Elfordon på

När världen är redo att släppa loss en EV-revolution är det fortfarande sant att anpassningshastigheten är långsam. Elbilar trots att de är ett grönare, smidigare och billigare transportsätt verkar inte vara praktiska ännu. Anledningen är två ord, Kostnad och Ekosystem. För närvarande prissätts elbilar väsentligen i nivå med bensinbilar vilket gör det till ett mindre viktigt val för köpare, framstegen inom batteriteknik och statliga system förväntas sänka kostnaderna för elbil i framtiden.

Den andra delen skulle vara, det finns inget ordentligt ekosystem för köparna att använda ett elfordon utan mycket krångel. Med ”Ekosystem” hänvisar jag till laddstationerna för att ladda din EV när du får slut på batterijuice. Föreställ dig att använda ett bensinfordon när du inte har några bensinstationer i din stad och det enda stället du kan fylla på är att du är hemma och lägger till att du behöver minst 6-8 timmar för att ladda en typisk EV. Många företag som Tesla, EVgo, laddningsstation etc. har redan erkänt detta problem genom att sätta upp laddstationer runt om i landet. Med länder som Nederländerna, som lovade att ge upp bensinmotorn 2035, är det säkert att framtidens vägar kommer att ersättas med elbilar över förbränningsmotorer och många EV-laddningsstationer skulle dyka upp runt oss.

Men hur fungerar en EV-laddningsstation ? Kan en enda laddstation ladda alla typer av elfordon? Vilka typer av elfordonsladdare ? Vilka protokoll följs för EV-laddare? I den här artikeln kommer vi att diskutera svaret på alla dessa frågor och också förstå vad som utgör en laddstation för elfordon och delsystemen bakom den. Innan du går vidare bör du läsa om batterierna som används i elfordon och hur batterihanteringssystemet fungerar i elfordonet.

Elfordonstillförselutrustning (EVSE)

Utrustningen som utgör en laddstation för elfordon kallas kollektivt som elfordonsutrustning (EVSE). Termen är mer populär, och den hänvisar ingenting annat än till laddstationerna. Vissa människor kallar det också som ECS som står för elektrisk laddstation.

En EVSE är konstruerad och konstruerad för att ladda ett batteripaket med hjälp av nätet för kraftleverans; dessa batteripaket kan finnas i ett elfordon (EV) eller i ett plug-in elfordon (PEV). Effekten, kontakten och protokollet för dessa EVSE kommer att variera beroende på designen som vi kommer att diskutera i den här artikeln.

Inbyggda laddare och laddstationer

Innan vi går in i laddstationer är det viktigt att förstå vad som finns i EV och till vilken del laddaren ska anslutas till. De flesta elbilar har idag en inbyggd laddare (OBC) och tillverkaren tillhandahåller också en laddare tillsammans med fordonet. Dessa laddare tillsammans med den inbyggda laddaren kan användas av kunden för att ladda sin EV från sitt hushållsuttag så snart han / hon kommer hem. Men dessa laddare är väldigt grundläggande och har inga avancerade funktioner och skulle därför normalt ta cirka 8 timmar att ladda en typisk EV.

Typer av EV-laddningsstationer (EVSE)

Laddningsstationer kan i stort sett klassificeras i två typer, AC-laddningsstation och DC-laddningsstation.

En växelströmsladdningsstation, som namnet antyder, ger växelström från elnätet som sedan omvandlas till likström med hjälp av den inbyggda laddaren för att ladda fordonet. Dessa laddare kallas också nivå 1 och nivå 2 laddare som används på bostäder och kommersiella platser. Fördelen med en växelströmsladdningsstation är att den inbyggda laddaren kommer att reglera spänningen och strömmen som krävs för EV, varför det inte är obligatoriskt för laddstationen att kommunicera till EV. Nackdelenär dess låga uteffekt vilket ökar laddningstiden. Ett typiskt AC-laddningssystem visas i bilden nedan. Som vi kan se växlar AC från nätet direkt till OBC via EVSE, OBC omvandlar det sedan till DC och laddar batteriet genom BMS. Pilotkabeln används för att känna av vilken typ av laddare som är ansluten till EV och ställa in önskad ingångsström för OBC. Vi kommer att diskutera mer om detta senare.

En likströmsladdningsstation får växelström från nätet och omvandlar den till likspänning och använder den för att ladda batteripaketet direkt genom att gå förbi den inbyggda laddaren (OBS). Dessa laddare matar normalt ut högspänning på upp till 600V och ström upp till 400A vilket gör att EV kan laddas på mindre än 30 minuter jämfört med 8-16 timmar på AC-laddare. Dessa kallas också nivå 3-laddare och allmänt kända som DCFC-laddare (DCFC) eller superladdare. Fördelen med denna typ av laddare är dess snabba laddningstid medan nackdelen är dess komplexa teknikdär den behöver kommunicera med EV för att ladda den effektivt och säkert. Ett typiskt DC-laddningssystem visas nedan, som du kan se EVSE tillhandahåller DC direkt till batteripaket förbi OBS. EVSE är ordnad i staplar för att ge hög ström, en enda stack kommer inte att kunna ge hög ström på grund av begränsningar för strömbrytaren.

Normalt är nivå 1-laddare avsedda för bostadsbruk, det här är de laddare som levereras av tillverkarna tillsammans med EV som kan användas för att ladda EV genom standardhusuttag. Så de arbetar på enfas växelströmförsörjning och kan matas var som helst mellan 12A och 16A och tar cirka 17 timmar att ladda en EV på 24 kW. En laddare på nivå 1 spelar inte så mycket roll i laddstationer.

