Comment réduire la perte de puissance de la borne de recharge EV?
À l'ère du développement rapide des véhicules à énergie nouvelle, Stations de recharge pour VE, en tant que centres d'approvisionnement en énergie pour les véhicules électriques, leur efficacité opérationnelle et leur contrôle des coûts sont d'une importance cruciale. Cependant, de nombreux opérateurs et investisseurs de bornes de recharge pour véhicules électriques ont rencontré un problème déroutant dans le fonctionnement réel : il existe une différence significative entre l'électricité enregistrée par le compteur de réseau et l'électricité mesurée et réglée pour recharger les véhicules, dépassant parfois 10 %, et cette proportion varie d'un mois à l'autre. Cela affecte non seulement les avantages économiques de la borne de recharge pour véhicules électriques, mais met également les opérateurs dans un dilemme sur la façon de réduire spécifiquement les pertes. Cet article effectuera une analyse approfondie des pertes de puissance à chaque étape de Station de recharge EV et proposer des stratégies globales efficaces de réduction des pertes pour aider les bornes de recharge de VE à réduire les coûts et à améliorer l'efficacité.
La principale perte de puissance dans les bornes de recharge de VE se produit lors de la conversion de l'alimentation CA du réseau en alimentation CC pour les batteries de véhicules. Ce processus implique plusieurs appareils et étapes, y compris des transformateurs, des câbles haute et basse tension, des commutateurs haute et basse tension, des piles de charge et des SVG (générateurs Var statiques). Ces appareils génèrent tous des pertes de puissance pendant le fonctionnement, et le montant de la perte varie en fonction du type d'appareil et de l'état de fonctionnement.
En fonctionnement réel, le point de comptage pour le règlement de l'électricité avec le réseau est situé dans la salle des appareillages haute tension, tandis que le point de comptage pour la facturation client et le règlement des frais de service se trouve du côté CC du pistolet de chargement. Cela entraîne des difficultés pour contrôler et calculer avec précision la perte d'électricité entre les deux points de comptage. Étant donné que la perte d'énergie lors de la transmission et de la conversion est inévitable, il existe un écart entre les lectures des compteurs du réseau et l'électricité réglée avec les véhicules de charge. L'incertitude de cette différence entraîne de multiples problèmes opérationnels, tels qu'une comptabilité analytique inexacte et des marges bénéficiaires comprimées.
Ce n'est qu'en identifiant les étapes et les causes spécifiques des pertes dans la station de recharge de VE que des mesures efficaces de réduction des pertes peuvent être formulées. Ce qui suit est une analyse détaillée des pertes de puissance dans les équipements et les étapes clés de la station de recharge de VE, fournissant une base solide pour les stratégies ultérieures de réduction des pertes.
La perte de transformateur est l'une des principales sources de perte de puissance dans les stations de recharge de VE, principalement divisée en perte sans charge (perte de fer) et perte de charge (perte de cuivre). La perte sans charge fait référence à la perte lorsque le transformateur fonctionne sans charge, qui est étroitement liée au matériau de base et au processus de fabrication et est indépendante de la charge. En général, les transformateurs en alliage amorphe ont des pertes sans charge inférieures à celles des transformateurs en acier au silicium ; les transformateurs immergés dans l'huile ont des pertes sans charge inférieures à celles des transformateurs de type sec. Plus le niveau d'efficacité du cœur est élevé, plus la perte sans charge est faible. Par exemple, les transformateurs SCB13 et S13 à efficacité de premier niveau ont une perte sans charge inférieure à celle des transformateurs SCB11 et S13 à efficacité de troisième niveau.
La perte de charge dépend du matériau de l'enroulement et de la taille de la charge. Les enroulements en cuivre ont des pertes inférieures à celles de l'aluminium, et une charge plus élevée augmente la perte de charge. Les transformateurs de puissances différentes ont également des pertes sans charge et en charge différentes. Plus le transformateur est grand, plus la perte sans charge est élevée et plus la perte de charge à la puissance nominale est élevée. Cependant, sous charge fixe, lors de l'utilisation de transformateurs de puissances différentes, plus le transformateur est grand, plus la perte sans charge est élevée et plus la perte de charge est faible.
Les SVG sont configurés pour répondre aux exigences d'évaluation du facteur de puissance du réseau. Leurs pertes sont proportionnelles à la capacité configurée, y compris la perte fixe et la perte variable. La perte fixe est déterminée une fois la configuration fixe, tandis que la perte variable est liée au contenu harmonique et à la demande de puissance réactive pendant le fonctionnement.
