Elektrofahrzeug an

Während sich die Welt darauf vorbereitet, eine EV-Revolution auszulösen, ist es immer noch wahr, dass die Anpassungsrate langsam ist. Elektrofahrzeuge scheinen trotz ihres umweltfreundlicheren, reibungsloseren und billigeren Transportmittels noch nicht praktikabel zu sein. Der Grund sind zwei Wörter, Kosten und Ökosystem. Gegenwärtig sind die Preise für Elektrofahrzeuge im Wesentlichen so hoch wie für Benzinfahrzeuge, was sie für Käufer zu einer weniger bedeutenden Wahl macht. Die Weiterentwicklung der Batterietechnologie und staatliche Maßnahmen dürften die Kosten für Elektrofahrzeuge in Zukunft senken.

Der zweite Teil wäre, dass es für die Käufer kein geeignetes Ökosystem gibt, um ein Elektrofahrzeug ohne großen Aufwand zu nutzen. Mit „Ökosystem“ beziehe ich mich auf die Ladestationen, an denen Ihr Elektrofahrzeug aufgeladen wird, wenn Ihnen der Batteriesaft ausgeht. Stellen Sie sich vor, Sie verwenden ein Benzinfahrzeug, wenn Sie in Ihrer Stadt keine Tankstellen haben und nur zu Hause nachfüllen können. Außerdem benötigen Sie mindestens 6-8 Stunden, um einen typischen Elektrofahrzeug aufzuladen. Viele Unternehmen wie Tesla, EVgo, Ladestation usw. haben dieses Problem bereits durch die Einrichtung von Ladestationen im ganzen Land erkannt. Mit Ländern wie den Niederlanden, die versprochen haben, den Benzinmotor bis 2035 aufzugeben, ist es sicher, dass die Straßen der Zukunft durch Elektrofahrzeuge über Verbrennungsmotoren ersetzt werden und viele EV-Ladestationen um uns herum auftauchen würden.

Aber wie funktioniert eine EV-Ladestation ? Kann eine einzige Ladestation alle Arten von Elektrofahrzeugen aufladen? Welche Arten von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge gibt es ? Welche Protokolle werden für EV-Ladegeräte befolgt? In diesem Artikel werden wir die Antwort auf all diese Fragen diskutieren und auch verstehen, was eine Ladestation für Elektrofahrzeuge und die dahinter stehenden Subsysteme ausmacht. Bevor Sie fortfahren, sollten Sie sich über die im Elektrofahrzeug verwendeten Batterien und die Funktionsweise des Batteriemanagementsystems im Elektrofahrzeug informieren.

Ausrüstung für die Versorgung von Elektrofahrzeugen (EVSE)

Die Geräte, die eine Ladestation für Elektrofahrzeuge bilden, werden zusammen als EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) bezeichnet. Der Begriff ist populärer und bezieht sich nur auf die Ladestationen. Einige Leute bezeichnen es auch als ECS, was für elektrische Ladestation steht.

Ein EVSE wurde entwickelt und konstruiert, um einen Akku mithilfe des Netzes für die Stromversorgung aufzuladen. Diese Akkus können in einem Elektrofahrzeug (EV) oder in einem Plug-in-Elektrofahrzeug (PEV) vorhanden sein. Die Leistung, der Anschluss und das Protokoll für diese EVSE variieren je nach Design, das in diesem Artikel behandelt wird.

Bordladegeräte und Ladestationen

Bevor wir Ladestationen betreten, ist es wichtig zu verstehen, was sich im Elektrofahrzeug befindet und an welchen Teil das Ladegerät angeschlossen wird. Die meisten Elektrofahrzeuge sind heute mit einem On-Board-Ladegerät (OBC) ausgestattet, und der Hersteller stellt zusammen mit dem Fahrzeug auch ein Ladegerät zur Verfügung. Diese Ladegeräte können zusammen mit dem Bordladegerät vom Kunden verwendet werden, um seinen Elektrofahrzeug an seiner Haussteckdose aufzuladen, sobald er ihn nach Hause bringt. Diese Ladegeräte sind jedoch sehr einfach und verfügen über keine erweiterten Funktionen. Daher würde das Aufladen eines typischen Elektrofahrzeugs normalerweise etwa 8 Stunden dauern.

Arten von EV-Ladestationen (EVSE)

Ladestationen können grob in zwei Typen eingeteilt werden: AC-Ladestation und DC-Ladestation.

Wie der Name schon sagt, liefert eine Wechselstrom-Ladestation Wechselstrom aus dem Netz an den Elektrofahrzeug, der dann mit dem Bordladegerät zum Laden des Fahrzeugs in Gleichstrom umgewandelt wird. Diese Ladegeräte werden auch als Ladegeräte der Stufen 1 und 2 bezeichnet und werden in Wohn- und Geschäftsräumen eingesetzt. Der Vorteil einer Wechselstrom-Ladestation besteht darin, dass das integrierte Ladegerät die Spannung und den Strom reguliert, die für das Elektrofahrzeug erforderlich sind. Daher muss die Ladestation nicht unbedingt mit dem Elektrofahrzeug kommunizieren. Der Nachteilist seine niedrige Ausgangsleistung, die die Ladezeit verlängert. Ein typisches AC-Ladesystem ist im folgenden Bild dargestellt. Wie wir sehen können, wird der Wechselstrom vom Netz über EVSE direkt an OBC geliefert. Der OBC wandelt ihn dann in Gleichstrom um und lädt die Batterie über das BMS auf. Das Pilotkabel wird verwendet, um den Typ des an den EV angeschlossenen Ladegeräts zu erfassen und den erforderlichen Eingangsstrom für den OBC einzustellen. Wir werden später mehr darüber diskutieren.