Den Nivå 2 laddare är endast en uppdatering för nivå 1 laddare det kan antingen installeras i huset, på särskild begäran förutsatt huset har delad fas strömförsörjning eller kan användas i allmänna / kommersiella stationer laddnings samt. Dessa laddare kan ge upp till 80A utström på grund av dess höga ingångsspänning och kan ladda en EV på 8 timmar. Den Nivå 3 laddare eller Super laddare är avsedda för allmänheten laddningsstationer ensam. De kräver flerfas AC-ingång från elnätet och förbrukar mer än 240 kW, vilket är nästan tio gånger mer än en vanlig luftkonditioneringsenhet i vårt hem. Så dessa laddare kräver särskilt tillstånd från nätet för att fungera.

De nivå 2 och nivå 3-laddare anses vara mer effektiv än den nivå 1 laddaren eftersom AC / DC och DC / DC-omvandling äger rum i EVSE själv. På grund av den enorma storleken och komplexiteten hos laddare på nivå 2 och nivå 3 kan de inte byggas inuti en EV eftersom det skulle öka vikten och minska EV: s effektivitet.

Laddstationstyp	Laddningsnivå	Växelspänning och ström	Laddare	Dags att ladda ett 24kWH batteripaket
AC laddningsstation	Nivå 1 - Bostäder	Enfas - 120 / 230V och ~ 12 till 16A	~ 1,44 kW till ~ 1,92kW	~ 17 timmar
AC laddningsstation	Nivå 2 - Kommersiell	Delad fas - 208 / 240V och ~ 15 till 80A	~ 3,1 kW till ~ 19,2 kW	~ 8 timmar
DC laddningsstation	Nivå 3 - Kompressor	Enfas - 300 / 600V och ~ 400A	~ 120 kW till ~ 240 kW	~ 30 minuter

Typer av EV-laddningskontakter

Precis som européerna arbetar på 220V 50Hz och amerikanerna arbetar på 110V 60Hz har elbilarna också olika typer av laddningsdon baserat på vilket land de tillverkas. Detta har lett till förvirring bland ESVE-tillverkare eftersom de inte kan göras universella för alla elbilar. De viktigaste klassificeringarna av kontakter för AC-laddare och DC-laddare ges nedan.

AC-laddningsuttag för elfordon:

Bland de tre är den vanligaste typen av AC-laddningsuttag JSAE1772-uttaget med populärt i Nordamerika. Som du kan se har pluggen / kontakten flera anslutningar, de tre breda stiften är för fas, neutral och jord medan de två små stiften används för kommunikation mellan laddaren och EV (pilotgränssnitt), vi kommer att diskutera mer om detta senare. Mennekes eller VDE-AR-E används i Europa för trefas AC-laddningssystem och kan därmed leverera hög effekt upp till 44 kW. Le-Grand är också ett liknande uttag med säkerhetslucka för att förhindra att skräp kommer in i laddningsuttaget. Enligt tekniska standarder rekommenderas endast HSAE 1772 och VDE-AR-E-uttagen att användas i alla framtida växelströmsladdare.

DC-laddningsuttag för elfordon:

På DC-laddarens sida har vi CHAdeMO-laddningsuttaget som är den mest populära typen av uttag. Det introducerades av Japan och anpassades snart av Frankrike och Korea. Idag har de flesta elbilar som Nissan Leaf, Kia etc dessa typer av uttag. Uttaget har två breda stift för likströmsskenor och kommunikationsstift för CAN-protokoll. Som vi vet använder nivå 3 DC-laddare inte den inbyggda laddaren och måste därför tillhandahålla den nödvändiga spänningen och strömmen för EV-batteriet i sig. Detta görs genom att upprätta en kommunikationslänk (pilotlänk) via Control Area Network (CAN) -protokoll med BMS på batteripaketet. BMS instruerar sedan laddaren att starta laddningsprocessen, övervakar den och ber sedan laddaren att sluta ladda.

De Tesla bilar har sin egen typ av laddare som kallas superladdare och därmed har sin egen typ av kontakter som visas ovan. Men de säljer en adapter som kan konvertera deras port för att laddas med CHAdeMO- eller CSS-laddare. CDD-laddaren är ett annat populärt laddaruttag som kombinerar både AC- och DC-laddare. Som du kan se på bilden är laddaren uppdelad i två segment för att stödja både DC och AC. Den kan stödja CAN och Power Line Communication (PLC) och används i stor utsträckning i europeiska bilar som Audi, BMW, Ford, GM, Porsche etc. Den kan stödja upp till 400 kW likströmsutgång och 43 kW växelström.

EVSE AC-laddningsstation - Nivå 1 och nivå 2-laddare

Laddningsstationen nivå 1 och nivå 2 måste helt enkelt leverera växelström till den inbyggda laddaren i ett elfordon som sedan tar hand om laddningsprocessen. detta kan se ut vid en första titt. Men de bär ansvaret för att bevisa rätt mängd ström från nätet som krävs av EV-batteripaketet genom att kommunicera till det via pilottråd. Delsystemen som finns i en typisk växelströmsladdningsstation som representeras i TI-träningsdokumentet visas nedan.

De nivå 1 laddare har en maximal utgångsström av 16A på grund av begränsningarna i hushållens eluttag, medan Nivå 2 laddare kan ge upp till 80A när den drivs i trefasnät. Både nivå 1 och nivå 2 växelströmsladdare använder normalt SAEJ1772 standardkontaktdon.

Som du kan se är nätströmsledningen (L1 och L2) ansluten till J1772-kontakten genom ett relä. Detta relä stängs för att starta laddningsprocessen och öppnas när laddningen är klar. Pilotsignalkommunikationen används för att detektera batteristatus och värdbehandlingssystemet bestämmer hur mycket ström som ska tillföras den inbyggda laddaren. Vi ska diskutera