1. Introdução à pilha de carregamento CC
Nos últimos anos, o rápido crescimento dos veículos elétricos (VEs) impulsionou a demanda por soluções de carregamento mais eficientes e inteligentes. Os carregadores de corrente contínua (CC), conhecidos por sua capacidade de carregamento rápido, estão na vanguarda dessa transformação. Com os avanços tecnológicos, os carregadores de CC eficientes agora são projetados para otimizar o tempo de carregamento, melhorar o aproveitamento de energia e oferecer integração perfeita com redes inteligentes.
Com o aumento contínuo do volume de mercado, a implementação de carregadores de bordo bidirecionais (OBC) não só ajuda a aliviar as preocupações dos consumidores com a autonomia e a ansiedade em relação ao carregamento, possibilitando o carregamento rápido, como também permite que os veículos elétricos funcionem como estações de armazenamento de energia distribuída. Esses veículos podem devolver energia à rede, auxiliando no nivelamento dos picos de demanda e no preenchimento dos vales. O carregamento eficiente de veículos elétricos por meio de carregadores rápidos de corrente contínua (DCFC) é uma tendência importante na promoção da transição para energias renováveis. As estações de carregamento ultrarrápido integram diversos componentes, como fontes de alimentação auxiliares, sensores, gerenciamento de energia e dispositivos de comunicação. Ao mesmo tempo, métodos de fabricação flexíveis são necessários para atender às demandas de carregamento em constante evolução de diferentes veículos elétricos, o que adiciona complexidade ao projeto de DCFC e estações de carregamento ultrarrápido.
A diferença entre o carregamento CA e o carregamento CC é a seguinte: no carregamento CA (lado esquerdo da Figura 2), o OBC é conectado a uma tomada CA padrão, e o OBC converte a corrente CA na corrente CC apropriada para carregar a bateria. No carregamento CC (lado direito da Figura 2), o terminal de carregamento carrega a bateria diretamente.
2. Composição do sistema de pilhas de carregamento CC
(1) Componentes completos da máquina
(2) Componentes do sistema
(3) Diagrama de blocos funcionais
(4) Subsistema de pilha de carregamento
Os carregadores rápidos de corrente contínua (CC) de nível 3 (L3) contornam o carregador de bordo (OBC) de um veículo elétrico, carregando a bateria diretamente através do Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS) do VE. Essa operação direta resulta em um aumento significativo na velocidade de carregamento, com potência de saída variando de 50 kW a 350 kW. A tensão de saída normalmente varia entre 400 V e 800 V, sendo que os VEs mais recentes tendem a utilizar sistemas de bateria de 800 V. Como os carregadores rápidos de CC L3 convertem a tensão de entrada CA trifásica em CC, eles utilizam um circuito de correção do fator de potência (PFC) CA-CC na entrada, que inclui um conversor CC-CC isolado. Essa saída do PFC é então conectada à bateria do veículo. Para atingir uma potência de saída maior, vários módulos de potência são frequentemente conectados em paralelo. O principal benefício dos carregadores rápidos de CC L3 é a considerável redução no tempo de carregamento de veículos elétricos.
O núcleo da pilha de carregamento é um conversor CA-CC básico. Ele consiste em um estágio PFC, um barramento CC e um módulo CC-CC.
Diagrama de blocos do estágio PFC
Diagrama de blocos funcionais do módulo DC-DC
3. Esquema de cenário de pilha de carregamento
(1) Sistema de carregamento de armazenamento óptico
Com o aumento da potência de carregamento dos veículos elétricos, a capacidade de distribuição de energia nas estações de carregamento frequentemente enfrenta dificuldades para atender à demanda. Para solucionar esse problema, surgiu um sistema de carregamento baseado em armazenamento que utiliza um barramento CC. Esse sistema usa baterias de lítio como unidade de armazenamento de energia e emprega um Sistema de Gerenciamento de Energia (EMS) local e remoto para equilibrar e otimizar a oferta e a demanda de eletricidade entre a rede elétrica, as baterias de armazenamento e os veículos elétricos. Além disso, o sistema pode ser facilmente integrado a sistemas fotovoltaicos (FV), proporcionando vantagens significativas na tarifação da eletricidade em horários de pico e fora de pico e na expansão da capacidade da rede, melhorando assim a eficiência energética geral.
