Utilizați un design modular pentru stațiile de încărcare rapidă a vehiculelor electrice

Șoferii de autovehicule alimentate cu benzină sunt din ce în ce mai obișnuiți să intre în benzinării și în parcări și să vadă stații de încărcare a vehiculelor electrice (EV), care apar aproape peste tot. Cu toate acestea, pentru șoferii de vehicule electrice care fac călătorii lungi sau pentru cei care pleacă în călătorii scurte și care au uitat recent să alimenteze, stațiile de încărcare disponibile pot părea puține și îndepărtate. Acesta este un indicator al cererii crescute de produse comerciale și industriale care să satisfacă nevoia de opțiuni convenabile de reîncărcare a vehiculelor electrice.

Construirea infrastructurii de încărcare este esențială pentru îndeplinirea obiectivelor guvernamentale de înlocuire cu vehicule electrice a vehiculelor alimentate cu combustibili fosili. Aproape de sfârșitul anului 2021, în SUA, administrația Biden a anunțat o strategie de construire a 500.000 de încărcătoare publice pentru vehiculele electrice în întreaga țară până în 2030, iar un raport al Departamentului Energiei a indicat că până atunci va fi nevoie de 1,2 milioane de astfel de dispozitive. De asemenea, Marea Britanie, China și Uniunea Europeană subvenționează și promovează investițiile în infrastructura publică de încărcare.

Se preconizează că stimulentele guvernamentale și restricțiile privind emisiile vor duce vânzările de vehicule electrice de la 2 milioane în 2020 la 73 de milioane de unități în 2040, ceea ce reprezintă 61% din vânzările de automobile la nivel mondial, și chiar mai mult în Japonia, SUA și UE. McKinsey estimează că, până în 2030, costurile pentru hardware-ul, planificarea și instalarea încărcătoarelor publice din SUA (excluzând modernizările rețelei și ale instalațiilor electrice) se ridică la 35 de miliarde de dolari, iar pentru cele de la locul de muncă și din depozitele parcurilor auto, la alte 16 miliarde de dolari.

Proiectarea unei soluții comerciale de încărcare

Având în vedere că numărul de vehicule electrice pe șosele crește pe zi ce trece, piața potențială pentru soluțiile de încărcare este enormă, în condițiile în care estimările guvernului american privind instalarea de porturi publice de încărcare la începutul anului 2024 se ridică la mai puțin de 200.000.

Se preconizează că cererea va crește pe măsură ce încrederea consumatorilor în vehiculele electrice crește odată cu adoptarea tehnologiei de încărcare de mare putere (High Power Charging - HPS), care va oferi o autonomie de aproximativ 30,5 km (19 mile) pentru fiecare minut de încărcare. Aceasta este în comparație cu 4 km (2,5 mile) la fiecare minut de încărcare cu curenți de încărcare de 200 kW, conform standardului CCS (Combined Charging System).

Există numeroase considerente de proiectare pentru soluțiile de încărcare comerciale și industriale, una dintre cele mai importante fiind capacitatea de a se adapta la standardele de încărcare a vehiculelor electrice aflate în continuă evoluție. Este esențial ca proiectanții de produse să creeze soluții câștigătoare în jurul unor caracteristici cheie, inclusiv:

• Încărcare rapidă și eficientă pentru o gamă largă de vehicule electrice, inclusiv autoturisme, autobuze și camioane
• Eficiență energetică ce asigură utilizarea puterii maxime pentru încărcare și minimizează pierderile de căldură
• O experiență de încărcare consecventă, chiar și în prezența fluctuațiilor de tensiune
• Durată lungă de viață și ușurință în întreținere
• Scalabilitate până la intervalul megawaților, pentru a se adapta la funcționarea parcurilor mari de încărcare și la creșterea anticipată a numărului de vehicule electrice pe șosea
• Funcționare sigură și fiabilă, cu protecție la supratensiune, disjunctoare și protecție împotriva supraîncălzirii

Furnizarea unei alimentări rapide, convenabile și fiabile a vehiculelor electrice necesită modele de produse care să ofere eficiență și flexibilitate ridicate pentru utilizarea în aplicații publice și comerciale/industriale.

Surse de alimentare modulare pentru o încărcare mai rapidă a vehiculelor electrice

Phoenix Contact oferă module de alimentare CHARX modulare, concepute pentru încărcarea rapidă și eficientă a vehiculelor electrice. De asemenea, acestea sunt potrivite pentru încărcarea în afara drumurilor pentru flote și echipamente grele, microrețele c.a., rețele c.c. de înaltă tensiune, stocare de energie și aplicații de electroliză pentru hidrogen.

Înființată în Germania în 1923, compania este un lider pe piața mondială de componente, sisteme și soluții în domeniul ingineriei electrice, al electronicii și al automatizării. Aceasta aderă la viziunea „All Electric Society” (Societatea complet electrică), în care electrificarea, conectarea în rețea și automatizarea sectoarelor merg mână în mână cu o dependență tot mai mare de soluții fiabile de alimentare cu energie electrică. În acest scop, se concentrează pe furnizarea de puncte de încărcare rapidă, sigure și conforme cu standardele și interfețele de încărcare cu cele mai recente tehnologii.