La perte de câble est principalement affectée par la résistivité, le courant, la longueur du câble et la section transversale. La résistivité est liée non seulement au type de matériau, mais aussi à des facteurs externes tels que la température, la pression et le champ magnétique. Généralement, la résistivité du métal augmente avec la température. La perte de câble est inversement proportionnelle à la section transversale et proportionnelle au carré du courant et de la longueur du câble. Par conséquent, l'augmentation de la section transversale du câble, la réduction de la longueur et la réduction du courant peuvent réduire la perte de ligne.
Dans les stations de recharge de VE, la distribution moyenne tension est généralement utilisée, avec le côté haute tension du transformateur à 10 kV et le côté basse tension à 380 V. Étant donné que le courant haute tension ne représente que 1 / 26 du courant basse tension, la perte de ligne des câbles haute tension de même longueur est bien inférieure à celle des câbles basse tension.
Les pertes de piles de charge comprennent la perte de veille et la perte opérationnelle. La perte de veille des piles CA est généralement inférieure à 10 W, et la perte opérationnelle est négligeable. Les piles CC ont une perte de veille généralement inférieure à 10 W, ce qui entraîne une perte de veille d'environ 0,24 kWh par jour. Pendant le fonctionnement, les piles CC convertissent le courant alternatif en courant continu, ce qui entraîne une perte de puissance active. Bien que les fabricants revendiquent une efficacité supérieure à 95 %, l'efficacité réelle des chargeurs rapides CC est étroitement liée à la puissance de charge et à la température ambiante. L'efficacité n'est pas optimale à pleine et à faible puissance, et elle diminue considérablement à faible puissance.
Ensuite, nous nous concentrons sur les stratégies de réduction des pertes pour les bornes de recharge pour véhicules électriques sous de multiples aspects, notamment la sélection des équipements, l'optimisation de la disposition et la gestion de la maintenance quotidienne, en proposant des solutions pratiques pour aider les opérateurs et les investisseurs à réduire les coûts et à améliorer l'efficacité.
Lors de la sélection des transformateurs, les pertes à vide et à charge doivent être prises en compte. Pour les transformateurs de 630 kVA ou moins, les transformateurs immergés dans l'huile et de type sec sont applicables, tandis que les transformateurs de 800 kVA et plus sont principalement de type sec. Les transformateurs immergés dans l'huile sont moins chers que les transformateurs secs et ont une perte à vide plus faible mais une perte de charge plus élevée. Du point de vue de la perte globale annuelle, les transformateurs immergés dans l'huile ont une perte totale plus faible. De plus, un transformateur de grande puissance a une perte totale plus faible que plusieurs plus petits. Par exemple, deux transformateurs de 800 kVA ont une perte totale plus élevée qu'un transformateur de 1600 kVA.
Les transformateurs en alliage amorphe, bien que plus chers, ont une perte à vide plus faible. En prenant un transformateur de type sec de 800 kVA dans le delta de la rivière des Perles comme exemple, le transformateur en alliage amorphe réduit la perte à vide de 0,735 kW, économise 6 438,6 kWh par an et économise environ 5 000 CNY en coûts d'électricité par an. Par conséquent, compte tenu du rendement de l'investissement et du risque opérationnel, si le coût accru du transformateur en alliage amorphe ne dépasse pas les économies d'électricité annuelles multipliées par les années opérationnelles et par 0,4, il est recommandé de donner la priorité aux transformateurs en alliage amorphe.
Le principe pour réduire la perte de câble est "haute tension pour la transmission longue distance, basse tension pour la distribution courte distance". Dans les stations de recharge de VE, les positions des appareillages haute tension et des piles de recharge sont généralement fixes. Par conséquent, le réglage du placement des transformateurs peut réduire la perte de ligne. Placer des transformateurs à proximité des piles de recharge CC, bien que cela augmente la longueur des câbles haute tension, réduit considérablement la longueur des câbles basse tension, réduisant ainsi à la fois l'investissement dans les câbles et la perte de ligne opérationnelle.
Lors de la sélection de la section transversale des câbles, le principe de conception économique doit être suivi. Étant donné que le courant traversant les câbles haute tension est beaucoup plus petit que celui traversant les câbles basse tension, la section transversale des câbles haute tension peut être sélectionnée de manière économique. Pour les câbles basse tension, en raison d'investissements et de pertes plus élevés, l'ajout d'armoires de distribution basse tension dans la station peut être envisagé. Les principaux câbles basse tension du transformateur à l'armoire de distribution sont sélectionnés de manière économique, tandis que les câbles de dérivation de l'armoire de distribution aux piles de charge sont sélectionnés en fonction de la sécurité, réduisant ainsi à la fois les investissements et les pertes.
