Veicolo elettrico acceso

Mentre il mondo si prepara a scatenare una rivoluzione dei veicoli elettrici, è ancora vero che il tasso di adattamento è lento. I veicoli elettrici (EV), nonostante siano un modo di trasporto più verde, agevole ed economico, non sembrano ancora essere pratici. Il motivo sono due parole, Costo ed Ecosistema. Attualmente i veicoli elettrici hanno un prezzo sostanzialmente alla pari con le auto a benzina, rendendola una scelta meno significativa per gli acquirenti, il progresso nella tecnologia delle batterie e gli schemi governativi dovrebbero ridurre il costo dei veicoli elettrici in futuro.

La seconda parte sarebbe che non esiste un ecosistema adeguato per gli acquirenti per utilizzare un veicolo elettrico senza troppi problemi. Con "Ecosystem" mi riferisco alle stazioni di ricarica per caricare il tuo veicolo elettrico quando esaurisci il succo della batteria. Immagina di usare un veicolo a benzina quando non hai distributori di benzina nella tua città e l'unico posto in cui puoi fare rifornimento sei casa, aggiungendo che avrai bisogno di un minimo di 6-8 ore per caricare un tipico veicolo elettrico. Molte aziende come Tesla, EVgo, punti di ricarica ecc. Hanno già riconosciuto questo problema installando stazioni di ricarica in tutto il paese. Con paesi come i Paesi Bassi, che hanno promesso di rinunciare ai motori a benzina entro il 2035, è certo che le strade del futuro saranno sostituite da veicoli elettrici su motori a combustione interna e molte stazioni di ricarica per veicoli elettrici sarebbero spuntate intorno a noi.

Ma come funziona una stazione di ricarica per veicoli elettrici ? Una singola stazione di ricarica può caricare tutti i tipi di veicoli elettrici? Quali sono i tipi di caricabatterie per veicoli elettrici ? Quali protocolli vengono seguiti per i caricabatterie EV? In questo articolo discuteremo la risposta a tutte queste domande e capiremo anche cosa costituisce una stazione di ricarica per veicoli elettrici e i sottosistemi dietro di essa. Prima di andare oltre, dovresti leggere le batterie utilizzate nel veicolo elettrico e come funziona il sistema di gestione della batteria all'interno del veicolo elettrico.

Attrezzatura per la fornitura di veicoli elettrici (EVSE)

Le apparecchiature che costituiscono una stazione di ricarica per veicoli elettrici sono chiamate collettivamente come apparecchiature per la fornitura di veicoli elettrici (EVSE). Il termine è più popolare e non si riferisce nient'altro che alle stazioni di ricarica. Alcune persone lo chiamano anche ECS che sta per stazione di ricarica elettrica.

Un EVSE è progettato e progettato per caricare un pacco batteria utilizzando la rete per l'erogazione di energia; questi pacchi batteria potrebbero essere presenti in un veicolo elettrico (EV) o in un veicolo elettrico plug-in (PEV). L'alimentazione, il connettore e il protocollo per questi EVSE varieranno in base al design di cui parleremo in questo articolo.

Caricabatterie e stazioni di ricarica a bordo

Prima di entrare nelle stazioni di ricarica è importante capire cosa è presente all'interno del veicolo elettrico ea quale parte sarà collegato il caricabatterie. La maggior parte dei veicoli elettrici oggi viene fornita con un caricabatterie a bordo (OBC) e il produttore fornisce anche un caricabatterie insieme al veicolo. Questi caricabatterie insieme al caricabatterie di bordo possono essere utilizzati dal cliente per caricare il suo veicolo elettrico dalla presa di corrente di casa non appena arriva a casa. Ma questi caricatori sono molto semplici e non sono dotati di funzionalità avanzate e quindi normalmente impiegherebbero circa 8 ore per caricare un tipico veicolo elettrico.

Tipi di stazioni di ricarica per veicoli elettrici (EVSE)

Le stazioni di ricarica possono essere ampiamente classificate in due tipi, stazione di ricarica CA e stazione di ricarica CC.

