W jaki sposób stacje szybkiego ładowania regulują prędkość ładowania?

Jeśli kiedykolwiek podjechałeś do stacji szybkiego ładowania z martwym lub umierającym samochodem elektrycznym, tylko po to, aby podłączyć go do prądu i zobaczyć, jak po minucie ekran ładowarki skacze ze 150 kW do 80 kW, prawdopodobnie zastanawiałeś się: dlaczego prędkość się zmienia? Jako dostawca stacji szybkiego ładowania stale dostaję to pytanie od nowych właścicieli pojazdów elektrycznych, ciekawskich przechodniów, a nawet innych właścicieli firm, którzy chcą zainstalować własną infrastrukturę ładowania. Prawda jest taka, że ​​prędkość szybkiego ładowania nie jest stała – jest to dynamiczna wymiana danych między stacją, samochodem, a nawet czynnikami zewnętrznymi, takimi jak pogoda i zapotrzebowanie na sieć. Omówmy, jak to działa i dlaczego jest to ważne dla każdego, kto na tym polegaSzybkie ładowanie samochodów Evaby ich podróże przebiegały zgodnie z planem.

Zacznijmy od największego gracza w tym tańcu: systemu zarządzania akumulatorem pojazdu elektrycznego, czyli BMS. Pomyśl o BMS jako o mózgu pakietu akumulatorów. Jego zadaniem jest monitorowanie każdego ogniwa akumulatora — temperatury, stanu naładowania (SOC), napięcia, a nawet natężenia prądu, jakie każde ogniwo może bezpiecznie obsłużyć w danym momencie. Po podłączeniu do szybkiej ładowarki BMS i własna jednostka sterująca ładowarki (często nazywana jednostką sterującą mocą, PCU) prowadzą szybką rozmowę przy użyciu standardowego protokołu, takiego jak CCS lub CHAdeMO. Ten czat nie podlega negocjacjom: informuje ładowarkę: „Hej, moja bateria może teraz pobrać X energii — nie dawaj więcej, bo zaryzykuję przegrzanie lub uszkodzenie ogniw”.

Na przykład, gdy dojedziesz na stację z całkowicie pustym akumulatorem, BMS poinformuje ładowarkę, że akumulator jest gotowy do przyjęcia pełnej mocy – powiedzmy 350 kW, co jest powszechne w nowszych pojazdach elektrycznych dalekiego zasięgu. Dlatego nowi właściciele pojazdów elektrycznych są często zszokowani, gdy w ciągu 10 minut od 0% do 50%. Ale gdy bateria osiągnie około 80% SOC, chemia się zmienia. Akumulatory litowo-jonowe ładują się najszybciej, gdy występuje duży przepływ jonów z katody do anody, ale gdy anoda jest już prawie całkowicie nasycona jonami, nie jest w stanie przyjąć ich tak dużej liczby bez ryzyka powlekania litem – jest to proces, w którym lit metaliczny gromadzi się na anodzie, co z czasem może powodować zwarcia. Aby temu zapobiec, BMS każe ładowarce ponownie włączyć zasilanie. Nagle ta ładowarka o mocy 350 kW wytwarza 100 kW, a pozostałe 20% ładowania zajmuje 20 lub 30 minut zamiast 10. Nie jest to wada ładowarki — to BMS chroniący akumulator na dłuższą metę. Dlatego każdy, kto szuka niezawodnej i skalowalnej infrastruktury, powinien ją sprawdzićStacje szybkiego ładowania samochodów elektrycznychzaprojektowany do współpracy z szeroką gamą protokołów komunikacyjnych BMS.

Następny w kolejce: sprzęt i konstrukcja ładowarki. Nie wszystkie szybkie ładowarki są sobie równe, a ich zdolność do dostosowywania prędkości w locie zależy od sposobu ich budowy. Większość nowoczesnych szybkich ładowarek publicznych to szybkie ładowarki prądu stałego (DCFC), które omijają ładowarkę pokładową samochodu i wysyłają prąd stały bezpośrednio do akumulatora — to właśnie umożliwia osiągnięcie dużych prędkości, na których wszyscy polegamy. Jednak nawet najpotężniejszy DCFC ma ograniczenia i może dostarczać moc tylko tak szybko, jak wytrzymają jego wewnętrzne komponenty. Na przykład ładowarka o mocy 50 kW jest ograniczona modułami mocy, systemem chłodzenia i okablowaniem, aby w szczycie osiągać jedynie 50 kW. Ale nawet ładowarka o mocy 150 kW nie tylko wyrzuci 150 kW do każdego podłączonego samochodu. Jej jednostka PCU jest zaprogramowana tak, aby dostosowywała moc wyjściową w czasie rzeczywistym na podstawie sygnałów otrzymywanych z BMS, ale także na podstawie własnej wydajności sprzętu. Jeśli temperatura wewnętrzna ładowarki stanie się zbyt wysoka – powiedzmy, ponieważ ładowarka pracowała bez przerwy z mocą 150 kW przez trzy godziny w temperaturze 95 stopni – zmniejszy moc, aby zapobiec przegrzaniu i uszkodzeniu. Dlatego czasami można spotkać ładowarkę, która powinna zapewniać dużą prędkość i działać wolniej w upalne letnie dni: chroni samą siebie, a co za tym idzie – także Twój samochód.