Eine DC-Ladestation bezieht Wechselstrom aus dem Netz, wandelt ihn in Gleichspannung um und lädt den Akku direkt unter Umgehung des On-Board-Ladegeräts (OBS) auf. Diese Ladegeräte geben normalerweise eine Hochspannung von bis zu 600 V und einen Strom von bis zu 400 A aus, wodurch der EV in weniger als 30 Minuten aufgeladen werden kann, verglichen mit 8 bis 16 Stunden mit einem Wechselstrom-Ladegerät. Diese werden auch als Ladegeräte der Stufe 3 bezeichnet und sind allgemein als DC-Schnellladegeräte (DCFC) oder Super-Ladegeräte bekannt. Der Vorteil dieses Ladetyps ist seine schnelle Ladezeit, während der Nachteil seine komplexe Technik istwo es mit EV kommunizieren muss, um es effizient und sicher aufzuladen. Ein typisches DC-Ladesystem ist unten dargestellt, da Sie sehen können, dass der EVSE DC direkt an den Akku liefert, wobei der OBS umgangen wird. Das EVSE ist in Stapeln angeordnet, um einen hohen Strom bereitzustellen. Ein einzelner Stapel kann aufgrund von Einschränkungen des Netzschalters keinen hohen Strom liefern.

Normalerweise sind die Ladegeräte der Stufe 1 für den privaten Gebrauch gedacht. Dies sind die Ladegeräte, die von den Herstellern zusammen mit dem Elektrofahrzeug bereitgestellt werden und zum Laden des Elektrofahrzeugs über Standard-Haussteckdosen verwendet werden können. So arbeiten sie an Einphasen - Wechselstromversorgung und ausgeben kann an beliebiger Stelle zwischen 12A bis 16A und dauert etwa 17 Stunden ein EV von 24kWh aufzuladen. Ein Ladegerät der Stufe 1 spielt in Ladestationen keine große Rolle.

Das Ladegerät der Stufe 2 wird als Update für das Ladegerät der Stufe 1 bereitgestellt. Es kann entweder auf besonderen Wunsch im Haus installiert werden, sofern das Haus über eine Split-Phase-Stromversorgung verfügt, oder es kann auch in öffentlichen / gewerblichen Ladestationen verwendet werden. Diese Ladegeräte können aufgrund ihrer hohen Eingangsspannung einen Ausgangsstrom von bis zu 80 A liefern und einen Elektrofahrzeug in 8 Stunden aufladen. Das Ladegerät der Stufe 3 oder Super-Ladegeräte sind nur für öffentliche Ladestationen gedacht. Sie benötigen eine mehrphasige Wechselstromversorgung aus dem Netz und verbrauchen mehr als 240 kW, fast zehnmal mehr als eine typische Klimaanlage in unserem Haus. Daher benötigen diese Ladegeräte für den Betrieb eine spezielle Genehmigung des Stromnetzes.

Die Ladegeräte der Stufen 2 und 3 gelten als effizienter als die Ladegeräte der Stufe 1, da die AC / DC- und DC / DC-Wandlung im EVSE selbst stattfindet. Aufgrund der enormen Größe und Komplexität von Ladegeräten der Stufen 2 und 3 können sie nicht in ein Elektrofahrzeug eingebaut werden, da dies das Gewicht erhöhen und die Effizienz des Elektrofahrzeugs verringern würde.

Ladestationstyp	Ladezustand	Wechselspannung und -strom	Ladegerät Leistung	Zeit zum Aufladen eines 24-kWh-Akkus
AC-Ladestation	Stufe 1 - Wohnen	Einphasig - 120 / 230V und ~ 12 bis 16A	~ 1,44 kW bis ~ 1,92 kW	~ 17 Stunden
AC-Ladestation	Level 2 - Kommerziell	Geteilte Phase - 208 / 240V und ~ 15 bis 80A	~ 3,1 kW bis ~ 19,2 kW	~ 8 Stunden
DC-Ladestation	Stufe 3 - Kompressor	Einphasig - 300 / 600V und ~ 400A	~ 120 kW bis ~ 240 kW	~ 30 Minuten

Arten von EV-Ladeanschlüssen

So wie die Europäer mit 220 V, 50 Hz und die Amerikaner mit 110 V, 60 Hz arbeiten, haben auch die Elektrofahrzeuge je nach Land, in dem sie hergestellt werden, unterschiedliche Arten von Ladeanschlüssen. Dies hat zu Verwirrung unter den ESVE-Herstellern geführt, da sie nicht für alle Elektrofahrzeuge einfach universell gemacht werden können. Die Hauptklassifizierungen von Steckverbindern für AC-Ladegeräte und DC-Ladegeräte sind unten angegeben.

