ระบบการชาร์จเป็นการจ่ายพลังงานสำหรับการทำงานของยานยนต์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นระบบสนับสนุนพื้นฐานที่สำคัญสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและเป็นลิงค์สำคัญในกระบวนการเชิงพาณิชย์และการพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้า เทคโนโลยีการชาร์จได้กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่จำกัดการพัฒนาของอุตสาหกรรม และวิธีการชาร์จที่ชาญฉลาดและรวดเร็วได้กลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาของเทคโนโลยีการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

มีหลายวิธีในการจำแนกอุปกรณ์ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าโดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นอุปกรณ์ชาร์จออนบอร์ดและอุปกรณ์ชาร์จนอกบอร์ดตามวิธีการเปลี่ยนพลังงานที่แตกต่างกันเมื่อชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า อุปกรณ์ชาร์จสามารถแบ่งออกเป็นประเภทสัมผัสและประเภทการเหนี่ยวนำรถยนต์ไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นการชาร์จช้า, การชาร์จอย่างรวดเร็ว, การสลับแบตเตอรี่, การชาร์จแบบไร้สาย, การชาร์จมือถือ และวิธีการอื่น ๆ ตามวิธีการชาร์จที่แตกต่างกันในบทความนี้ เราจะแนะนำโหมดการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบต่างๆ ที่ระบุโดยคณะกรรมการไฟฟ้าระหว่างประเทศ (IEC)

กำลังพัฒนามาตรฐานสากลเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดรถยนต์ไฟฟ้าการนำรถยนต์ไฟฟ้าไปใช้ทั่วโลกนั้นขึ้นอยู่กับมาตรฐานสากลที่เป็นที่ยอมรับ ซึ่งระบุถึงความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการทำงานร่วมกันในตลาดรถยนต์ไฟฟ้า

ในบทความนี้ เราจะตรวจสอบโหมดการชาร์จ EV ต่างๆ ที่ระบุโดย International Electrotechnical Commission (IEC)โหมดเหล่านี้ระบุไว้ในมาตรฐาน IEC 61851 ที่เกี่ยวข้องกับระบบชาร์จแบบสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับรถยนต์ไฟฟ้ามาตรฐานนี้อธิบายโหมดการชาร์จที่แตกต่างกันสี่โหมด - โหมด 1 โหมด 2 โหมด 3 และโหมด 4

นอกจากนี้ IEC ยังได้พัฒนามาตรฐานอื่นๆ สำหรับเทคโนโลยีการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าอีกด้วยตัวอย่างเช่น IEC 62196 กล่าวถึงปลั๊ก ซ็อกเก็ต คอนเนคเตอร์ของรถยนต์ และช่องทางเข้าของรถยนต์ ในขณะที่ IEC 61980 กล่าวถึงระบบถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย (WPT) สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

การต่อสายแบบต่างๆ

IEC 61851-1 อธิบายวิธีการเชื่อมต่อสามวิธีดังแสดงในรูปต่อไปนี้:

สายเคเบิล Case A เชื่อมต่อกับรถยนต์ไฟฟ้าอย่างถาวร แต่ EVSE สามารถถอดออกได้ที่สถานีชาร์จ (เรียกอีกอย่างว่า EVSE - อุปกรณ์จ่ายไฟรถยนต์)Case B ระบุสายเคเบิลที่สามารถถอดออกได้ที่ปลายทั้งสอง และ Case C เป็นสายเคเบิลที่ต่อเข้ากับ EVSE อย่างถาวร

โหมดการชาร์จ 1

ในโหมดนี้ รถยนต์ไฟฟ้าจะเชื่อมต่อโดยตรงกับเต้ารับในครัวเรือนกระแสสูงสุดของโหมดนี้คือ 16A เฟสเดียวไม่เกิน 250V และสามเฟสไม่เกิน 480V

โหมด 1 เป็นโหมดการชาร์จที่ง่ายที่สุดและไม่รองรับการสื่อสารใดๆ ระหว่าง EV และจุดชาร์จโมเดลการชาร์จนี้ถูกห้ามหรือจำกัดในหลายประเทศ