Una stazione di ricarica CA come suggerisce il nome fornisce alimentazione CA dalla rete al veicolo elettrico che viene quindi convertito in CC utilizzando il caricatore di bordo per caricare il veicolo. Questi caricatori sono anche chiamati caricabatterie di livello 1 e di livello 2 che vengono utilizzati in luoghi residenziali e commerciali. Il vantaggio di una stazione di ricarica AC è che il caricatore di bordo regolerà la tensione e la corrente come richiesto per l'EV, quindi non è obbligatorio che la stazione di ricarica comunichi con l'EV. Lo svantaggioè la sua bassa potenza di uscita che aumenta il tempo di ricarica. Un tipico sistema di ricarica AC è mostrato nell'immagine sottostante. Come possiamo vedere, l'AC dalla rete viene fornita direttamente a OBC tramite EVSE, l'OBC quindi la converte in CC e carica la batteria tramite il BMS. Il filo pilota viene utilizzato per rilevare il tipo di caricabatterie collegato all'EV e impostare la corrente di ingresso richiesta per l'OBC. Discuteremo di più su questo più tardi.

Una stazione di ricarica CC ottiene l'alimentazione CA dalla rete e la converte in tensione CC e la utilizza per caricare il pacco batteria direttamente bypassando il caricatore di bordo (OBS). Questi caricabatterie normalmente emettono alta tensione fino a 600 V e corrente fino a 400 A, il che consente di caricare l'EV in meno di 30 minuti rispetto alle 8-16 ore con caricabatterie CA. Questi sono anche chiamati caricabatterie di livello 3 e comunemente noti come caricabatterie rapidi DC (DCFC) o caricabatterie Super. Il vantaggio di questo tipo di caricabatterie è il suo tempo di ricarica veloce mentre lo svantaggio è la sua complessa ingegneriadove deve comunicare con EV per caricarlo in modo efficiente e sicuro. Di seguito è mostrato un tipico sistema di ricarica CC, come puoi vedere che EVSE fornisce CC direttamente al pacco batteria bypassando l'OBS. L'EVSE è organizzato in pile per fornire corrente elevata, un singolo stack non sarà in grado di fornire corrente elevata a causa delle limitazioni dell'interruttore di alimentazione.

Normalmente i caricabatterie di livello 1 sono pensati per uso residenziale, questi sono i caricabatterie forniti dai produttori insieme al veicolo elettrico che possono essere utilizzati per caricare il veicolo elettrico tramite prese di corrente domestiche standard. Quindi funzionano con alimentazione CA monofase e possono emettere ovunque tra 12 A e 16 A e impiegano circa 17 ore per caricare un EV di 24kWH. Un caricabatterie di livello 1 non ha molto ruolo nelle stazioni di ricarica.

Il caricabatterie di livello 2 viene fornito come aggiornamento per il caricabatterie di livello 1 e può essere installato in casa, su richiesta speciale a condizione che la casa abbia alimentazione a fase divisa o può essere utilizzato anche in stazioni di ricarica pubbliche / commerciali. Questi caricabatterie possono fornire una corrente di uscita fino a 80 A grazie alla sua alta tensione di ingresso e possono caricare un EV in 8 ore. Il caricabatterie di livello 3 oi caricabatterie Super sono destinati esclusivamente alle stazioni di ricarica pubbliche. Richiedono un ingresso AC polifase dalla rete e consumano più di 240 kW, quasi 10 volte di più rispetto a un tipico condizionatore d'aria della nostra casa. Quindi questi caricatori richiedono un permesso speciale dalla rete per funzionare.

I caricabatterie di livello 2 e 3 sono considerati più efficienti del caricabatterie di livello 1 poiché la conversione AC / DC e DC / DC avviene nello stesso EVSE. A causa delle enormi dimensioni e complessità di un caricabatterie di Livello 2 e di Livello 3, non possono essere costruiti all'interno di un EV in quanto aumenterebbe il peso e ridurrebbe l'efficienza dell'EV.

Tipo di stazione di ricarica	Livello caricatore	Tensione e corrente di alimentazione CA.	Alimentazione del caricatore	È ora di caricare una batteria da 24kWH
Stazione di ricarica AC	Livello 1 - Residenziale	Monofase - 120 / 230V e ~ 12 a 16A	Da ~ 1,44 kW a ~ 1,92 kW	~ 17 ore
Stazione di ricarica AC	Livello 2 - Commerciale	Fase divisa: 208/240 V e da ~ 15 a 80 A.	Da ~ 3,1 kW a ~ 19,2 kW	~ 8 ore
Stazione di ricarica DC	Livello 3 - Supercharger	Monofase - 300 / 600V e ~ 400A	Da ~ 120 kW a ~ 240 kW	~ 30 minuti

Tipi di connettori di ricarica per veicoli elettrici

Proprio come gli europei operano a 220 V 50 Hz e gli americani funzionano a 110 V 60 Hz, anche i veicoli elettrici hanno diversi tipi di connettori di ricarica in base al paese in cui sono prodotti. Ciò ha creato confusione tra i produttori di ESVE in quanto non possono essere resi universali facilmente per tutti i veicoli elettrici. Di seguito sono riportate le principali classificazioni dei connettori per caricabatterie CA e caricabatterie CC.