AC-Ladebuchsen für Elektrofahrzeuge:

Unter den drei am häufigsten verwendeten Wechselstrom-Ladebuchsen ist die in Nordamerika beliebte Steckdose JSAE1772. Wie Sie sehen können, hat der Stecker / Stecker mehrere Anschlüsse. Die drei breiten Stifte stehen für Phase, Neutral und Masse, während die beiden kleinen Stifte für die Kommunikation zwischen dem Ladegerät und dem EV (Pilot Interface) verwendet werden. Wir werden später mehr darüber diskutieren. Der Mennekes oder VDE-AR-E wird in Europa für ein dreiphasiges Wechselstromladesystem verwendet und kann daher eine hohe Leistung von bis zu 44 kW abgeben. Der Le-Grand ist auch eine ähnliche Steckdose mit Sicherheitsverschluss, um zu verhindern, dass Schmutz in die Ladebuchse gelangt. Gemäß den technischen Standards wird empfohlen, nur die Steckdosen HSAE 1772 und VDE-AR-E in allen zukünftigen Wechselstromladegeräten zu verwenden.

DC-Ladebuchsen für Elektrofahrzeuge:

Auf der Seite des DC-Ladegeräts haben wir die CHAdeMO-Ladebuchse, die die beliebteste Art von Buchse ist. Es wurde von Japan eingeführt und bald von Frankreich und Korea angepasst. Heutzutage haben die meisten Elektrofahrzeuge wie der Nissan Leaf, der Kia usw. diese Art von Steckdosen. Die Buchse verfügt über zwei breite Pins für die DC-Stromschienen und Kommunikationspins für das CAN-Protokoll. Wie wir wissen, verwenden DC-Ladegeräte der Stufe 3 das integrierte Ladegerät nicht und müssen daher die erforderliche Spannung und den erforderlichen Strom für den Akku des Elektrofahrzeugs selbst bereitstellen. Dies erfolgt durch Herstellen einer Kommunikationsverbindung (Pilotverbindung) über das CAN-Protokoll (Control Area Network) mit dem BMS des Akkus. Das BMS weist das Ladegerät dann an, den Ladevorgang zu starten, überwacht ihn und fordert das Ladegerät auf, den Ladevorgang zu beenden.

Die Tesla-Fahrzeuge haben ihre eigenen Ladegeräte, die als Super-Ladegeräte bezeichnet werden, und daher ihre eigenen Steckverbindertypen, wie oben gezeigt. Sie verkaufen jedoch einen Adapter, der ihren Port so umwandeln kann, dass er mit CHAdeMO- oder CSS-Ladegeräten aufgeladen wird. Das CDD-Ladegerät ist eine weitere beliebte Ladebuchse, die sowohl AC- als auch DC-Ladegeräte kombiniert. Wie Sie auf dem Bild sehen können, ist das Ladegerät in zwei Segmente unterteilt, um sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom zu unterstützen. Es kann CAN- und Powerline-Kommunikation (SPS) unterstützen und ist in europäischen Autos wie Audi, BMW, Ford, GM, Porsche usw. weit verbreitet. Es kann bis zu 400 kW Gleichstrom und 43 kW Wechselstrom unterstützen.

EVSE AC-Ladestation - Ladegeräte der Stufen 1 und 2

Die Ladestation der Stufen 1 und 2 muss lediglich das Bordladegerät in einem Elektrofahrzeug mit Wechselstrom versorgen, der sich dann um den Ladevorgang kümmert. Dies könnte auf den ersten Blick aussehen. Sie tragen jedoch die Verantwortung dafür, die richtige Menge an Strom aus dem Netz nachzuweisen, wie dies vom EV-Batteriepack gefordert wird, indem sie über das Pilotkabel mit ihm kommunizieren. Die im TI-Schulungsdokument dargestellten Subsysteme einer typischen Wechselstrom-Ladestation sind nachstehend aufgeführt.

Die Ladegeräte der Stufe 1 haben aufgrund der Einschränkungen der Haushaltssteckdosen einen maximalen Ausgangsstrom von 16 A, während die Ladegeräte der Stufe 2 bei Betrieb in Dreiphasenversorgung bis zu 80 A liefern können. Sowohl die AC-Ladegeräte der Stufen 1 als auch 2 verwenden normalerweise die Standardstecker SAEJ1772.

Wie Sie sehen können, ist die Wechselstromleitung (L1 und L2) über ein Relais mit dem J1772-Anschluss verbunden. Dieses Relais wird geschlossen, um den Ladevorgang zu starten, und nach Abschluss des Ladevorgangs geöffnet. Die Pilotsignal-Kommunikation wird verwendet, um den Batteriestatus zu erkennen, und das Host-Verarbeitungssystem entscheidet, wie viel Strom an das Bordladegerät geliefert werden soll. Wir werden diskutieren