Thiết kế và Ứng dụng của Cột Sạc Điện Thông Minh cho Ô tô Điện

Là một nhà thiết kế cột sạc sâu sát với các dự án ngành công nghiệp, tôi đã chứng kiến trực tiếp cách xe điện (EV) trở thành một lực lượng quan trọng trong cảnh quan năng lượng mới của Trung Quốc. Những tiến bộ trong lĩnh vực điện tử qua nhiều thập kỷ đã tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển của EV. Việc tích hợp V2G, công nghệ lưu trữ năng lượng và pin hiệu suất cao không chỉ thúc đẩy dịch vụ đổi pin mà còn thúc đẩy sự hội tụ giữa quang điện, lưu trữ năng lượng và hệ thống sạc thông minh - một sứ mệnh mà tôi tự hào được đóng góp.

1. Tình hình phát triển của cột sạc EV thông minh

Trên bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng và mối quan tâm về môi trường ngày càng tăng, EV đang nhận được sự ủng hộ do hiệu quả và tính bền vững. Là một nhà thiết kế, tôi ưu tiên nhu cầu tập trung vào người dùng: truy cập tức thì vào vị trí các trạm sạc, khả năng theo dõi chính xác và hệ thống quản lý thông minh. Những yêu cầu này nhấn mạnh xu hướng phát triển hướng tới cơ sở hạ tầng sạc thông minh và hiệu quả hơn.

Trên quy mô quốc tế, các công ty như Tesla đã tiên phong trong việc phát triển ứng dụng di động thân thiện với người dùng, giúp điều hướng dễ dàng đến các trạm sạc với mức giá minh bạch. Trong nước, các công ty lưới điện của Trung Quốc đã xây dựng mạng lưới rộng lớn gồm hơn 600 trạm sạc và hơn 20.000 cột sạc phân tán. Tuy nhiên, một nền tảng toàn diện tích hợp theo dõi thời gian thực, xử lý thanh toán và quản lý từ xa vẫn còn thiếu - một khoảng trống quan trọng mà đội ngũ của tôi đang cố gắng giải quyết.

2. Thiết kế loại và thích ứng tình huống của cột sạc

Từ góc độ thiết kế, cột sạc được phân loại thành hai loại chính dựa trên công suất đầu ra:

• Cột sạc AC: Chuyển đổi nguồn điện AC từ lưới sang DC thông qua bộ sạc trên xe. Với công suất điển hình là 7kW, 22kW hoặc 40kW, chúng cung cấp tốc độ sạc chậm hơn nhưng linh hoạt hơn. Phù hợp cho các khu dân cư và bãi đỗ xe, những cột sạc này phù hợp với nhu cầu sạc qua đêm.

• Cột sạc DC (Bộ sạc ngoài): Cung cấp nguồn điện DC công suất cao trực tiếp đến pin, bỏ qua bộ chuyển đổi trên xe. Có khả năng 60kW, 120kW, 200kW hoặc thậm chí cao hơn, chúng được triển khai chiến lược dọc theo các đường cao tốc, tại sân bay và ga tàu để đáp ứng nhu cầu sạc nhanh cho hành trình dài.

3. Phương pháp sạc và thiết kế logic hệ thống theo dõi
(1) Xem xét thiết kế cho ba phương pháp sạc

Phương pháp thiết kế của tôi được điều chỉnh cho từng trường hợp sử dụng cụ thể:

• Sạc AC: Phù hợp nhất cho các xe điện nhỏ và xe lai, phương pháp này dựa trên bộ sạc trên xe. Tập trung thiết kế: đảm bảo tương thích với nhiều mẫu xe khác nhau và mạch bảo vệ chắc chắn.

• Sạc DC: Được tối ưu hóa cho xe buýt và đội xe thương mại, nó loại bỏ nhu cầu về bộ chuyển đổi trên xe, giảm trọng lượng xe. Thách thức thiết kế chính bao gồm quản lý năng lượng và tích hợp vào lưới điện.

• Sạc không dây: Mặc dù có tiềm năng về mặt lý thuyết cho sạc động, nhưng hiện tại hạn chế về hiệu suất và sự chấp nhận cơ sở hạ tầng đòi hỏi thêm nghiên cứu và phát triển trước khi áp dụng thực tế.

(2) Sự cần thiết của hệ thống theo dõi cột sạc

Vì pin lithium-ion rất nhạy cảm với các tham số sạc, tôi ưu tiên hệ thống theo dõi thời gian thực. Các hệ thống này phục vụ hai mục đích: tối ưu hóa phân phối mạng giống như các trạm xăng và bảo vệ sức khỏe pin thông qua kiểm soát sạc/xả chính xác. An toàn và đáng tin cậy là những yêu cầu thiết kế không thể thương lượng.

4. Thực hành thiết kế mạch phần cứng cho cột sạc
4.1 Kiến trúc phần cứng của bộ điều khiển

Hệ thống điều khiển, dựa trên bộ xử lý C44Box, đóng vai trò như "trí não" của cột sạc. Nó điều phối quản lý pin, thu thập dữ liệu và giao diện người dùng - hỗ trợ các chức năng như tra cứu số dư, theo dõi từ xa và hiển thị các chỉ số sạc thời gian thực. Một nền tảng phần cứng vững chắc, bao gồm mạch điện, bộ nhớ NandFlash và các đơn vị xử lý, đảm bảo sự ổn định của hệ thống.

4.2 Logic thiết kế mạch NandFlash

Việc xử lý dữ liệu hiệu quả là rất quan trọng. Tôi cấu hình hệ thống khởi động từ ROM để khởi động nhanh, trong khi NandFlash lưu trữ dữ liệu quan trọng như đọc cảm biến và lịch sử sạc. Kiến trúc này cho phép truy cập nhanh cho tương tác người dùng và chẩn đoán lỗi toàn diện.

4.3 Thiết kế điều khiển công suất đầu ra

Các thử nghiệm kỹ lưỡng đã xác nhận cơ chế an toàn: phát hiện giảm 50% điện áp trong mạch thí điểm trong hai giây liên tiếp sẽ kích hoạt ngắt công tắc tải, dừng sạc ngay lập tức trong trường hợp gặp sự cố. Thiết kế này giảm thiểu rủi ro và bảo vệ cả thiết bị và người dùng.

5. Suy nghĩ về thiết kế và triển vọng ngành

Công việc của tôi trên cột sạc AC đã làm nổi bật cả tiến bộ và thách thức. Độ phức tạp của việc tích hợp hệ thống và phát triển phần mềm nhấn mạnh nhu cầu hợp tác sâu sắc hơn giữa các cơ quan tiêu chuẩn, tổ chức kiểm định và nhà sản xuất. Các ưu tiên trong tương lai bao gồm cải thiện các nền tảng thông minh, phát triển sạc không dây và tối ưu hóa tương tác giữa pin và bộ sạc.

Như các nhà thiết kế, sứ mệnh của chúng tôi là phát triển cơ sở hạ tầng sạc từ chức năng đến trực quan và tích hợp liền mạch. Qua sự đổi mới không ngừng và hợp tác đa ngành, chúng ta có thể đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang hệ sinh thái EV bền vững.