Les modèles de piles de charge doivent correspondre au type de véhicule avec l'énergie de charge la plus élevée de la station de charge pour véhicules électriques afin d'assurer un fonctionnement dans la plage d'efficacité optimale et de réduire les pertes. Si la pile est trop grande, elle peut fonctionner à faible puissance pendant de longues périodes ; si elle est trop petite, elle peut fonctionner à la puissance nominale pendant de longues périodes, ce qui réduit l'efficacité et augmente les pertes opérationnelles.
De plus, la tension côté CA des piles de charge peut être améliorée à 690 V ou 800 V. Cela permet aux transformateurs d'utiliser des modèles courants de 10 kV / 690 V, réduisant le courant côté CA d'environ 50 % pour la même puissance de charge, réduisant la perte de ligne basse tension, réduisant la section transversale du câble et réduisant l'investissement.
Au-delà de la sélection des équipements et de l'optimisation de la disposition, l'exploitation et la maintenance quotidiennes sont essentielles pour réduire la perte de puissance.
Entretien de l'équipement : inspectez régulièrement les chargeurs, les transformateurs et les câbles pour vous assurer d'un bon fonctionnement. Faites attention aux connexions des câbles pour le relâchement ou la corrosion et remplacez rapidement les composants endommagés pour réduire les pertes causées par un mauvais contact.
Contrôle de l'environnement : Assurez un refroidissement adéquat de l'équipement de charge pour éviter une réduction de l'efficacité due à une surchauffe ou un surrefroidissement. Ajustez le temps de fonctionnement à des températures extrêmes pour réduire le fonctionnement dans des conditions défavorables.
Gestion de la charge : optimisez le processus de charge pour éviter les phases de charge prolongées à faible efficacité, telles que la réduction du temps de charge inutile. Planifiez correctement la charge du véhicule pour maintenir les chargeurs dans la plage de haute efficacité.
Éducation des utilisateurs : informez les propriétaires de VE sur la perte de puissance normale et les facteurs d'influence, en réduisant les malentendus et en aidant les utilisateurs à coopérer avec les opérations de la station.
La perte de puissance est inévitable en charge, mais devrait se situer dans une plage raisonnable. Les pertes du chargeur rapide CC sont généralement de 5 à 10 %, tandis que les pertes du chargeur AC sont légèrement inférieures, généralement de 3 à 8 %. Cela signifie que si 10 kWh pénètrent dans un chargeur, la batterie reçoit environ 9 à 9,7 kWh.
La perte de puissance est influencée par l'efficacité de la conversion de l'équipement, la qualité du câble et de la connexion, les conditions environnementales et l'état de la batterie. Les modules à haut rendement peuvent atteindre 97 % de conversion, ce qui signifie que 97 kWh sur 100 kWh d'entrée atteignent la batterie. Les câbles et connecteurs de haute qualité avec une résistance plus faible réduisent la perte thermique. Les facteurs environnementaux tels que la température et l'humidité affectent l'efficacité ; les températures extrêmes peuvent réduire l'efficacité du chargeur et augmenter l'impédance de la batterie, entraînant une perte d'énergie supplémentaire. Les conditions de la batterie, la résistance interne et les courbes de charge affectent également la conversion d'énergie finale, en particulier pendant la charge au compte-gouttes lorsque l'efficacité est plus faible et la proportion de perte
La perte de puissance est un facteur clé affectant la rentabilité des bornes de recharge pour véhicules électriques. En analysant les pertes à chaque étape et en mettant en œuvre des stratégies de réduction ciblées, la perte de puissance peut être efficacement réduite, améliorant les avantages économiques. Les opérateurs devraient envisager la sélection des équipements, l'optimisation de la disposition et l'entretien quotidien pour réduire les coûts et améliorer l'efficacité. Éduquer les utilisateurs sur la perte de puissance et ses facteurs contribue également à un fonctionnement stable à long terme. Ce n'est qu'ainsi que les bornes de recharge pour véhicules électriques pourront mieux servir les propriétaires de véhicules électriques et parvenir à un développement durable dans un contexte de croissance rapide des véhicules à énergie nouvelle.