โหมดการชาร์จ2

ปลั๊กไฟในครัวเรือนไม่ได้จ่ายไฟตามมาตรฐานที่แท้จริงเสมอไปนอกจากนี้ เต้ารับและปลั๊กที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานภายในประเทศอาจไม่ทนต่อกระแสไฟต่อเนื่องที่พิกัดสูงสุด

นั่นเป็นเหตุผลที่การเชื่อมต่อซ็อกเก็ต EV เป็นเวลานานโดยไม่มีการควบคุมและคุณลักษณะด้านความปลอดภัยจะเพิ่มความเสี่ยงที่จะเกิดไฟฟ้าช็อตเพื่อแก้ปัญหานี้ ผู้เชี่ยวชาญได้พัฒนาโหมดการชาร์จ 2 ซึ่งใช้สายชาร์จชนิดพิเศษและติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมและป้องกันในสายเคเบิล (IC-CPD)

IC-CPD ทำหน้าที่ควบคุมและความปลอดภัยที่จำเป็นกระแสสูงสุดของโหมดนี้คือ 32A แรงดันไฟสูงสุดไม่เกิน 250V สำหรับเฟสเดียว และ 480v สำหรับสามเฟสโหมด 2 สามารถใช้ได้กับซ็อกเก็ตทั้งในประเทศและในโรงงานอุตสาหกรรม

ฟังก์ชันความปลอดภัยของโหมดนี้สามารถตรวจจับและตรวจสอบสายดินป้องกันได้โหมด 2 ยังรองรับการป้องกันกระแสเกินและอุณหภูมิเกินนอกจากนี้ EVSE ยังสามารถสลับฟังก์ชั่นในขณะที่ตรวจจับการเชื่อมต่อกับ EV และวิเคราะห์ความต้องการพลังงานในการชาร์จ

โหมดการชาร์จ 2 และสายรองรับดังแสดงในรูปด้านล่าง:

แม้ว่าโหมด 2 จะใช้สำหรับค่าใช้จ่ายส่วนตัวได้ แต่การใช้งานในที่สาธารณะก็ถูกจำกัดในหลายประเทศเช่นกัน

โหมดการชาร์จ3

รุ่นนี้ใช้เครื่องชาร์จ EVSE และ EV ออนบอร์ดโดยเฉพาะกระแสไฟ AC จากสถานีชาร์จถูกนำไปใช้กับวงจรออนบอร์ดเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ฟังก์ชั่นการควบคุมและการป้องกันที่หลากหลายเพื่อความปลอดภัยของประชาชนซึ่งรวมถึงการตรวจสอบสายดินป้องกันและการเชื่อมต่อระหว่าง EVSE กับ EV

นอกจากนี้ โหมดนี้จะปรับกระแสไฟชาร์จให้เท่ากับความสามารถกระแสสูงสุดของชุดสายเคเบิลโหมดการชาร์จนี้มีกระแสไฟสูงสุด 250A และสามารถกำหนดค่าด้วยเครือข่าย 250V 1 เฟสหรือ 480V 3 เฟสนอกจากนี้ยังรองรับโหมดการทำงานที่เข้ากันได้กับโหมด 2 ซึ่งกระแสไฟสูงสุดสำหรับทั้งเฟสเดียวและสามเฟสถูกจำกัดให้น้อยกว่า 32A

สามารถใช้การเชื่อมต่อใดก็ได้ในสามแบบที่เป็นไปได้ (กรณี A, กรณี B และกรณี C) ในโหมดนี้สถานการณ์ B และสถานการณ์ C แสดงอยู่ด้านล่าง

เรามาดูกันว่ารูปแบบนี้กำหนดการสื่อสารระหว่างสถานีชาร์จกับรถยนต์ไฟฟ้าอย่างไรวงจรควบคุมของโหมด 3 แสดงในรูปด้านล่าง

ขึ้นอยู่กับสถานะของสวิตช์ S1, S2 และ S3 ระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันจะปรากฏบน "หน้าสัมผัสนักบิน"“สามารถใช้เพื่อแสดงขั้นตอนการชาร์จที่แตกต่างกันรถยนต์ไฟฟ้าสามารถเริ่มรอบการชาร์จได้ดังนี้:

