Kiến thức cơ bản về sạc xe ô tô điện

(EV CHARGER – 101) – Phần 1

  1. Làm thế nào để “sạc” đầy pin?

Hãy cắm vào!

Khía cạnh cơ bản nhất về Xe điện (EV) có thể dễ dàng nhận thấy là, nó có pin cần được sạc. Có hai cách để giải quyết vấn đề này: pin có thể được sạc bên trong xe hoặc có thể tháo nó ra khỏi EV để sạc. Vấn đề thứ hai, trong đó vấn đề sạc EV được đơn giản hóa thành ‘thay thế bằng giải pháp pin đã sạc’, thường được gọi là Hoán đổi pin. Mặt khác, pin bên trong xe có thể được sạc bằng cách cắm điện hoặc không dây. Thuật ngữ kỹ thuật để cắm vào qua cáp là dẫn điện và đối với sạc không dây là Cảm ứng.

Tóm lại, ba cách có thể để “sạc” một chiếc xe điện là Dẫn điện, Cảm ứng và Thay pin .

Trong trường hợp bạn đang tự hỏi làm thế nào pin lấy ra khỏi EV để hoán đổi được sạc như thế nào? Nó cũng thông qua kết nối phích cắm. Pin được kết nối với cái được gọi là bộ sạc pin , là một thiết bị cung cấp dòng điện và điện áp sạc cần thiết cho pin. Bộ sạc pin không có gì mới, nhưng có một số điều quan trọng cần nhớ khi sạc pin.

  • Thứ nhất, pin là nguồn điện một chiều hoặc một chiều. Điều này có nghĩa là dòng điện đi ra khỏi pin không đảo ngược hướng của nó. Điều này cũng có nghĩa là pin chỉ có thể được sạc bằng nguồn DC.
  • Thứ hai, phân phối điện chủ yếu là dòng điện xoay chiều, như tên gọi đã chỉ ra rằng nó sẽ thay đổi hướng. Điều đó có nghĩa là có nhiều khả năng nguồn điện từ bất kỳ ổ cắm nào xung quanh bạn là nguồn AC.
  • Do đó, phải có một quá trình trong đó nguồn AC từ lưới được chuyển đổi thành DC mà pin có thể chấp nhận. Trong thuật ngữ điện tử công suất, thiết bị này là một bộ chỉnh lưu,và quá trình chỉnh lưu sẽ tạo ra nhiệt.
  • Bây giờ, nguồn điện được chỉnh lưu phải rơi vào các giới hạn điện áp và dòng điện quy định nhất định, bởi vì pin rất nhạy cảm với điều đó. Thường có một bộ chuyển đổiDC sang DC giúp giảm và duy trì công suất đầu ra được chỉnh lưu trong giới hạn mà pin có thể chấp nhận.
  • Cuối cùng, pin cũng có một thiết bị để đảm bảo rằng việc sạc được diễn ra một cách chính xác. Điều quan trọng cần lưu ý là: sạc là một quá trình tạo ra rất nhiều nhiệt. Thiết bị chịu trách nhiệm chăm sóc pin được gọi là Hệ thống quản lý pin hoặc BMS.

Một điều quan trọng khác ở đây là, cũng có thể pin được sạc từ nguồn DC. Nếu nguồn điện đến từ nguồn một chiều như hệ thống PV năng lượng mặt trời hoặc bất kỳ loại pin nào khác, thì không cần quá trình chỉnh lưu. Do đó, không có bộ chỉnh lưu trong bộ sạc pin từ nguồn DC. Có thể vẫn cần một bộ chuyển đổi DC-DC để mang lại nguồn điện trong giới hạn chấp nhận của pin và BMS, nếu không thì quá trình này sẽ không thể thực hiện được. Vì vậy, có thể kết luận rằng tất cả quá trình sạc pin đều là DC bất kể nguồn điện đầu vào cho bộ sạc là bao nhiêu.

  1. Sạc AC và DC là gì?

Người ta thường nghe các thuật ngữ sạc AC và DC liên quan đến xe điện – EV. Vì nó đã được lặp lại rằng tất cả sạc pin là DC, khi đó, mệnh giá của sạc AC và DC có thể xuất hiện dưới dạng oxymoron (phép nghịch hợp của hai khái niệm đối lập nhau – LTC). Tuy nhiên, thuật ngữ này liên quan đến việc sạc pin bên trong EV và cho biết loại điện được cung cấp cho EV. Trước khi cân nhắc về sạc AC và DC, cần phải thảo luận Thiết bị Dịch vụ Xe điệnEVSE là gì.