(2) Sistema de carregamento V2G
A tecnologia Vehicle-to-Grid (V2G) utiliza baterias de veículos elétricos para armazenar energia, auxiliando a rede elétrica ao permitir a interação entre os veículos e a rede. Isso reduz a sobrecarga causada pela integração de fontes de energia renováveis em larga escala e pela ampla utilização de pontos de recarga para veículos elétricos, aumentando, em última análise, a estabilidade da rede. Além disso, em áreas como bairros residenciais e complexos de escritórios, diversos veículos elétricos podem se beneficiar de tarifas diferenciadas para horários de pico e fora de pico, gerenciar aumentos dinâmicos de carga, responder à demanda da rede e fornecer energia de reserva, tudo isso por meio de um sistema centralizado de gerenciamento de energia (EMS). Para residências, a tecnologia Vehicle-to-Home (V2H) pode transformar as baterias de veículos elétricos em uma solução de armazenamento de energia doméstica.
(3) Sistema de carregamento ordenado
O sistema de carregamento programado utiliza principalmente estações de carregamento rápido de alta potência, ideais para necessidades de carregamento concentrado, como transporte público, táxis e frotas logísticas. Os horários de carregamento podem ser personalizados de acordo com o tipo de veículo, com o carregamento ocorrendo durante os horários de menor consumo de energia elétrica para reduzir custos. Além disso, um sistema de gerenciamento inteligente pode ser implementado para otimizar a gestão centralizada da frota.
4. Tendência de desenvolvimento futuro
(1) Desenvolvimento coordenado de cenários diversificados complementados por estações de carregamento centralizadas e distribuídas a partir de estações de carregamento centralizadas únicas
Estações de carregamento distribuídas estrategicamente em locais de destino serão um valioso complemento à rede de carregamento aprimorada. Ao contrário das estações centralizadas, onde os usuários procuram ativamente por carregadores, essas estações serão integradas a locais que as pessoas já frequentam. Os usuários poderão carregar seus veículos durante estadias prolongadas (normalmente mais de uma hora), onde o carregamento rápido não é essencial. A potência de carregamento dessas estações, geralmente variando de 20 a 30 kW, é suficiente para veículos de passeio, fornecendo um nível razoável de energia para atender às necessidades básicas.
(2) Desenvolvimento do mercado de grande participação de 20 kW para o mercado de configurações diversificadas de 20/30/40/60 kW
Com a transição para veículos elétricos de alta voltagem, há uma necessidade urgente de aumentar a tensão máxima de carregamento dos pontos de recarga para 1000V, a fim de acomodar o uso generalizado futuro de modelos de alta voltagem. Essa mudança apoia as atualizações necessárias na infraestrutura das estações de recarga. O padrão de tensão de saída de 1000V obteve ampla aceitação na indústria de módulos de carregamento, e os principais fabricantes estão introduzindo progressivamente módulos de carregamento de alta voltagem de 1000V para atender a essa demanda.
Há mais de 8 anos, a Linkpower dedica-se à pesquisa e desenvolvimento, incluindo software, hardware e design, de estações de carregamento AC/DC para veículos elétricos. Obtivemos as certificações ETL, FCC, CE, UKCA, CB, TR25 e RCM. Utilizando o software OCPP 1.6, concluímos testes com mais de 100 fornecedores da plataforma OCPP. Atualizamos o OCPP 1.6J para a versão 2.0.1 e a solução comercial EVSE foi equipada com o módulo IEC/ISO 15118, um passo importante para a implementação do carregamento bidirecional V2G.
No futuro, produtos de alta tecnologia, como estações de carregamento para veículos elétricos, sistemas fotovoltaicos solares e sistemas de armazenamento de energia em baterias de lítio (BESS), serão desenvolvidos para fornecer um nível mais elevado de soluções integradas para clientes em todo o mundo.
Data da publicação: 17 de outubro de 2024