ก่อนเสียบสายชาร์จ สวิตช์ S2 และ S3 จะถูกถอดออก และ S1 เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC 12vในกรณีนี้ EVSE จะวัด 12v DC ที่หน้าสัมผัสนำร่อง (EVSE จะรับรู้ว่า EV ไม่ได้เชื่อมต่ออยู่)

หลังจากที่สายชาร์จเชื่อมต่อกับ EV และ EVSE แล้ว ตัวควบคุมที่ด้าน EV สามารถเปิด S3 ได้ โดยลดแรงดันไฟฟ้าที่หน้าสัมผัสของคนขับลงเหลือประมาณ 9vแจ้ง EVSE ว่าสายต่อทั้ง EV และ EVSEนอกจากนี้ สัญญาณ DC 9v ที่ทางแยกนำร่องจะบอก EV ว่า EVSE ไม่พร้อม

เมื่อ EVSE พร้อมที่จะชาร์จ EV มันจะเชื่อมต่อ S1 กับออสซิลเลเตอร์สัญญาณ PWM ที่หน้าสัมผัสนักบินบอก EV ว่าแหล่งจ่ายไฟของรถยนต์ไฟฟ้าพร้อมแล้ว

จากนั้น EV ก็เปิด S2 ซึ่งผลิตประมาณ 6v ที่หน้าสัมผัสนักบินซึ่งแสดงว่าพร้อมเช่นกันแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในขั้นตอนนี้ขึ้นอยู่กับค่าตัวต้านทาน R3ค่าของตัวต้านทานนี้ระบุว่าจำเป็นต้องมีการระบายอากาศสำหรับพื้นที่ชาร์จนี้หรือไม่R3 = 1.3 kΩ แรงดันสัมผัสของคนขับคือ 6 V ซึ่งเทียบเท่ากับพื้นที่ชาร์จที่ไม่ต้องการการหมุนเวียนของอากาศหากจำเป็น R3 = 270Ω และแรงดันไฟสัมผัส 3 V

S2 สามารถปิดได้เมื่อรถกำลังชาร์จหรือต้องการหยุดชาร์จด้วยเหตุผลใดก็ตามสิ่งนี้จะเปลี่ยนระดับแรงดันบวกของ PWM เป็น 9v และแจ้ง EVSE ว่า EV ไม่พร้อมที่จะชาร์จ

โหมดการชาร์จ4

นี่เป็นโหมดการชาร์จเดียวที่มีที่ชาร์จภายนอกที่มีเอาต์พุต DCกระแสไฟตรงจะถูกส่งไปยังแบตเตอรี่โดยตรง และอุปกรณ์ชาร์จออนบอร์ดถูกข้ามไปโหมดนี้สามารถจ่ายกระแสตรงได้ 600 โวลต์กระแสไฟสูงสุดที่ 400Aระดับพลังงานสูงที่เกี่ยวข้องในโหมดนี้ต้องการระดับการสื่อสารที่สูงขึ้นและคุณลักษณะด้านความปลอดภัยที่เข้มงวดยิ่งขึ้น

โหมด 4 อนุญาตให้เชื่อมต่อกับเคส C เท่านั้น โดยที่สายชาร์จเชื่อมต่อกับสถานีชาร์จอย่างถาวร

สองวิธีการชาร์จใหม่

การชาร์จแบบไร้สาย

โหมดการชาร์จแบบไร้สายไม่จำเป็นต้องส่งพลังงานผ่านสายเคเบิล และใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า คัปปลิ้งสนามไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และคลื่นวิทยุเพื่อส่งพลังงานหากต้องการใช้โหมดการชาร์จแบบไร้สาย คุณต้องติดตั้งที่ชาร์จแบบเหนี่ยวนำในรถยนต์ในรถยนต์ก่อนไม่มีการเชื่อมโยงทางกลระหว่างส่วนรับพลังงานและส่วนจ่ายไฟของรถยนต์ แต่การเชื่อมต่อระหว่างตัวรับพลังงานและตัวจ่ายไฟจะต้องแม่นยำยิ่งขึ้น