Thiết bị chuyên dụng được gọi là Thiết bị Dịch vụ Xe điện hoặc EVSE là  một thiết bị cần thiết để sạc pin bên trong xe điện. EVSE chủ yếu bao gồm một thiết bị có thể chuyển điện từ lưới điện sang EV. Điều tiếp theo mà EVSE có thể có là một thiết bị cho phép thiết bị chuyển điện ở trên và BMS giao tiếp với nhau. Cũng cần có một số mạch bảo vệ từ góc độ an toàn. Nhìn chung, EVSE giúp kết nối EV với lưới điện và chắc chắn có thiết bị chuyển điện, nơi có thể tùy chọn mạch giao tiếp và bảo vệ. Hai cách sau có rất nhiều ý nghĩa về cách truyền điện hoặc ” Chế độ ” sạc – sẽ được xem xét sau.

Trở lại với câu hỏi thô sơ về AC và DC, tất cả những gì cần xem xét là “lắp đặt bộ sạc pin ở đâu”. Bộ sạc pin có thể được đặt bên trong hoặc bên ngoài EV. Điển hình trong trường hợp bộ sạc nằm bên trong EV, quá trình sạc được gọi là sạc AC và ngược lại được gọi là sạc DC. Điều này ngụ ý rằng trong trường hợp sạc AC, đầu vào cho (bộ sạc bên trong) EV là AC. Tương tự đối với sạc DC, đầu vào được cung cấp cho EV là DC .

Tìm hiểu sâu hơn một bước, nếu nguồn AC được cấp cho EV, điều cần thiết là phải có một thiết bị bên trong EV để đảm nhiệm việc chỉnh lưu AC-DC và chuyển đổi DC-DC khác nếu cần, trước khi cung cấp cho nó vào pin. Quá trình sạc tương đối đơn giản và nó đòi hỏi phải cắm EV vào bất kỳ ổ cắm AC nào và nó sẽ được sạc. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi hầu hết tất cả các EV đều có bộ sạc AC trên bo mạch. Sự hiện diện của bộ sạc trên xe mang đến khả năng sạc xe điện bằng cách cắm ở bất kỳ đâu. Tuy nhiên, quyền tự do làm như vậy bị giới hạn bởi ” Loại ” phích cắm mà EV có thể lắp vào, sẽ được khám phá ở cuối bài viết này.

Một khía cạnh quan trọng khác ở đây là bộ sạc trên bo mạch sẽ làm tăng thêm trọng lượng của EV. Trọng lượng của bộ sạc trên bo mạch thường tăng lên khi công suất đầu ra tăng lên. Thêm bất kỳ mạch nào khác lên trên mạch cơ bản cũng có ý nghĩa sẽ tăng thêm về trọng lượng. EV đã “nặng” so với trọng lượng của pin và bộ truyền động, và trường hợp tối ưu để thiết kế EV là cố gắng giảm thêm bất kỳ trọng lượng nào càng nhiều càng tốt. Trọng lượng của một chiếc xe điện cũng có mối tương quan trực tiếp đến hiệu quả năng lượng và khả năng chuyên chở hành khách của nó. Có thể thấy, các bộ sạc trên bo mạch thường có công suất thấp và không có các phần tử mạch phức tạp – bộ phần mà có thể cung cấp thêm quyền kiểm soát đối với quá trình sạc. Điều quan trọng là phải nhận ra rằng bất kỳ thiết bị bổ sung nào, chẳng hạn như những gì cần thiết để kiểm soát hoặc thay đổi tốc độ của quá trình sạc phải được đặt cùng với EVSE. Từ khía cạnh an toàn, thường không khuyến khích việc trang bị bộ sạc dung lượng cao trên bo mạch.

Mặt khác, để sạc DC, bộ chỉnh lưu AC-DC là một phần vốn có của EVSE. Do đó, có thể cung cấp DC trực tiếp cho pin, bỏ qua bộ sạc trên bo mạch như thể hiện trong hình trên. Một ưu điểm ở đây là việc hạn chế trọng lượng hoặc khả năng truyền tải điện không còn được áp dụng nữa. Nhiệt tạo ra trong quá trình chỉnh lưu cũng có thể được xử lý riêng biệt. Do đó, hạn chế duy nhất ở đây là lượng điện năng mà pin có thể nhận được. Điều này mang lại cơ hội sạc nhanh hơn, miễn là pin có khả năng nhận được năng lượng cao như vậy.

