Projektowanie i zastosowanie inteligentnych stacji ładowania pojazdów elektrycznych

Jako projektant ładowarek głęboko zaangażowany w branżowe projekty, na własne oczy widziałem, jak elektryczne pojazdy (EV) stały się kluczową siłą w nowym krajobrazie energii w Chinach. Dziesięciolecia postępów w elektronice położyły solidne podstawy dla rozwoju EV. Integracja V2G, technologii przechowywania energii i wysokowydajnych baterii nie tylko ułatwia usługi wymiany baterii, ale także wspiera zbieżność fotowoltaiki, przechowywania energii i inteligentnych systemów ładowania - misja, której jestem dumny, że mogę służyć.

1. Stan rozwoju inteligentnych ładowarek dla EV

Na tle szybkiej urbanizacji i rosnących obaw o środowisko, EV zdobywają popularność ze względu na ich efektywność i zrównoważoność. Jako projektant priorytetowo traktuję potrzeby użytkowników: dostęp w czasie rzeczywistym do lokalizacji stacji ładowania, precyzyjne możliwości monitorowania i inteligentne systemy zarządzania. Te wymagania podkreślają trend rozwoju w kierunku inteligentniejszej i bardziej wydajnej infrastruktury ładowania.

Międzynarodowo, firmy takie jak Tesla wprowadziły przyjazne dla użytkownika aplikacje mobilne, które umożliwiają bezproblemową nawigację do stacji ładowania z przejrzystością cen. W kraju, chińskie przedsiębiorstwa energetyczne utworzyły rozległą sieć ponad 600 stacji ładowania i 20 000+ zdecentralizowanych ładowarek. Jednak kompleksowa platforma integrująca monitorowanie w czasie rzeczywistym, przetwarzanie płatności i zarządzanie zdalne nadal pozostaje marzeniem - kluczową lukę, którą moja drużyna zamierza zapełnić.

2. Projektowanie typów i adaptacja scenariuszy ładowarek

Z perspektywy projektanta, ładowarki są klasyfikowane na dwie główne kategorie w zależności od mocy:

• Ładowarki AC: Przekształcają dostarczaną przez sieć prąd przemienny w prąd stały za pomocą wbudowanych ładowarek. Z typowymi mocami 7kW, 22kW lub 40kW oferują wolniejsze ładowanie, ale większą elastyczność. Są idealne dla osiedli mieszkaniowych i parkingów, odpowiadając na potrzeby ładowania w nocy.

• Ładowarki DC (zewnętrzne ładowarki): Dostarczają wysokomocowy prąd stały bezpośrednio do baterii, pomijając konwertery wbudowane. Z mocą 60kW, 120kW, 200kW lub nawet wyższą, są strategicznie rozmieszczane wzdłuż autostrad, na lotniskach i stacjach kolejowych, aby spełnić potrzeby szybkiego ładowania podczas długich podróży.

3. Metody ładowania i logika projektowania systemów monitorowania
(1) Rozważania projektowe dotyczące trzech metod ładowania

Mój podejście do projektowania jest dostosowane do konkretnych przypadków użycia:

• Ładowanie AC: Najlepiej nadaje się dla małych EV i hybryd, ta metoda polega na wbudowanych ładowarkach. Główny punkt koncentracji: zapewnienie zgodności z różnorodnymi modelami pojazdów i solidne obwody ochronne.

• Ładowanie DC: Optymalizowane dla autobusów i flot komercyjnych, eliminuje potrzebę konwerterów wbudowanych, zmniejszając masę pojazdu. Kluczowe wyzwania projektowe obejmują zarządzanie energią i integrację z siecią.

• Bezprzewodowe ładowanie: Chociaż teoretycznie obiecujące dla dynamicznego ładowania, obecne ograniczenia efektywności i adopcji infrastruktury wymagają dalszych badań i rozwoju przed praktyczną implementacją.

(2) Konieczność systemów monitorowania ładowarek

Biorąc pod uwagę wrażliwość baterii litowo-jonowych na parametry ładowania, priorytetowo traktuję systemy monitorowania w czasie rzeczywistym. Te systemy pełnią podwójną funkcję: optymalizują dystrybucję sieci podobnie jak stacje benzynowe i chronią zdrowie baterii poprzez precyzyjne sterowanie ładowaniem i rozładowywaniem. Bezpieczeństwo i niezawodność to niezmienni imperatywy projektowe.

4. Praktyki projektowania obwodów sprzętowych dla ładowarek
4.1 Architektura sprzętowa kontrolera

System kontroli, oparty na procesorze C44Box, działa jako "mózg" ładowarki. Koordynuje zarządzanie baterią, pozyskiwanie danych i interfejsy użytkownika - obsługując funkcje takie jak sprawdzanie salda, zdalne monitorowanie i wyświetlanie w czasie rzeczywistym metryk ładowania. Solidna podstawa sprzętowa, w tym obwody zasilające, pamięć NandFlash i jednostki przetwarzające, zapewnia stabilność systemu.

4.2 Logika projektowania obwodu NandFlash

Skuteczne zarządzanie danymi jest kluczowe. Konfiguruję system, aby uruchamiał się z ROM dla szybkiego startu, podczas gdy NandFlash przechowuje kluczowe dane, takie jak odczyty czujników i historie ładowania. Ta architektura umożliwia szybki dostęp do interakcji użytkownika i kompleksowej diagnostyki awarii.

4.3 Projektowanie sterowania wyjściem mocy

Rozszerzone testy potwierdziły mechanizm bezpieczeństwa: wykrycie 50% spadku napięcia w obwodzie pilota przez dwa kolejne sekundy powoduje rozłączenie przełącznika obciążenia, natychmiast zatrzymując ładowanie w przypadku awarii. Ten projekt minimalizuje ryzyko i chroni zarówno sprzęt, jak i użytkowników.

5. Refleksje projektowe i perspektywy branżowe

Moja praca nad ładowarkami AC podkreśliła zarówno postępy, jak i wyzwania. Złożoność integracji systemów i rozwoju oprogramowania podkreśla potrzebę głębszej współpracy między organizacjami standardów, instytucjami badawczymi i producentami. Przyszłe priorytety obejmują doskonalenie inteligentnych platform, rozwój bezprzewodowego ładowania i optymalizację interakcji bateria-ladowarka.

Jako projektanci, naszym zadaniem jest ewolucja infrastruktury ładowania od funkcjonalnej do intuicyjnej i płynnie zintegrowanej. Poprzez nieustanne innowacje i współpracę między sektorami możemy przyspieszyć przejście do zrównoważonego ekosystemu EV.