ภายใต้ข้อจำกัดของความสมบูรณ์ของเทคโนโลยีและอุปกรณ์พื้นฐาน ผู้เชี่ยวชาญด้านไฟฟ้าเชื่อว่าเทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายไม่สามารถผลิตเป็นจำนวนมากได้ในขณะนี้เทคโนโลยีการชาร์จแบบไร้สายหลักในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นสนามแม่เหล็กในการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้า แต่วิธีการสะท้อนด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กมีประสิทธิภาพในการชาร์จที่สูงขึ้นและความเข้มของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต่ำกว่า ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าการโทรด้วยโทรศัพท์มือถือขดลวดไม่จำเป็นต้องอยู่ในแนวเดียวกันอย่างสมบูรณ์ ซึ่งอยู่นอกเหนือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

โอกาสการใช้งานในอนาคตของโหมดการชาร์จแบบไร้สายนั้นนับไม่ถ้วนในอนาคตจะสามารถชาร์จขณะเดินได้พลังงานไฟฟ้าอาจมาจากระบบจ่ายไฟของทางเท้าหรือจากพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่รถยนต์ได้รับ

การชาร์จมือถือ

สถานการณ์ในอุดมคติสำหรับแบตเตอรี่ EV คือการชาร์จไฟในขณะที่รถกำลังแล่นอยู่บนท้องถนน ซึ่งเรียกว่าการชาร์จมือถือ (MAC)ด้วยวิธีนี้ ผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้าจึงไม่ต้องค้นหาสถานีชาร์จ จอดรถ และใช้เวลาชาร์จระบบ MAC ถูกฝังอยู่ใต้ส่วนหนึ่งของถนน กล่าวคือ พื้นที่ชาร์จ และไม่ต้องการพื้นที่เพิ่มเติม

สามารถใช้ระบบ MAC แบบสัมผัสและแบบอุปนัยได้สำหรับระบบ MAC แบบสัมผัส จำเป็นต้องติดตั้งส่วนโค้งสัมผัสที่ด้านล่างของตัวรถ และส่วนโค้งสัมผัสสามารถรับกระแสไฟสูงได้ในทันทีโดยการสัมผัสองค์ประกอบการชาร์จที่ฝังอยู่ในพื้นผิวถนนเมื่อรถยนต์ไฟฟ้าแล่นผ่านบริเวณ MAC กระบวนการชาร์จจะเป็นการชาร์จแบบพัลส์สำหรับระบบ MAC แบบเหนี่ยวนำ แผงสัมผัสบนกระดานจะถูกแทนที่ด้วยขดลวดเหนี่ยวนำ และองค์ประกอบการชาร์จที่ฝังอยู่ในพื้นผิวถนนจะถูกแทนที่ด้วยขดลวดกระแสสูงที่สร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงเห็นได้ชัดว่า เนื่องจากอิทธิพลของปัจจัยต่างๆ เช่น การสูญเสียทางกลและตำแหน่งการติดตั้งของส่วนโค้งของหน้าสัมผัส ประเภทของหน้าสัมผัส MAC จึงไม่น่าดึงดูดใจผู้คนมากนัก

สรุปแล้ว

โดยสรุป มาตรฐาน IEC 61851 เกี่ยวข้องกับระบบการชาร์จแบบสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับรถยนต์ไฟฟ้ามาตรฐานเหล่านี้อธิบายโหมดการชาร์จที่แตกต่างกันสี่โหมด

สามโหมดแรกจะจ่ายไฟ AC ให้กับเครื่องชาร์จ EV ออนบอร์ดอย่างไรก็ตาม โหมด 4 จะส่งพลังงาน DC ไปยังแบตเตอรี่โดยตรงและข้ามที่ชาร์จในตัวโหมด 3 ใช้ฟังก์ชันการควบคุมและป้องกันที่หลากหลาย โดยมุ่งเป้าไปที่ความปลอดภัยสาธารณะ