Elektrisch voertuig aan

Terwijl de wereld zich opmaakt om een ​​EV-revolutie te ontketenen, is het nog steeds waar dat de aanpassingssnelheid laag is. Elektrische voertuigen (EV's) lijken, ondanks dat ze een groener, vlotter en goedkoper vervoermiddel zijn, nog niet praktisch. De reden hiervoor zijn twee woorden: kosten en ecosysteem. Momenteel zijn EV's aanzienlijk geprijsd in vergelijking met benzineauto's, waardoor het een minder belangrijke keuze voor kopers is. De vooruitgang in batterijtechnologie en overheidsregelingen zullen naar verwachting de kosten van EV in de toekomst verlagen.

Het tweede deel zou zijn: er is geen goed ecosysteem voor de kopers om zonder veel gedoe een elektrisch voertuig te gebruiken. Met "Ecosystem" verwijs ik naar de laadstations om uw EV op te laden als de batterij leeg is. Stel je voor dat je een benzinevoertuig gebruikt als je geen benzinestations in je stad hebt en de enige plaats die je thuis kunt bijvullen, je huis eraan toevoegt dat je minimaal 6 tot 8 uur nodig hebt om een ​​gewone elektrische auto op te laden. Veel bedrijven zoals Tesla, EVgo, laadpunt enz. Hebben dit probleem al onderkend door laadstations in het hele land op te zetten. Met landen als Nederland, die beloofden de benzinemotor tegen 2035 op te geven, is het zeker dat de wegen van de toekomst zullen worden vervangen door elektrische auto's in plaats van verbrandingsmotoren en dat er veel oplaadpunten voor elektrische auto's om ons heen zullen opduiken.

Maar hoe werkt een EV-laadstation ? Kan één laadstation alle soorten elektrische voertuigen opladen? Wat zijn de soorten oplader voor elektrische voertuigen ? Welke protocollen worden gevolgd voor EV-laders? In dit artikel bespreken we het antwoord op al deze vragen en begrijpen we ook wat een laadstation voor elektrische voertuigen is en de subsystemen erachter. Voordat u verder gaat, moet u lezen over de batterijen die worden gebruikt in elektrische voertuigen en hoe het batterijbeheersysteem werkt in elektrische voertuigen.

Leveringsapparatuur voor elektrische voertuigen (EVSE)

De apparatuur die een laadstation voor elektrische voertuigen vormt, wordt gezamenlijk Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) genoemd. De term is populairder en verwijst niets anders dan naar de laadstations. Sommige mensen noemen het ook wel ECS, wat staat voor Electric Charging Station.

Een EVSE is ontworpen en ontwikkeld om een ​​batterijpakket op te laden door het net te gebruiken voor Power Delivery; deze accupacks kunnen aanwezig zijn in een elektrisch voertuig (EV) of in een plug-in elektrisch voertuig (PEV). Het vermogen, de connector en het protocol voor deze EVSE zullen variëren op basis van het ontwerp dat we in dit artikel zullen bespreken.

Ingebouwde laders en laadstations

Voordat we laadstations betreden, is het belangrijk om te begrijpen wat er in de EV aanwezig is en op welk onderdeel de lader zal worden aangesloten. De meeste elektrische voertuigen worden tegenwoordig geleverd met een ingebouwde oplader (OBC) en de fabrikant levert ook een oplader samen met het voertuig. Deze laders kunnen samen met de ingebouwde lader door de klant worden gebruikt om zijn EV op te laden via het stopcontact in huis, zodra hij / zij hem thuis krijgt. Maar deze laders zijn erg basic en bevatten geen geavanceerde functies, waardoor het normaal gesproken ongeveer 8 uur duurt om een ​​typische EV op te laden.

Soorten EV-laadstations (EVSE)

Laadstations kunnen grofweg worden ingedeeld in twee typen, AC-laadstation en DC-laadstation.