Ca parte a unui portofoliu cuprinzător de produse pentru soluții de încărcare a clădirilor, modulele de alimentare CHARX (Figura 1) sunt disponibile în versiuni c.a./c.c. și c.c./c.c. care pot fi montate direct, fără șine DIN, într-un dulap standard de 19 inch, utilizat în mod obișnuit în stațiile de încărcare a vehiculelor electrice. Designul modular plug-and-play CHARX simplifică și accelerează procesele de instalare și întreținere cu ajutorul tehnologiei de conectare rapidă push-in și T-LOX. Dimensiunile modulului sunt de 483 mm pe lățime, 134 mm pe înălțime și 550 mm în adâncime.

Figura 1: Dulapul de alimentare modular CHARX, disponibil în modelele c.a./c.c. și c.c./c.c. (Sursa imaginii: Phoenix Contact)

Optimizat pentru încărcarea c.c. cu tensiuni și curenți mari, fiecare modul de alimentare poate furniza o putere de încărcare de până la 360 kW. Acestea oferă o eficiență energetică de 95% la o sarcină de 50% și o disipare de energie redusă, sub 14 W în modul standby, asigurând rentabilitatea atunci când nu sunt utilizate în mod activ.

Puterea de încărcare este scalabilă prin conectarea flexibilă a modulelor și a dulapurilor de sistem. Cu o tehnologie de răcire adecvată, modulele CHARX permit o putere de încărcare până la un curent HPC de maxim 500 kW, ideal pentru parcuri de încărcare de până la nivelul megawaților.

Modulul de alimentare trifazat c.a./c.c. 1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW are o gamă de intrare de la 340 V_c.a. la 530 V_c.a. Modulul de alimentare c.c./c.c. 1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW are o gamă de intrare de la 300 V_c.c. la 825 V_c.c. pentru utilizare în numeroase setări de tensiune continuă. Ambele module de alimentare au o gamă de ieșire de la 30 V_c.c. la 1.000 V_c.c.

Modulele c.c./c.c. asigură urmărirea continuă a punctului de energie maximă (MMPT), care ajustează tensiunea și curentul de intrare ale unei rețele solare pentru a optimiza puterea de ieșire. Acest lucru ajută la obținerea celei mai eficiente producții pentru dispozitiv, în ciuda nivelurilor variate de radiație solară, a temperaturii și a tipurilor de panouri fotovoltaice.

Un singur controler pentru mai multe dulapuri

Operarea eficientă a mai multor module de alimentare și dulapuri este asigurată de protocolul bazat pe mesaje de magistrală CAN (Controller Area Network), care permite comunicarea între dispozitive fără un computer gazdă. Protocolul de încărcare în rețea (Grid Charge Protocol - GCP) bazat pe CAN asigură comunicarea între unul sau mai multe module de alimentare și un controler de încărcare și acceptă metode de comunicare peer-to-peer, multicast și broadcast.

Modulul controler de încărcare programabil 1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 (Figura 2) funcționează cu module de alimentare c.a./c.c. sau c.c./c.c. pentru stațiile de încărcare c.c. Este componenta centrală a sistemului de încărcare electrică, asigurând comunicarea în rețea, autentificarea utilizatorului, gestionarea sarcinii și funcțiile de siguranță. Interfața sa cu magistrală CAN gestionează distribuția energiei și comunicarea pentru aplicațiile de încărcare rapidă.

Figura 2: Controlerul de încărcare programabil EV-PLCC-AC1-DC1 pentru utilizarea cu modulele de alimentare c.a./c.c. și c.c./c.c. CHARX. (Sursa: Phoenix Contact)

Controlerul funcționează în conformitate cu standardele IEC 61851-1, IEC 61851-23, DIN SPEC 70121 și CHAdeMO, oferind versatilitate pentru diferite cerințe de încărcare. Acesta include interfețe Ethernet duble și un modem wireless integrat, inclusiv o opțiune 4G.

Posibilitatea de a utiliza un singur controler pentru mai multe dulapuri simplifică întreținerea și reduce costurile de instalare și operare. Controlerul CHARX se poate conecta până la 48 de module de alimentare. Acceptă OCPP 1.6J (Core-Profile) pentru comunicarea cu sistemele de gestionare a stațiilor de încărcare, precum și protocoalele de comunicare Modbus/TCP sau MQTT pentru integrarea cu sistemele și platformele externe.

Controlerul acceptă 16 intrări digitale și utilizează conectori COMBICON pentru o asamblare flexibilă și conexiuni sigure la modulele de alimentare. Funcționarea continuă în timpul întreruperilor de curent este asigurată de o baterie reîncărcabilă integrată.

Concluzie

Modulele de alimentare și controlerul CHARX de la Phoenix Contact oferă opțiuni versatile și fiabile pentru proiectarea stațiilor de încărcare de mare putere. Datorită flexibilității și scalabilității, portofoliul de produse CHARX permite soluții care oferă o gestionare eficientă și rentabilă a mai multor dulapuri și module de alimentare pentru diferite aplicații de încărcare, precum și o integrare perfectă cu diferite protocoale de comunicare și sisteme externe.