 kW a ~ 240 kW	~ 30 minuts

Tipus de connectors de càrrega EV

Igual que els europeus funcionen a 220V 50Hz i els nord-americans a 110V 60Hz, els EV també tenen diferents tipus de connectors de càrrega en funció del país en què es fabriquen. Això ha provocat confusió entre els fabricants d’ESVE, ja que no es poden fer universals fàcilment per a tots els vehicles elèctrics. A continuació es detallen les principals classificacions dels connectors per a carregadors de CA i carregadors de CC.

Preses de càrrega de CA per a vehicles elèctrics:

Entre els tres, el tipus de sòcol de càrrega de CA més comú és el sòcol JSAE1772, que és popular a Amèrica del Nord. Com podeu veure, el connector / connector té diverses connexions, els tres pins amplis són per a fase, neutre i terra, mentre que els dos pins petits s’utilitzen per a la comunicació entre el carregador i el EV (Interfície pilot), en parlarem més endavant. El Mennekes o VDE-AR-E s’utilitza a Europa per a un sistema de càrrega de CA trifàsic i, per tant, pot produir una potència elevada fins a 44 kW. El Le-Grand també és un endoll similar amb obturador de seguretat per evitar l'entrada de deixalles a la presa de càrrega. Segons els estàndards tècnics, només es recomana utilitzar els connectors HSAE 1772 i VDE-AR-E en tots els carregadors de CA del futur.

Preses de càrrega de CC per a vehicles elèctrics:

Al costat del carregador de CC tenim el sòcol de carregador CHAdeMO, que és el tipus de sòcol més popular. Va ser introduït pel Japó i aviat adaptat per França i Corea. Avui en dia la majoria dels vehicles elèctrics com el Nissan Leaf, Kia, etc. tenen aquest tipus de sòcols. El sòcol té dos pins amplis per als rails d’alimentació de CC i pins de comunicació per al protocol CAN. Com sabem, els carregadors de CC de nivell 3 no utilitzen el carregador integrat i, per tant, han de proporcionar el voltatge i el corrent necessaris per a la bateria del EV per si mateix. Això es fa establint un enllaç de comunicació (enllaç pilot) mitjançant el protocol CAN (Control Area Network) amb el BMS de la bateria. A continuació, el BMS indica al carregador que comenci el procés de càrrega, el monitoritzi i sol·liciti al carregador que deixi de carregar-se.

Els cotxes Tesla tenen el seu propi tipus de carregadors anomenats súper carregadors i, per tant, tenen el seu propi tipus de connectors, tal com es mostra més amunt. Però venen un adaptador que pot convertir el seu port perquè es carregui amb carregadors CHAdeMO o CSS. El carregador CDD és un altre sòcol de carregador popular que combina tipus de carregadors de CA i CC. Com podeu veure a la imatge, el carregador es divideix en dos segments per admetre tant CC com AC. Pot donar suport a la comunicació de línies elèctriques i de CAN (PLC) i s’utilitza àmpliament en automòbils europeus com Audi, BMW, Ford, GM, Porsche, etc. Pot suportar fins a 400 kW de sortida de corrent continu i 43 kW de sortida de CA.

Estació de càrrega AC EVSE: carregadors de nivell 1 i nivell 2

L'estació de recàrrega de nivell 1 i nivell 2 simplement ha de subministrar corrent altern al carregador de bord d'un vehicle elèctric, que s'encarregaria del procés de recàrrega; això podria semblar una primera mirada. Però tenen la responsabilitat de demostrar la quantitat adequada d’energia de la xarxa segons el que requereix el paquet de bateries EV, comunicant-s’hi mitjançant el cable pilot. A continuació es mostren els subsistemes presents en una estació de càrrega de CA típica representada al document TI Training.

Els carregadors de nivell 1 tenen un corrent de sortida màxim de 16A a causa de les limitacions de les preses d’alimentació domèstiques, mentre que els carregadors de nivell 2 poden proporcionar fins a 80A quan funcionen amb subministrament trifàsic. Tant els carregadors de CA de nivell 1 com de nivell 2 solen utilitzar els connectors estàndard SAEJ1772.

Com podeu veure, la línia d’alimentació de CA (L1 i L2) està connectada al connector J1772 mitjançant un relé. Aquest relé es tancarà per iniciar el procés de càrrega i s’obrirà quan s’acabi la càrrega. La comunicació Pilot Signal s’utilitza per detectar l’estat de la bateria i el sistema de processament de l’amfitrió decideix quanta energia s’ha de subministrar al carregador integrat. En parlarem