Een AC-laadstation, zoals de naam al aangeeft, levert wisselstroom van het elektriciteitsnet naar de EV, die vervolgens wordt omgezet in DC met behulp van de ingebouwde lader om het voertuig op te laden. Deze laders worden ook wel de Level 1- en Level 2-laders genoemd en worden gebruikt in residentiële en commerciële plaatsen. Het voordeel van een AC-laadstation is dat de ingebouwde lader de spanning en stroom regelt zoals vereist voor de EV, daarom is het niet verplicht voor het laadstation om met de EV te communiceren. Het nadeelis het lage uitgangsvermogen dat de oplaadtijd verlengt. Een typisch AC-laadsysteem wordt getoond in de onderstaande afbeelding. Zoals we kunnen zien, wordt de AC van het elektriciteitsnet rechtstreeks aan OBC geleverd via EVSE, de OBC converteert het vervolgens naar DC en laadt de batterij op via het GBS. De stuurdraad wordt gebruikt om het type oplader te detecteren dat op de EV is aangesloten en om de vereiste ingangsstroom voor de OBC in te stellen. Hierover zullen we later meer bespreken.

Een DC-laadstation krijgt wisselstroom van het net en zet deze om in DC-spanning en gebruikt deze om de batterij direct op te laden door de ingebouwde lader (OBS) te omzeilen. Deze laders voeren normaal gesproken een hoog voltage uit van maximaal 600V en een stroom tot 400A, waardoor de EV in minder dan 30 minuten kan worden opgeladen in vergelijking met 8-16 uur op een AC-lader. Dit worden ook wel Level 3 laders genoemd en algemeen bekend als DC Fast Chargers (DCFC) of Super laders. Het voordeel van dit type oplader is de snelle oplaadtijd, het nadeel is de complexe engineeringwaar hij met EV moet communiceren om hem efficiënt en veilig op te laden. Een typisch DC-laadsysteem wordt hieronder getoond, zoals u kunt zien, de EVSE levert direct gelijkstroom aan de batterij en omzeilt de OBS. De EVSE is in stapels gerangschikt om hoge stroom te leveren, een enkele stapel kan geen hoge stroom leveren vanwege beperkingen van de stroomschakelaar.

Normaal gesproken zijn de Level 1-laders bedoeld voor thuisgebruik, dit zijn de laders die door de fabrikanten worden geleverd samen met de EV die kunnen worden gebruikt om de EV op te laden via standaard stopcontacten in huis. Zo werken ze aan Single fase AC voeding en kan de uitgang van ergens tussen 12A tot 16A en duurt ongeveer 17 uur om een EV van 24kWH laden. Een lader van niveau 1 speelt niet veel rol in laadstations.

De niveau 2-oplader wordt geleverd als een update voor de niveau 1-oplader en kan ofwel in huis worden geïnstalleerd, op speciaal verzoek, mits het huis een gesplitste fasevoeding heeft, of kan ook worden gebruikt in openbare / commerciële laadstations. Deze laders kunnen tot 80A uitgangsstroom leveren vanwege de hoge ingangsspanning en kunnen een EV in 8 uur opladen. De Level 3 lader of Super laders zijn alleen bedoeld voor openbare laadstations. Ze vereisen meerfasige wisselstroominvoer van het net en verbruiken meer dan 240 kW, wat bijna 10 keer meer is dan een typische airconditioning in ons huis. Deze laders hebben dus speciale toestemming van het net nodig om te kunnen werken.

De Level 2- en Level 3-laders worden als efficiënter beschouwd dan de Level 1-laders, aangezien de AC / DC- en DC / DC-conversie in de EVSE zelf plaatsvindt. Vanwege de enorme omvang en complexiteit van Level 2- en Level 3-laders kunnen ze niet in een EV worden ingebouwd, omdat dit het gewicht zou verhogen en de efficiëntie van de EV zou verminderen.

Type laadstation	Laadniveau	AC voedingsspanning en stroom	Oplaadvermogen	Tijd om een ​​24kWH-accupack op te laden
AC laadstation	Level 1 - Residentieel	Eenfase - 120 / 230V en ~ 12 tot 16A	~ 1,44 kW tot ~ 1,92 kW	~ 17 uur
AC laadstation	Niveau 2 - Commercieel	Gesplitste fase - 208 / 240V en ~ 15 tot 80A	~ 3,1 kW tot ~ 19,2 kW	~ 8 uur
DC laadstation	Niveau 3 - Supercharger	Eenfase - 300 / 600V en ~ 400A	~ 120 kW tot ~ 240 kW	~ 30 minuten

Soorten EV-laadconnectoren

Net zoals de Europeanen werken op 220V 50Hz en de Amerikanen werken op 110V 60Hz, hebben de EV's ook verschillende soorten laadconnectoren op basis van het land waarin ze worden vervaardigd. Dit heeft tot verwarring geleid bij ESVE-fabrikanten, aangezien ze niet gemakkelijk universeel kunnen worden gemaakt voor alle elektrische voertuigen. De belangrijkste classificaties van connectoren voor AC-laders en DC-laders worden hieronder gegeven.

