Quins aspectes implica el disseny de les estacions de càrrega per a vehicles elèctrics

Com a dissenyador de primera línia, treballo diàriament en punts de càrrega per vehicles elèctrics. En un context de canvi climàtic global més greu i el ràpid creixement econòmic de la Xina, la mobilitat verda com els cotxes i bicicletes elèctrics ha experimentat un boom, però les qüestions de càrrega han esdevingut una preocupació central. La perillosa càrrega "Bypass Wire" ha estimulat una gran demanda de punts de càrrega professionals. Després de participar en la renovació dels punts de càrrega residencials del CNPC First Construction, comparteixo la meva experiència pràctica.

I. Context de l'Indústria
(1) Vehicles Elèctrics: Evolució Impulsada per la Tecnologia

Els vehicles elèctrics actuals, des de les bicicletes i triciclos elèctrics fins als cotxes elèctrics, utilitzen punts de càrrega d'AC. Avanços en tecnologia de bateries - major densitat energètica gràcies a la recerca i desenvolupament, bateries de òxid de lítio o d'estat sòlid, i assoliments en la càrrega ràpida - juntament amb la conducció intel·ligent i la tecnologia vehicle-xarxa (que permet la conducció autònoma, control de velocitat, monitorització remota, etc.) han transformat els vehicles elèctrics.

(2) Punts de Càrrega: Mercat en Auge

Dividits entre AC/DC (l'AC és més comú), el mercat dels punts de càrrega a la Xina ha explotat, arribant a 10.804.000 unitats a juliol de 2024. Es distribueixen de manera centralitzada (per a grans zones, transport) o descentralitzada (per a petites zones, comunitats). Me centro en els punts de càrrega AC de baixa potència descentralitzats, que subministren energia als carregadors a bord (convertits a DC).

II. Disseny dels Punts de Càrrega: De les Normes a les Construccions Personalitzades
(1) Requisits generals: Seguretat, Funcionalitat, Instal·lació

La disposició ha de tenir en compte la infraestructura d'energia, incendis i inundacions. Ubica els punts de càrrega per facilitar l'accés a l'energia, allunyats de perills, en àrees de poc polsim, no corrosives (o a sota de vent si cal). Evita les vibracions, assegura l'accés al trànsit i mantén una distància segura de ≥40cm de les estructures per a la manteniment.

Funcionalment, les interfícies segueixen normes unificades per a la compatibilitat universal. Són necessàries diverses opcions d'energia, conversió eficient, anti-interferència, monitorització remota, diagnòstic de falles (amb alarms/upload d'informació), i diverses formes de pagament (WeChat/Alipay/targetes).

Instal·lació: Els punts de càrrega a terra necessiten una base d'0,2m d'alçada (≥0,05m més gran que el punt) per a àrees sense cobert. Els punts de càrrega mural s'ancoren verticalment a les parets, a una alçada operativa, utilitzables amb o sense cobert.

(2) Punts de Càrrega per Bicicletes Elèctriques: Projecte CNPC First Construction

Abans de la renovació, la càrrega "flying lead" era perillosa. Disseinem punts de càrrega per a bicicletes elèctriques, afegint-los a les entrades de les unitats (comunitats sense cobert com Zhongyou Garden) o en coberts (p.ex., Zhongyou Huayuan).

• Distribució d'energia: Circuits que serveixen 6-8 punts de càrrega, utilitzant cables WDZ-BYJ (F) - 0,8/1KV - 3×6 mm² (protegits per tubs d'acer fins a caixes de distribució, connectats a circuits de reserva superiors). TN-S a terra: els punts de càrrega a terra es connecten a la xarxa principal, els punts de càrrega mural (i coberts) es connecten a terra mitjançant acer galvanitzat de 40×4. Cada punt suporta ≤1200W de bicicletes elèctriques, amb preseles monofàsiques en coberts. Cables (0,6/1kV de nucli de cobre) i fils (sense halogens, retardants de flama) utilitzen cànoves de PVC a l'interior, enterrament directe a l'exterior (amb tubs d'acer galvanitzat per a l'entrada de l'edifici, sellats per evitar l'aigua). Els punts de càrrega a terra es col·loquen en espais oberts a les entrades de les unitats; els punts de càrrega mural es col·loquen a les parets de les unitats (0,7-1,1m d'alçada, uniforme per comunitat, 1,2-1,5m d'espai).

• Selecció: Cada preselet té un comptador d'energia estàtic de 220V/10A/50Hz, amb precisió de 2,0% (que emmagatzema dades de dos períodes de liquidació, protegit contra la pèrdua o manipulació). Els punts de càrrega registren l'inici i final de la càrrega, l'energia abans i després (reiniciat a zero post-càrrega), amb pagaments per targeta/codi QR i protecció IP54+ (protecció de sobrecàrrega, curtcircuit, fuga).

(3) Punts de Càrrega per Cotxes Elèctrics: Renovació de Parc de Veïnats

S'afegeixen punts de càrrega AC descentralitzats (un per cada espai de cotxe) per a una gestió fàcil, ubicats per a la comoditat.

• Distribució d'energia: Punts de càrrega de 6,8kW/220V utilitzen interruptors diferencials (protecció contra sobrecàrrega i corrent residual, sense interruptors compartits). Cables i fils de alta qualitat asseguren la conformitat de la tensió. Un sistema complet de terra (amb cablejat equipotencial) assegura la seguretat.

• Interfície: Compatible amb normes, resistenta a polsim i aigua, universal per a tots els vehicles elèctrics.

• Circuit de control: Control precís de corrent i tensió (sense danys, canvi de mode intel·ligent, protecció contra sobrecàrrega i curtcircuit).

• Medició/Facturació: Medició precisa, facturació flexible (adaptada a les necessitats/temporal), amb gestió de dades per a usuaris i operadors.

III. Càlcul de Càrrega: Vital per a la Planificació

Per a punts de càrrega AC descentralitzats, determina les especificacions dels punts de càrrega, calcula mitjançant les fórmules (1)/(2), i utilitza els coeficients de demanda de la Taula 1. Això assegura un disseny de distribució d'energia raonable.

En les fórmules (1) i (2), S_js representa la capacitat calculada de l'equipament de càrrega (en kVA); P₁, P₂, i P₃ representen la potència total nòminal de diversos tipus d'equipament de càrrega. Generalment, la grupació i classificació de la càrrega es realitza segons punts de càrrega d'AC monofàsic, trifàsic, carregadors externs, etc. (en kW); P₁, P₂, i P₃ representen l'eficiència de funcionament de diversos tipus d'equipament de càrrega, generalment presos com 0,95; cosφ₁, cosφ₂, i cosφ₂ són els factors de potència de diversos tipus d'equipament de càrrega, generalment superiors a 0,9; Kt és el factor de coincidència, generalment pres com 0,8-0,9; K és el factor de demanda, com es mostra a la Taula 1.

Conclusió

Amb l'augment de la consciència ambiental pública i l'avance de la tecnologia dels vehicles elèctrics, aquests, amb més autonomia, costos més baixos i millor relació cost-benefici, entraràn a milions de llars. Els punts de càrrega, com a infraestructura crucial per a vehicles elèctrics, es van adoptant cada cop més. Amb la col·laboració govern-empreses, la construcció massiva de punts de càrrega en aparcaments públics i privats, garatges, comunitats i estacions és inevitable. Per tant, el disseny, ús i gestió científica estandaritzada dels punts de càrrega són vitals. Aquest article, utilitzant projectes reals, resumeix el disseny elèctric dels punts de càrrega per a vehicles motoritzats i no motoritzats, oferint referències per a projectes futurs similars.