Udnyt fordelene ved et modulært design til hurtigladestationer til elbiler

Førere af benzindrevne biler er i stigende grad vant til at køre ind på servicestationer og parkeringspladser og få øje på ladestationer til elbiler, som tilsyneladende dukker op næsten overalt. Men for elbilister på lange ture eller dem på korte ture, der har glemt at tanke op for nylig, kan der være langt mellem de tilgængelige ladestationer. Det er en indikator på den øgede efterspørgsel efter kommercielle og industrielle produkter, der kan opfylde behovet for praktiske opladningsmuligheder for elbiler.

Udbygning af opladningsinfrastruktur er afgørende for at opfylde regeringens mål om at udskifte fossildrevne køretøjer med elbiler. I slutningen af 2021 annoncerede Biden-administrationen i USA en strategi om at bygge 500.000 offentlige elbilopladere i hele landet inden 2030, og en rapport fra energiministeriet viste, at der er behov for 1,2 millioner til den tid. Storbritannien, Kina og EU støtter og fremmer også investeringer i offentlig opladningsinfrastruktur.

Statslige incitamenter og emissionsbegrænsninger forventes at drive salget af elbiler fra 2 millioner i 2020 til 73 millioner enheder i 2040, hvilket svarer til 61 % af det globale bilsalg og endnu højere i Japan, USA og EU. McKinsey anslår, at omkostningerne til hardware, planlægning og installation af offentlige opladere i USA (eksklusive opgraderinger af elnettet og -anlæggene) vil beløbe sig til 35 milliarder dollars frem til 2030, og yderligere 16 milliarder dollars til opladere på arbejdspladser og i flådedepoter.

Design af kommerciel opladningsløsning

Da antallet af elbiler på vejene stiger dag for dag, er det potentielle marked for opladningsløsninger enormt, da den amerikanske regering anslår, at der i begyndelsen af 2024 var installeret mindre end 200.000 offentlige opladningsporte.

Det forventes, at efterspørgslen vil stige i takt med, at forbrugernes tillid til elbiler vokser med indførelsen af HPS-teknologi (High Power Charging), som giver en rækkevidde på ca. 20 km pr. minuts opladning. Det skal sammenlignes med 3,5 km pr. minut ved opladning med 200 kW opladningsstrøm i CCS-standarden (Combined Charging System).

Der er mange designovervejelser for kommercielle og industrielle opladningsløsninger, og ikke mindst evnen til at tilpasse sig nye standarder for opladning af elbiler. Det er vigtigt, at produktdesignere skaber vindende løsninger omkring nøgleegenskaber, herunder:

• Hurtig og effektiv opladning til en række elektriske køretøjer, herunder biler, busser og lastbiler
• Energieffektivitet, der sikrer, at der bruges maksimal strøm til opladning og minimerer varmetab
• En ensartet opladningsoplevelse, selv i tilfælde af spændingsudsving
• Lang levetid og nem vedligeholdelse
• Skalerbarhed op til megawattområdet for at imødekomme driften af store opladningsparker og den forventede vækst i antallet af elbiler på vejene.
• Sikker og pålidelig drift med overspændingsbeskyttelse, strømafbrydere og beskyttelse mod overophedning

At levere hurtig, bekvem og pålidelig strøm til elbiler kræver produktdesign, der giver høj effektivitet og fleksibilitet til brug i offentlige og kommercielle/industrielle applikationer.

Modulære strømforsyninger til hurtigere opladning af elbiler

Phoenix Contact tilbyder modulære CHARX-strømforsyningsmoduler, der er designet til hurtig og effektiv opladning af elbiler. De er også velegnede til opladning af flåder og tungt udstyr, AC-mikronet, højspændings DC-net, energilagring og brintelektrolyse.

Virksomheden blev grundlagt i Tyskland i 1923 og er en global markedsleder inden for komponenter, systemer og løsninger til elektroteknik, elektronik og automatisering. De støtter visionen om det helt elektriske samfund, hvor stigende elektrificering, netværk og automatisering af sektorer går hånd i hånd med en voksende afhængighed af pålidelige strømforsyningsløsninger. Til det formål er de fokuseret på at levere hurtige, sikre og standardkompatible opladningspunkter og opladningsgrænseflader med de nyeste teknologier.

