Projeto e Aplicação de Postos de Carregamento Inteligentes para VEículos

Como designer de postos de recarga profundamente envolvido em projetos industriais, testemunhei in loco como os veículos elétricos (VEs) se tornaram uma força crucial no cenário de energia renovável da China. Décadas de avanços na eletrônica estabeleceram uma base sólida para o desenvolvimento de VEs. A integração de V2G, tecnologias de armazenamento de energia e baterias de alto desempenho não apenas facilita serviços de troca de bateria, mas também impulsiona a convergência de fotovoltaica, armazenamento de energia e sistemas de recarga inteligentes — uma missão que me orgulho de contribuir.

1. Status do Desenvolvimento de Postos de Recarga Inteligentes para VE

Diante do cenário de rápida urbanização e crescentes preocupações ambientais, os VEs estão ganhando popularidade devido à sua eficiência e sustentabilidade. Como designer, priorizo as necessidades centradas no usuário: acesso em tempo real às localizações dos postos de recarga, capacidades de monitoramento precisas e sistemas de gerenciamento inteligentes. Essas exigências ressaltam a tendência de desenvolvimento em direção a infraestruturas de recarga mais inteligentes e eficientes.

Internacionalmente, empresas como a Tesla lideraram o caminho com aplicativos móveis amigáveis que permitem navegação sem problemas até postos de recarga com transparência de preços. No país, as empresas de rede chinesas estabeleceram uma extensa rede de mais de 600 postos de recarga e 20.000 pilhas descentralizadas. No entanto, uma plataforma abrangente que integre monitoramento em tempo real, processamento de pagamentos e gerenciamento remoto ainda é elusiva — uma lacuna crítica que minha equipe visa abordar.

2. Design de Tipos e Adaptação de Cenários de Postos de Recarga

Do ponto de vista de design, os postos de recarga são classificados em duas categorias principais com base na potência de saída:

• Postos de Recarga AC: Convertendo a energia AC fornecida pela rede para DC através de carregadores a bordo. Com potências típicas de 7kW, 22kW ou 40kW, oferecem velocidades de recarga mais lentas, mas maior flexibilidade. Ideais para complexos residenciais e estacionamentos, esses postos atendem às necessidades de recarga noturna.

• Postos de Recarga DC (Carregadores Off-board): Fornecem DC de alta potência diretamente às baterias, contornando os conversores a bordo. Com capacidade de 60kW, 120kW, 200kW ou até mais, são estrategicamente implantados ao longo de rodovias, aeroportos e estações ferroviárias para atender às demandas de recarga rápida para viagens de longa distância.

3. Métodos de Recarga e Lógica de Design do Sistema de Monitoramento
(1) Considerações de Design para Três Métodos de Recarga

Minha abordagem de design é adaptada a casos de uso específicos:

• Recarga AC: Mais adequada para pequenos VEs e híbridos, este método depende de carregadores a bordo. O foco do design: garantir compatibilidade com diversos modelos de veículos e circuitos de proteção robustos.

• Recarga DC: Otimizada para ônibus e frotas comerciais, elimina a necessidade de conversores a bordo, reduzindo o peso do veículo. Os principais desafios de design incluem gestão de energia e integração com a rede.

• Recarga Sem Fio: Embora teoricamente promissora para recarga dinâmica, as limitações atuais de eficiência e adoção de infraestrutura exigem mais pesquisa e desenvolvimento antes de uma implementação prática.

(2) Necessidade de Sistemas de Monitoramento de Postos de Recarga

Dada a sensibilidade das baterias de íon-lítio aos parâmetros de carga, priorizo sistemas de monitoramento em tempo real. Esses sistemas têm dupla função: otimizar a distribuição da rede, similar a postos de gasolina, e proteger a saúde da bateria através de controle preciso de carga/descarga. A segurança e a confiabilidade são imperativos de design inegociáveis.

4. Práticas de Design de Circuitos de Hardware para Postos de Recarga
4.1 Arquitetura de Hardware do Controlador

O sistema de controle, ancorado pelo processador C44Box, atua como o "cérebro" do posto de recarga. Orquestra a gestão da bateria, aquisição de dados e interfaces do usuário — suportando funções como consultas de saldo, monitoramento remoto e exibição em tempo real de métricas de recarga. Uma base de hardware robusta, incluindo circuitos de energia, armazenamento NandFlash e unidades de processamento, garante a estabilidade do sistema.

4.2 Lógica de Design do Circuito NandFlash

A manipulação eficiente de dados é crucial. Configuro o sistema para iniciar a partir do ROM para inicialização rápida, enquanto o NandFlash armazena dados críticos, como leituras de sensores e históricos de recarga. Esta arquitetura permite acesso rápido para interações do usuário e diagnósticos completos de falhas.

4.3 Design de Controle de Saída de Energia

Testes extensivos validaram um mecanismo de segurança: a detecção de uma queda de 50% na tensão do circuito piloto por dois segundos consecutivos aciona a desconexão do interruptor de carga, interrompendo imediatamente a recarga em caso de falhas. Este design minimiza riscos e protege tanto o equipamento quanto os usuários.

5. Reflexões de Design e Perspectivas da Indústria

Meu trabalho em postos de recarga AC destacou tanto progressos quanto desafios. A complexidade da integração do sistema e do desenvolvimento de software ressalta a necessidade de colaboração mais profunda entre organismos de normas, instituições de teste e fabricantes. As prioridades futuras incluem aprimorar plataformas inteligentes, avançar na recarga sem fio e otimizar as interações entre bateria e carregador.

Como designers, nossa missão é evoluir a infraestrutura de recarga de funcional para intuitiva e perfeitamente integrada. Através de inovação incessante e cooperação intersetorial, podemos acelerar a transição para um ecossistema de VE sustentável.