AC-laadpunten voor elektrische voertuigen:

Een van de drie meest voorkomende typen AC-laadcontactdoos is het JSAE1772-stopcontact dat populair is in Noord-Amerika. Zoals u kunt zien, heeft de stekker / connector meerdere aansluitingen, de drie brede pinnen zijn voor fase, neutraal en aarde, terwijl de twee kleine pinnen worden gebruikt voor communicatie tussen de oplader en de EV (pilootinterface), we zullen hier later meer over bespreken. De Mennekes of VDE-AR-E wordt in Europa gebruikt voor driefasige AC-laadsystemen en kan daarom een ​​hoog vermogen leveren tot 44kW. De Le-Grand is ook een soortgelijk stopcontact met veiligheidsklep om te voorkomen dat er vuil in het laadstopcontact komt. Volgens technische normen worden alleen de HSAE 1772 en de VDE-AR-E stopcontacten aanbevolen voor gebruik in alle AC-laders van de toekomst.

DC-oplaadpunten voor elektrische voertuigen:

Aan de zijde van de DC-oplader hebben we de CHAdeMO-oplaadaansluiting, het meest populaire type stopcontact. Het werd geïntroduceerd door Japan en al snel aangepast door Frankrijk en Korea. Tegenwoordig hebben de meeste elektrische voertuigen zoals de Nissan Leaf, Kia enz. Dit soort stopcontacten. De socket heeft twee brede pinnen voor de DC-stroomrails en communicatiepinnen voor het CAN-protocol. Zoals we weten, gebruiken DC-laders van niveau 3 niet de ingebouwde lader en moeten ze dus zelf de vereiste spanning en stroom leveren voor het batterijpakket van de EV. Dit wordt gedaan door een communicatieverbinding (Pilotlink) tot stand te brengen via het Control Area Network (CAN) -protocol met het BMS van het batterijpakket. Het BMS instrueert vervolgens de oplader om met het laadproces te beginnen, controleert het en vraagt ​​de oplader vervolgens te stoppen met opladen.

De Tesla-auto's hebben hun eigen type laders, de superladers, en hebben dus hun eigen type connectoren zoals hierboven weergegeven. Maar ze verkopen wel een adapter die hun poort kan converteren om te worden opgeladen met CHAdeMO- of CSS-laders. De CDD-oplader is een andere populaire oplader die zowel AC- als DC-laders combineert. Zoals je op de afbeelding kunt zien, is de oplader opgesplitst in twee segmenten om zowel DC als AC te ondersteunen. Het ondersteunt CAN en Power Line Communication (PLC) en wordt veel gebruikt in Europese auto's zoals Audi, BMW, Ford, GM, Porsche enz. Het ondersteunt tot 400 kW gelijkstroom en 43 kW wisselstroom.

EVSE AC-laadstation - Niveau 1- en niveau 2-laders

Het laadstation van niveau 1 en 2 hoeft alleen maar wisselstroom te leveren aan de ingebouwde lader in een elektrisch voertuig, die dan voor het laadproces zorgt; dit zou bij een eerste blik kunnen kijken. Maar ze dragen de verantwoordelijkheid om de juiste hoeveelheid stroom van het net te bewijzen, zoals vereist door het EV-batterijpakket, door ernaar te communiceren via pilootdraad. De subsystemen die aanwezig zijn in een typisch AC-laadstation weergegeven in het TI Trainingsdocument, worden hieronder weergegeven.

De Level 1-laders hebben een maximale uitgangsstroom van 16A vanwege de beperkingen van huishoudelijke stopcontacten, terwijl de Level 2-laders tot 80A kunnen leveren bij gebruik in driefasevoeding. Zowel de Level 1- als Level 2 AC-laders gebruiken normaal gesproken de SAEJ1772 standaard connectoren.

Zoals u kunt zien, is de AC Power Line (L1 en L2) aangesloten op de J1772 connector via een relais. Dit relais wordt gesloten om het laadproces te starten en wordt geopend wanneer het opladen is voltooid. De Pilot Signal-communicatie wordt gebruikt om de batterijstatus te detecteren en het host-verwerkingssysteem bepaalt hoeveel stroom moet worden geleverd aan de ingebouwde oplader. We zullen bespreken