CHARX-strømforsyningsmodulerne (figur 1) er en del af en omfattende produktportefølje til opbygning af opladningsløsninger og fås i AC/DC- og DC/DC-versioner, der kan monteres direkte uden DIN-skinner i et standard 19-tommers kabinet, som ofte bruges i ladestationer til elbiler. CHARX' modulære plug-and-play-design forenkler og fremskynder installations- og vedligeholdelsesprocesser med push-in- og T-LOX-hurtigtilslutningsteknologi. Modulets mål er 483 mm bredt, 134 mm højt og 550 mm dybt.

Figur 1: Det modulopbyggede CHARX-strømskab, der fås i AC/DC- og DC/DC-modeller. (Billedkilde: Phoenix Contact)

Hvert strømmodul er optimeret til jævnstrømsopladning med høje spændinger og strømme og kan levere en opladningseffekt på op til 360 kW. De har en energieffektivitet på 95 % ved 50 % belastning og et lavt strømforbrug på under 14 W i standbytilstand, hvilket sikrer omkostningseffektivitet, når de ikke er i aktiv brug.

Opladningseffekten kan skaleres ved hjælp af fleksibel tilslutning af moduler og systemskabe. Med den rette køleteknologi giver CHARX-modulerne mulighed for at oplade med en HPC-strøm på helt op til 500 kW, hvilket er ideelt til opladning af parker i megawattområdet.

Det trefasede 1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW AC/DC-strømforsyningsmodul har et indgangsområde på 340 V_AC til 530 V_AC. 1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW DC/DC-strømforsyningsmodulet har et indgangsområde på 300 V_DC til 825 V_DC til brug i mange DC-spændingsindstillinger. Begge effektmoduler har et udgangsområde fra 30 V_DC til 1.000 V_DC.

DC/DC-modulerne giver kontinuerlig MMPT (Maximum Power Point Tracking), som justerer indgangsspændingen og -strømmen i et solcelleanlæg for at optimere udgangseffekten. Dette hjælper med at opnå det mest effektive output for enheden på trods af varierende niveauer af solstråling, temperatur og solcellepaneltyper.

En enkelt controller til flere skabe

Effektiv drift af flere strømforsyningsmoduler og -skabe sikres med den meddelelsesbaserede CAN-busprotokol (Controller Area Network), der muliggør kommunikation mellem enhederne uden en værtscomputer. Den CAN-baserede GCP (Grid Charge Protocol) sørger for kommunikation mellem et eller flere strømmoduler og en opladningscontroller og understøtter peer-to-peer-, multicast- og broadcast-kommunikationsmetoder.

Det programmerbare ladestyringsmodul 1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 (figur 2) fungerer med enten AC/DC- eller DC/DC-strømforsyningsmoduler til DC-ladestationer. Det er den centrale komponent i det elektriske opladningssystem, der leverer netværkskommunikation, brugergodkendelse, belastningsstyring og sikkerhedsfunktioner. Dens CAN-bus-interface styrer strømfordeling og kommunikation til hurtigopladningsapplikationer.

Figur 2: EV-PLCC-AC1-DC1 programmerbar opladningscontroller til brug med CHARX AC/DC- og DC/DC-strømforsyningsmoduler. (Kilde: Phoenix Contact)

Controlleren fungerer i overensstemmelse med IEC 61851-1, IEC 61851-23, DIN SPEC 70121 og CHAdeMO-standarderne, hvilket giver alsidighed i forhold til forskellige opladningskrav. Den har to Ethernet-grænseflader og et integreret trådløst modem, herunder en 4G-mulighed.

Muligheden for at bruge en enkelt controller til flere skabe forenkler vedligeholdelsen og reducerer installations- og driftsomkostningerne. CHARX-controlleren kan tilsluttes op til 48 strømmoduler. Den understøtter OCPP 1.6J (Core-Profile) til kommunikation med systemer til styring af ladestationer samt Modbus/TCP- eller MQTT-kommunikationsprotokoller til integration med eksterne systemer og platforme.

Controlleren understøtter 16 digitale indgange og bruger COMBICON-stik til fleksibel montering og sikre forbindelser til strømforsyningsmodulerne. Løbende drift under strømafbrydelser sikres med et integreret, genopladeligt batteri.

Konklusion

Phoenix Contacts CHARX-strømforsyningsmoduler og controller giver alsidige og pålidelige muligheder for at designe ladestationer med høj effekt. Med fleksibilitet og skalerbarhed giver CHARX-produktporteføljen mulighed for løsninger, der giver effektiv og omkostningseffektiv styring af flere skabe og strømmoduler til forskellige opladningsapplikationer samt problemfri integration med forskellige kommunikationsprotokoller og eksterne systemer.