Com a crescente popularidade dos novos veículos de energia, Estações de carregamento de veículos elétricos (EV), como uma importante instalação suplementar, entraram gradualmente na vida diária das pessoas. As estações de carregamento não apenas fornecem serviços de carregamento convenientes para VEs, mas também, em certa medida, promovem o desenvolvimento de novos veículos de energia. Então, como exatamente funciona uma estação de carregamento? Que tipos e recursos ela possui? Este artigo fornecerá uma explicação detalhada dos princípios e conhecimentos relacionados às estações de carregamento de EV.
A composição do sistema de uma estação de carregamento de VE é relativamente complexa, incluindo principalmente as seguintes partes.
A seção de distribuição de energia de entrada é o elo principal que conecta a estação de carregamento à rede elétrica. Inclui principalmente disjuntores de proteção, dispositivos de proteção contra surtos e um medidor de energia de entrada. A função dos disjuntores e dispositivos de proteção contra surtos é principalmente para garantir a operação segura da estação de carregamento. Quando a rede elétrica sofre um pico de tensão ou um raio, o dispositivo de proteção contra surtos pode descarregar a tensão excessiva para o solo, evitando danos aos componentes eletrônicos internos da estação de carregamento. O disjuntor de proteção pode cortar rapidamente a fonte de alimentação quando o circuito experimenta um curto-circuito ou outras condições anormais, evitando acidentes. O medidor de energia de entrada é usado principalmente para medir o consumo de eletricidade da estação de carregamento para obter um faturamento preciso. Ele coleta dados de uso e os envia para o sistema de gerenciamento de back-end para contabilidade de custos e liquidação de taxas do usuário.
O circuito de controle é o cérebro da estação de carregamento, responsável por coordenar a operação dos componentes internos do hardware. Por meio do circuito de controle, a estação de carregamento pode obter um controle preciso do processo de carregamento, incluindo a regulação da corrente e tensão de carregamento, bem como monitorar o status de carregamento. Com base na condição real da bateria EV, como tensão e temperatura da bateria, o circuito de controle ajusta automaticamente a estratégia de carregamento para garantir um carregamento seguro e eficiente.
Esta é a principal plataforma para interação do usuário com a estação de carregamento. Geralmente é equipado com uma tela LCD que exibe claramente os dados de carregamento, como volume de carregamento, tempo de carregamento e taxas. Os usuários podem operar esta interface para escolher modos de carregamento (carregamento manual, carregamento com cartão furto, etc.), definir o tempo de carregamento e assim por diante. Durante o processo de carregamento, a interface também permite aos usuários monitorar o status do carregamento em tempo real, incluindo o progresso e o tempo de carregamento restante.
O botão de parada de emergência é um dos dispositivos de proteção de segurança da estação de carregamento. Quando o equipamento apresenta mau funcionamento ou ocorre uma emergência, o usuário pode pressionar o botão de parada de emergência para cortar rapidamente a energia de entrada da estação de carregamento. Esta medida protege efetivamente o próprio equipamento, evita que a falha aumente e evita danos potenciais ao usuário ou ao ambiente circundante.
A função do leitor de cartão é semelhante aos dispositivos de passagem de cartão bancário que usamos diariamente. Os usuários podem usar um cartão de carregamento dedicado para deslizar no leitor para concluir a liquidação do pagamento, bem como iniciar e interromper o controle do dispositivo. Por meio do leitor de cartão, a estação de carregamento pode identificar as informações da conta do usuário, permitindo o gerenciamento de autorização de cobrança e cobrança.
O conector de saída, geralmente conhecido como pistola de carregamento, é o principal componente que conecta a estação de carregamento ao EV. A pistola de carregamento transmite a energia CC gerada pela estação de carregamento para a bateria do EV. Durante o carregamento, a pistola se conecta firmemente à porta de carregamento do EV para garantir a transferência de energia estável. Para garantir segurança e confiabilidade, as pistolas de carregamento são normalmente equipadas com vários dispositivos de proteção, como sensores de temperatura e unidades de detecção de isolamento.
A luz indicadora de carregamento mostra o estado atual da estação de carregamento. Geralmente, tem três estados: espera, falha e carregamento. Quando a estação está em modo de espera, a luz fica verde; se ocorrer uma falha, a luz fica vermelha para lembrar o usuário de verificar; durante o carregamento, a luz pisca ou fica amarela, permitindo ao usuário entender visualmente o estado de funcionamento da estação.