W przypadku tych, którzy wolą ładować w domu, obowiązuje ta sama logika, choć przy niższych poziomach mocy. AŁadowarka domowa o mocy 50 kWwspółpracuje z systemem BMS w celu dostosowania prędkości, ale ponieważ ładowanie w domu często odbywa się w nocy, kiedy prędkość nie jest tak bardzo potrzebna, ładowarki te zazwyczaj przedkładają wydajność nad moc szczytową. Nadal się dostosowują: jeśli system BMS poinformuje, że bateria jest zimna, może dostarczać niższą moc do czasu nagrzania baterii, aby zapobiec uszkodzeniom. Jeśli w sieci występuje szczytowe zapotrzebowanie (powiedzmy w gorący letni wieczór, kiedy wszyscy korzystają z prądu przemiennego), Twoja ładowarka domowa może również nieznacznie zmniejszyć moc, aby uniknąć dodatkowego obciążenia lokalnej sieci. DlategoPunkty ładowania w domuzaprojektowane z myślą o funkcjonalności inteligentnej sieci stają się coraz bardziej popularne — mogą współpracować z przedsiębiorstwami użyteczności publicznej w celu dostosowania prędkości ładowania do potrzeb sieci, często umożliwiając tańsze ładowanie poza godzinami szczytu, przy jednoczesnym utrzymaniu dobrego stanu baterii.

Czynniki zewnętrzne również odgrywają dużą rolę w tym, jak szybkie stacje ładowania dostosowują swoją prędkość, a jednym z najbardziej niedocenianych jest temperatura. Baterie są wybredne: nie ładują się dobrze, gdy są zbyt zimne lub zbyt gorące. W ujemnych temperaturach jony litu poruszają się znacznie wolniej, więc nawet jeśli Twój BMS jest gotowy na przyjęcie dużej mocy, reakcja chemiczna nie nadąża. W rezultacie BMS ograniczy prędkość ładowania, aby zapobiec uszkodzeniom. Dlatego w środku mroźnego zimowego dnia możesz zauważyć, że szybka ładowarka dostarcza tylko połowę swojej zwykłej mocy przez pierwsze 10 minut ładowania. I odwrotnie, jeśli akumulator jest zbyt gorący – na przykład po 30 minutach jazdy autostradą w temperaturze 30 stopni – przepływ jonów może stać się niestabilny, więc BMS będzie wolniej ładował, aż akumulator ostygnie. Niektóre zaawansowane szybkie ładowarki mają również zintegrowane wstępne kondycjonowanie akumulatora, które podgrzewa lub chłodzi akumulator przed rozpoczęciem ładowania przy użyciu energii z sieci. Jeśli podjedziesz do publicznej ładowarki z zimnym akumulatorem, ładowarka może opóźnić szczytową moc o kilka minut, aby doprowadzić akumulator do optymalnej temperatury (około 20–25°C) przed zwiększeniem prędkości, oszczędzając w dłuższej perspektywie czas.

Zapotrzebowanie sieci to kolejny kluczowy czynnik zewnętrzny, szczególnie w przypadku publicznych stacji szybkiego ładowania. Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej często pobierają więcej opłat za energię elektryczną w godzinach szczytu (zazwyczaj w południe i wczesny wieczór), a aby uniknąć przeciążenia sieci, wielu operatorów stacji ładowania instaluje ładowarki, które mogą regulować moc wyjściową w zależności od przepustowości sieci. Na przykład, jeśli sieć lokalna może obsłużyć tylko 1 MW mocy dla grupy ładowarek, a istnieje 10 stacji DCFC każda o mocy 150 kW, system zarządzania siecią będzie przydzielał moc dynamicznie. Jeśli ładowany jest tylko jeden samochód, może on uzyskać pełne 150 kW. Jeśli jednocześnie podłączysz dwa samochody, system rozdzieli dostępną moc – powiedzmy po 100 kW każdy – tak aby żaden z nich nie był głodny, a sieć nie była przeciążona. Jest to główny powód, dla którego nowoczesne ładowarki publiczne są inteligentniejsze niż starsze modele; mogą komunikować się nie tylko z samochodem, ale z lokalną siecią, aby dostosować prędkość w czasie rzeczywistym, zapewniając efektywne ładowanie dla wszystkich. Jako dostawcaPubliczna stacja szybkiego ładowania DCrozwiązań, projektujemy nasze jednostki z wbudowanymi modułami zarządzania siecią, które sprawiają, że dynamiczna regulacja jest płynna, więc operatorzy nie muszą się martwić, że ograniczenia sieciowe spowodują zmniejszenie prędkości ładowania ich klientów.

