Quais aspectos envolvem o projeto de estações de recarga para veículos elétricos

Como designer de primeira linha, trabalho diariamente com pilhas de carregamento para veículos elétricos. Diante do agravamento da mudança climática global e do rápido crescimento econômico da China, a mobilidade verde, como bicicletas e carros elétricos, tem se expandido, mas as questões de carregamento se tornaram um foco de preocupação. O arriscado "Bypass Wire" de carregamento estimulou uma demanda enorme por pilhas profissionais. Tendo participado da renovação de pilhas de carregamento residencial da CNPC First Construction, estou compartilhando minha experiência prática.

I. Contexto do Setor
(1) Veículos Elétricos: Evolução Impulsionada pela Tecnologia

Os veículos elétricos atuais, desde bicicletas e triciclos até carros, usam pilhas de carregamento AC. Avanços na tecnologia de baterias - maior densidade de energia proveniente de P&D, baterias de íon-lítio/estado sólido, avanços no carregamento rápido - além de condução inteligente e tecnologia de veículo-rede (que permite direção autônoma, controle de cruzeiro, monitoramento remoto, etc.) transformaram os veículos elétricos.

(2) Pilhas de Carregamento: Mercado em Expansão

Divididas em AC/DC (AC é mais comum), o mercado de pilhas de carregamento na China explodiu, atingindo 10.804.000 unidades até julho de 2024. Elas são implantadas de forma centralizada (para grandes lotes, transporte) ou descentralizada (para pequenos lotes, comunidades). Meu foco está nas pilhas AC de baixa potência descentralizadas, que fornecem energia aos carregadores a bordo (convertidos para DC).

II. Design de Pilhas de Carregamento: De Normas a Construções Personalizadas
(1) Requisitos Gerais: Segurança, Função, Instalação

O layout deve considerar infraestrutura de energia, incêndio e inundações. Localize as pilhas para fácil acesso à energia, longe de perigos, em áreas de baixa poeira, não corrosivas (ou a sotavento, se necessário). Evite vibrações, garanta o acesso ao tráfego e mantenha uma distância segura de ≥40cm das estruturas para manutenção.

Funcionalmente, as interfaces seguem padrões unificados para compatibilidade universal. São necessárias múltiplas opções de energia, conversão eficiente, anti-interferência, monitoramento remoto, diagnóstico de falhas (com alarmes/envio de informações) e diversos meios de pagamento (WeChat/Alipay/cartões).

Instalação: As pilhas montadas no chão precisam de uma fundação de 0,2m de altura (≥0,05m maior que a pilha) para áreas sem abrigos. As pilhas montadas na parede são fixadas verticalmente às paredes, com altura operacional, utilizáveis com ou sem abrigos.

(2) Pilhas para Bicicletas Elétricas: Projeto da CNPC First Construction

Antes da renovação, o carregamento "flying lead" era arriscado. Projetamos pilhas para bicicletas elétricas, adicionando-as nas entradas dos edifícios (comunidades sem abrigos, como Zhongyou Garden) ou em abrigos (por exemplo, Zhongyou Huayuan).

• Distribuição de Energia: Circuitos servem 6-8 pilhas, usando fios WDZ-BYJ (F) - 0,8/1kV - 3×6 mm² (protegidos por tubos de aço até caixas de distribuição, conectados a circuitos de backup superiores). Aterramento TN-S: pilhas montadas no chão conectam-se à rede principal, pilhas montadas na parede (e abrigos) aterram-se via aço galvanizado 40×4. Cada pilha suporta bicicletas elétricas de ≤1200W, com tomadas monofásicas nos abrigos. Cabos (0,6/1kV de núcleo de cobre) e fios (sem halogênio, retardantes de chama) usam canaletas/tubos de PVC internamente, enterro direto externamente (com tubos de aço galvanizado para entrada de edifícios, selados para evitar água). As pilhas montadas no chão ficam em espaços abertos nas entradas dos edifícios; as montadas na parede nas paredes dos edifícios (altura de 0,7-1,1m, uniforme por comunidade, espaçamento de 1,2-1,5m).

• Seleção: Cada tomada tem um medidor de energia estático de 220V/10A/50Hz, 2,0% de precisão (armazenando dados de 2 períodos de liquidação, protegido contra perda/manipulação). As pilhas registram início/fim de carregamento, energia antes/depois (zerado após o carregamento), com pagamentos por cartão/código QR e proteção IP54+ (sobrecarga/curto-circuito/proteção contra vazamento).

(3) Pilhas para Carros Elétricos: Renovação de Estacionamento

Adicionam-se pilhas AC descentralizadas (uma por vaga de carro) para fácil gerenciamento, posicionadas para conveniência.

• Distribuição de Energia: Pilhas de 6,8kW/220V usam disjuntores (proteção contra curto-circuito/corrente residual, sem disjuntores compartilhados). Cabos/fios de alta qualidade garantem conformidade de tensão. Um sistema de aterramento completo (com fiação de potencial equipotencial) garante segurança.

• Interface: Conforme padrões, resistente a poeira/água, universal para todos os VE.

• Circuito de Controle: Controle preciso de corrente/tensão (sem danos, troca inteligente de modos, proteção contra sobrecarga/curto-circuito).

• Medição/Faturamento: Medição precisa, faturamento flexível (adaptável às necessidades/tempo), com gerenciamento de dados para usuários/operadores.

III. Cálculo de Carga: Fundamental para o Planejamento

Para pilhas AC descentralizadas, determine as especificações das pilhas, calcule através das fórmulas (1)/(2) e use os coeficientes de demanda da Tabela 1. Isso garante um design de distribuição de energia racional.

Nas fórmulas (1) e (2), S_js representa a capacidade calculada do equipamento de carregamento (em kVA); P₁, P₂ e P₃ representam a potência nominal total de vários tipos de equipamento de carregamento. Geralmente, o agrupamento e classificação de carga são realizados de acordo com pilhas de carregamento AC monofásicas, trifásicas, carregadores off-board, etc. (em kW); η₁, η₂ e η₃ representam a eficiência de funcionamento de vários tipos de equipamento de carregamento, geralmente tomada como 0,95; cosφ₁, cosφ₂ e cosφ₂ são os fatores de potência de vários tipos de equipamento de carregamento, geralmente maiores que 0,9; Kt é o fator de coincidência, geralmente tomado como 0,8-0,9; K é o fator de demanda, conforme mostrado na Tabela 1.

Conclusão

À medida que a consciência ambiental pública aumenta e a tecnologia de veículos elétricos avança, os VE, com maior autonomia, custos menores e melhor custo-benefício, entrarão em milhões de lares. As pilhas de carregamento, infraestrutura crucial para os VE, estão sendo cada vez mais adotadas. Com a colaboração entre governo e empresas, a construção massiva de pilhas de carregamento em estacionamentos públicos e privados, garagens, comunidades e estações é inevitável. Portanto, o design padronizado, uso e gestão científica das pilhas de carregamento são vitais. Este artigo, utilizando projetos reais, resume o design elétrico de pilhas de carregamento para veículos motorizados e não motorizados, oferecendo referências para projetos futuros similares.