O princípio de funcionamento de uma estação de carregamento baseia-se principalmente na transmissão e conversão de energia elétrica para carregar a bateria EV. O princípio básico é: após a descarga da bateria, a corrente contínua é aplicada na direção oposta da corrente de descarga para restaurar sua capacidade. Durante o carregamento, o eletrodo positivo da bateria é conectado ao terminal positivo da fonte de alimentação e o eletrodo negativo da bateria é conectado ao terminal negativo da fonte de alimentação. A tensão de carga deve ser maior do que a força eletromotriz total da bateria.
Atualmente, existem dois métodos principais de carregamento: carregamento de corrente constante e carregamento de tensão constante.
O carregamento de corrente constante é um método de carregar a bateria em uma corrente fixa controlada. O método de controle é relativamente simples: ajustando a tensão de saída do dispositivo de carregamento ou alterando a resistência em série com a bateria, a corrente de carregamento é mantida constante. No entanto, como a capacidade da bateria de aceitar corrente diminui à medida que o carregamento avança, grande parte da corrente nos estágios posteriores é usada para eletrolisar água, produzindo gás excessivo. Portanto, o carregamento de corrente constante é geralmente combinado com o carregamento escalonado para melhorar a eficiência e a segurança.
O carregamento de tensão constante carrega a bateria com uma tensão fixa controlada. Durante todo o processo, a tensão de carga permanece constante, enquanto a corrente de carga diminui gradualmente à medida que a tensão do terminal da bateria aumenta. Comparado com o carregamento de corrente constante, o carregamento de tensão constante está mais próximo da curva de carregamento ideal, tornando-o mais eficiente. No estágio inicial, a corrente de carga é alta porque a tensão da bateria está baixa, mas conforme o carregamento continua, a corrente diminui gradualmente, exigindo apenas um sistema de controle simples.
Atualmente, as estações de carregamento mais comuns no mercado são de dois tipos: estações de carregamento CC e estações de carregamento CA, que diferem em métodos de carregamento, velocidade e cenários de instalação.
As estações de carregamento DC são dispositivos de carregamento fixos instalados em locais públicos fora dos EVs, como comunidades residenciais, estacionamentos, distritos comerciais e áreas de serviço. Eles se conectam à rede de energia pública e fornecem energia DC para a bateria EV. As estações de carregamento DC carregam diretamente a bateria EV, normalmente usando uma fonte trifásica de quatro fios ou três fios. Com ampla tensão de saída ajustável e faixas de corrente, eles alcançam um carregamento rápido e são frequentemente chamados de carregadores rápidos.
Os carregadores DC têm alta potência de saída, comumente disponíveis em 30kW, 60kW, 80kW, 120kW, 150kW, 180kW e outras especificações. Com velocidade de carregamento rápida, eles podem recarregar um EV em um curto período, tornando-os altamente práticos para viagens de longa distância ou cenários de carregamento urgente.
As estações de carregamento AC também são instalações fixas em áreas públicas fora dos EVs. Eles fornecem energia CA monofásica ou trifásica controlável para o carregador de bordo do EV. Ao contrário das estações de carregamento DC, os carregadores AC não podem carregar diretamente a bateria EV. Eles fornecem apenas saída de energia e o carregamento é concluído através do carregador de bordo dentro do EV.
Como os carregadores a bordo geralmente têm classificações de potência menores, o carregamento CA é relativamente mais lento e geralmente é chamado de carregamento lento. As classificações de potência típicas são de 3,5 kW, 7 kW e 15 kW. Os carregadores CA são adequados para carregamento noturno em casa ou em escritórios, tornando-os ideais para viagens diárias e condução na cidade.
Método de carregamento: os carregadores CC podem carregar diretamente a bateria sem depender do carregador integrado, enquanto os carregadores CA exigem o carregador integrado para completar o carregamento.
Tempo de carregamento: O carregamento DC é mais rápido, levando apenas dezenas de minutos a 2 3 horas para carregar totalmente a bateria, enquanto o carregamento AC geralmente leva cerca de 8 horas.
Depois de entender os princípios de funcionamento e os tipos de estações de carregamento, vamos examinar os princípios básicos do carregamento de EV. O carregamento de EV é baseado na transmissão e conversão de energia elétrica, que inclui carregamento DC e carregamento AC.
O carregamento DC conecta uma fonte de alimentação DC diretamente à bateria do EV, fornecendo energia diretamente para carregamento. É comumente usado em carregamento de alta potência e longa distância devido à sua velocidade. As estações de carregamento DC convertem a energia CA em DC usando retificadores ou conversores. Equipados com conectores especiais, eles se conectam à porta de carregamento do EV. Durante o carregamento, o controlador envia comandos de carregamento para garantir uma ingestão de energia estável. A energia DC é então entregue diretamente à bateria, onde o Battery Management System (BMS) monitora e gerencia o processo.