Prese di ricarica CA per veicoli elettrici:

Tra i tre, il tipo più comune di presa di ricarica CA è la presa JSAE1772 che è popolare in Nord America. Come puoi vedere la spina / connettore ha più connessioni, i tre pin larghi sono per Fase, Neutro e Terra mentre i due pin piccoli sono usati per la comunicazione tra il Caricatore e l'EV (interfaccia pilota), ne parleremo più avanti. Il Mennekes o VDE-AR-E viene utilizzato in Europa per il sistema di ricarica CA trifase e quindi può emettere alta potenza fino a 44kW. Il Le-Grand è anche una presa simile con otturatore di sicurezza per impedire l'ingresso di detriti nella presa di ricarica. Secondo gli standard tecnici, si consiglia di utilizzare solo le prese HSAE 1772 e VDE-AR-E in tutti i caricabatterie CA del futuro.

Prese di ricarica CC per veicoli elettrici:

Sul lato del caricatore CC abbiamo la presa del caricatore CHAdeMO che è il tipo di presa più popolare. Fu introdotto dal Giappone e presto adattato da Francia e Corea. Oggi la maggior parte dei veicoli elettrici come Nissan Leaf, Kia ecc. Hanno questo tipo di prese. La presa ha due pin larghi per i binari di alimentazione CC e pin di comunicazione per il protocollo CAN. Come sappiamo, i caricabatterie CC di livello 3 non utilizzano il caricabatterie di bordo e quindi devono fornire da solo la tensione e la corrente richieste per il pacco batteria del veicolo elettrico. Ciò viene effettuato stabilendo un collegamento di comunicazione (collegamento pilota) tramite il protocollo CAN (Control Area Network) con il BMS del pacco batteria. Il BMS quindi ordina al caricabatterie di iniziare il processo di ricarica, lo monitora e quindi richiede al caricabatterie di interrompere la ricarica.

Le auto Tesla hanno il proprio tipo di caricabatterie chiamato super caricabatterie e quindi hanno il proprio tipo di connettori come mostrato sopra. Ma vendono un adattatore che può convertire la loro porta per essere caricata con caricabatterie CHAdeMO o CSS. Il caricabatterie CDD è un'altra presa per caricabatterie popolare che combina i tipi di caricabatterie CA e CC. Come puoi vedere nell'immagine, il caricabatterie è diviso in due segmenti per supportare sia CC che CA. Può supportare CAN e Power Line Communication (PLC) ed è ampiamente utilizzato in auto europee come Audi, BMW, Ford, GM, Porsche, ecc. Può supportare fino a 400 kW di potenza CC e 43 kW di CA.

Stazione di ricarica CA EVSE - Caricabatterie di livello 1 e 2

Le stazioni di ricarica di livello 1 e 2 devono semplicemente fornire alimentazione CA al caricatore di bordo in un veicolo elettrico che si occuperà quindi del processo di ricarica; questo potrebbe sembrare a una prima occhiata. Ma hanno la responsabilità di dimostrare la giusta quantità di potenza dalla rete come richiesto dal pacco batterie EV comunicando ad esso tramite filo pilota. Di seguito sono riportati i sottosistemi presenti in una tipica stazione di ricarica AC rappresentati nel documento TI Training.

I caricabatterie di livello 1 hanno una corrente di uscita massima di 16 A a causa dei limiti delle prese di corrente domestiche, mentre i caricabatterie di livello 2 possono fornire fino a 80 A se utilizzati con alimentazione trifase. Entrambi i caricabatterie CA di livello 1 e 2 utilizzano normalmente connettori a spina standard SAEJ1772.

Come puoi vedere, la linea di alimentazione CA (L1 e L2) è collegata al connettore J1772 tramite un relè. Questo relè sarà chiuso per iniziare il processo di ricarica e si aprirà quando la ricarica sarà completata. La comunicazione del segnale pilota viene utilizzata per rilevare lo stato della batteria e il sistema di elaborazione host decide quanta potenza deve essere fornita al caricatore di bordo. Noi discuteremo