Ważne jest również obalenie powszechnego mitu: ładowarka o większej mocy nie zawsze jest szybsza. Ładowarka o mocy 350 kW jest tak szybka, jak akumulator może przyjąć moc. Jeśli BMS Twojego pojazdu elektrycznego może obsłużyć tylko 100 kW przy danym stanie naładowania, podłączenie do ładowarki o mocy 350 kW zapewni maksymalnie 100 kW, niezależnie od mocy ładowarki. Właśnie dlatego nowsze pojazdy elektryczne z większymi, bardziej zaawansowanymi akumulatorami są projektowane tak, aby obsługiwać wyższy poziom mocy, dzięki czemu mogą korzystać z najszybszych ładowarek na rynku. Na przykład Tesla Model 3 z akumulatorem 75 kWh może pobierać do 250 kW, podczas gdy starszy Nissan Leaf z akumulatorem 40 kWh osiąga maksymalnie około 50 kW. Kiedy więc Leaf podłączy się do ładowarki o mocy 350 kW, przez większą część ładowania będzie ładował się z mocą 50 kW, aż osiągnie górny limit SOC, a następnie zwolni jeszcze bardziej. Ta rozbieżność jest zamierzona i chodzi przede wszystkim o trwałość i bezpieczeństwo baterii.

Co to oznacza dla Ciebie jako kierowcy pojazdów elektrycznych lub firmy chcącej zainstalować infrastrukturę do ładowania? Dla kierowców zrozumienie, w jaki sposób dostosowuje się prędkość ładowania, może zmniejszyć stres podczas długich podróży. Jeśli dotrzesz do ładowarki, która działa wolniej niż w reklamie, prawie nigdy nie jest to wadliwa ładowarka — jest to system BMS chroniący baterię, samoczynne chłodzenie ładowarki lub czynnik taki jak temperatura podczas gry. Dla firm wybór odpowiednich stacji ładowania oznacza współpracę z dostawcami, którzy budują ładowarki, które mogą skutecznie komunikować się ze wszystkimi nowoczesnymi systemami EV BMS, obsługiwać wymagania sieci zewnętrznej i dostosowywać się do warunków rzeczywistych.

Jeśli jesteś gotowy zainwestować w infrastrukturę szybkiego ładowania dla swojej firmy, nieruchomości lub floty, jesteśmy tu, aby Ci pomóc. Nasza linia stacji szybkiego ładowania samochodów elektrycznych została zaprojektowana z wykorzystaniem najnowocześniejszych protokołów komunikacyjnych, inteligentnej regulacji mocy i wbudowanych funkcji bezpieczeństwa, aby zapewnić niezawodne ładowanie każdego pojazdu elektrycznego za każdym razem. Niezależnie od tego, czy szukasz publicznych szybkich ładowarek prądu stałego, rozwiązań do ładowania w domu, takich jak nasza ładowarka domowa o mocy 50 kW, czy też potrzebujesz wskazówek dotyczących wyboru odpowiedniej konfiguracji do Twoich potrzeb, nasz zespół może przeprowadzić Cię przez każdy etap procesu. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak nasze rozwiązania w zakresie ładowania mogą zaspokoić Twoje potrzeby i zapewnić Twoim klientom lub kierowcom ładowanie w drodze.

Referencje

1. Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL). (2022). Wydajność szybkiego ładowania DC i bezpieczeństwo baterii. Departament Energii USA.
2. Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA). (2023). Infrastruktura szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych: technologia, wdrożenie i polityka.
3. Towarzystwo Inżynierów Motoryzacyjnych (SAE). (2021). Norma dotycząca systemu ładowania przewodzącego pojazdów elektrycznych (SAE J1772/CCS).
4. Uniwersytet Baterii. (2022). Podstawy ładowania akumulatorów litowo-jonowych. Firma Cadex Electronics Inc.
5. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC). (2020). Wymagania bezpieczeństwa stacji szybkiego ładowania DC (IEC 61851-23).