O carregamento AC conecta uma fonte de alimentação AC ao EV. O carregador integrado converte AC em DC antes de carregar a bateria. O carregamento AC é comumente usado em residências e escritórios devido à sua potência relativamente baixa. As estações de carregamento AC geralmente usam energia CA interna ou externa diretamente sem conversão. Equipados com plugues domésticos ou conectores dedicados, eles se conectam à porta de carregamento do EV. Dentro do veículo, o carregador integrado (OBC) retifica o AC em DC e o entrega à bateria, com o BMS gerenciando o processo.
Ao selecionar uma estação de carregamento, é importante considerar dois indicadores-chave: potência de carregamento e tempo de carregamento.
O poder de carregamento refere-se à taxa na qual o carregador fornece energia ao EV, geralmente medida em quilowatts (kW). Quanto maior a potência, mais rápida é a velocidade de carregamento. Os níveis comuns incluem carregamento lento (baixa potência), carregamento rápido (potência média) e carregamento ultrarrápido (alta potência).
Carregamento lento: Normalmente para carregadores domésticos, cerca de 3 7kW, adequado para carregamento noturno em casa ou escritórios.
Carregamento Rápido: Normalmente 20 "50kW, usado em zonas comerciais e shopping centers. Mais rápido que o carregamento lento e útil para carregamento de curto prazo.
Carregamento ultrarrápido: Geralmente acima de 100kW, atingindo 350kW ou mais. Adequado para viagens de longa distância, permitindo o carregamento rápido de baterias de grande capacidade.
O tempo de carregamento depende da capacidade da bateria, da potência do carregador e do estado de carga da bateria (SOC). A fórmula de cálculo é:
Tempo de carregamento (horas) = Capacidade da bateria (kWh) Potência do carregador (kW)
Por exemplo, se um EV tiver uma bateria de 50kWh e usar um carregador rápido de 50kW, o tempo de carregamento é de cerca de 1 hora. No entanto, o tempo de carregamento pode variar dependendo do SOC e das estratégias de carregamento. Geralmente, o carregamento é mais rápido nos estágios iniciais e fica mais lento quando o SOC se aproxima do máximo para proteger a vida útil da bateria.
Ao escolher uma estação de carregamento, considere os seguintes fatores para garantir que ela atenda às suas necessidades.
Para carregamento em casa ou no escritório, um carregador AC é apropriado, com menor custo de instalação e carregamento silencioso e de longa duração. Para viagens frequentes ou recargas rápidas, os carregadores DC são mais adequados graças à sua velocidade.
A energia do carregador afeta diretamente o tempo de carregamento. Maior potência reduz o tempo, mas aumenta os custos de instalação e operação. Para famílias, carregadores CA de 3,5 "7kW são geralmente suficientes. Para carregamento rápido frequente, recomenda-se 20" 50kW. Para carregamento de longa distância ou urgente, os carregadores ultrarrápidos (100kW +) são os melhores, embora menos comuns e exijam maior compatibilidade de bateria e porta.
A segurança é crítica. Certifique-se de que os carregadores tenham proteções abrangentes, como sobrecorrente, sobretensão, curto-circuito e proteção contra sobretensões. Os mancais devem ser à prova d 'água e à prova de poeira. As pistolas e cabos de carregamento devem ser fortes e confiáveis.
Diferentes marcas e modelos de EV podem exigir interfaces ou protocolos de comunicação específicos. Certifique-se de que o carregador corresponde ao seu EV. É melhor consultar o fabricante do veículo ou o fornecedor do carregador antes da compra.
Como equipamento eletrônico, os carregadores podem encontrar problemas durante o uso. Escolher um fornecedor com serviço pós-venda confiável garante reparo e substituição oportunos. Verifique os termos de garantia, tempo de resposta do serviço e disponibilidade de peças de reposição.
Em resumo, as estações de carregamento de EV não são apenas uma infraestrutura crucial que apóia o desenvolvimento de novos veículos de energia, mas também a chave para garantir conveniência e segurança para os proprietários de EV. Ao compreender a composição do sistema, princípios de funcionamento, métodos de carregamento e tipos, os usuários podem fazer escolhas informadas com base em suas necessidades e cenários. Fatores de equilíbrio como poder de carregamento, tempo, segurança, compatibilidade e serviço pós-venda garantem carregamento eficiente, seguro e econômico, promovendo ainda mais a adoção de VEs e a realização de mobilidade verde.