Theo báo cáo của AEEE ” Sạc phương tiện xe buýt của Ấn Độ ” trình bày các công nghệ sạc liên quan đến xe buýt điện. Trong trường hợp xe buýt, nghiên cứu báo cáo rằng công suất đầu ra của bộ sạc DC có thể từ 50-600 kW, trong khi bộ sạc AC cao nhất chỉ là 80 kW. Đúng là nguồn điện sạc AC thường thấp hơn nguồn điện sạc DC . Tuy nhiên, điều quan trọng là không nên kết luận rằng sạc DC nhanh và AC chậm. Các lập luận về chậm và nhanh sẽ được trình bày trong một bài viết tiếp theo của loạt bài này.

Mặt khác, sạc DC đòi hỏi các hệ thống giao tiếp và giao thức phức tạp giúp bộ sạc có thể phối hợp với BMS. Hai trong số các giao thức truyền thông phổ biến nhất liên quan đến sạc DC là Tiêu chuẩn sạc kết hợp (CCS) của Châu Âu và CHAdeMO của Nhật Bản . Cả hai đều có một phích cắm riêng biệt để kết nối được hiển thị trong hình ảnh bên dưới. Trong khi Nissan Leaf tuân theo tiêu chuẩn CHAdeMo để sạc, thì mẫu xe mới nhất tại thị trường Ấn Độ là Hyundai Kona sử dụng CCS. Chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về CCS và CHAdeMo sau.

Cũng có thể thực hiện sạc qua DC mà không cần các giao thức truyền thông phức tạp. Điều này xảy ra khi nguồn DC được cung cấp cho bộ chuyển đổi DC-DC trên bo mạch chứ không phải trực tiếp vào pin. Điều này được quan sát trong trường hợp sạc điện một chiều trực tiếp qua dây dẫn và hệ thống sạc nhanh cho xe buýt điện. Các nghiên cứu điển hình về kiểu tính phí này nằm trong báo cáo của AEEE ” Tính phí Vận tải Xe buýt của Ấn Độ ” – Các bạn có thể tìm hiểu thêm tại: https://www.aeee.in/wp-content/uploads/2019/07/full-report-charging-india-bus-transport.pdf

  1. Loại, Cấp độ và Chế độ sạc

Ba sơ bộ xung quanh việc sạc EV về cơ bản là Loại phích cắm, Mức công suất (cấp độ) và Chế độ sạc . Các mức sạc đến từ thị trường Hoa Kỳ, nơi các Chế độ sạc được phát triển ở thị trường Châu Âu. Không dễ để vẽ ra sự tương đồng giữa các Cấp độ sạc và Chế độ sạc. Tuy nhiên, nói chung, Mức 3 và Chế độ 4 của sạc tương quan với sạc DC và tất cả các mức khác đều liên quan đến sạc AC. Một cuộc thảo luận tỉ mỉ về Cấp độ và Chế độ sẽ là một phần của các bài viết sau mà chúng tôi sẽ đề cập. [Để biết rõ hơn về Cấp độ và Chế độ, vui lòng kiểm tra ” Tính phí phương tiện xe buýt của Ấn Độ ” trong đường dẫn trên.

Hãy kết thúc bài viết này với thảo luận về “Loại” của EVSE. Loại phích cắm để sạc EV thay đổi theo vùng địa lý và phụ thuộc vào mạng lưới phân phối điện trong khu vực. Hình dưới đây cho thấy các loại phích cắm khác nhau được sử dụng trên các thị trường xe điện lớn.

Kiến thức cơ bản về sạc xe ô tô điện (EV CHARGER - 101) – Phần 1

Rõ ràng là phích cắm sạc AC phổ biến nhất là Loại 1 phổ biến ở Mỹ hoặc Loại 2 phổ biến ở Châu Âu. Phiên bản phích cắm AC của Trung Quốc tương tự như loại 2. Phích cắm loại 1 của Châu Âu cung cấp cho sạc AC một pha, trong đó loại 2 có thể được sử dụng cho cả sạc một pha và ba pha. Ở Ấn Độ, tiêu chuẩn Bharat AC 001 quy định việc sử dụng phích cắm công nghiệp một pha như thể hiện trong hình bên dưới để sạc EV.

Kiến thức cơ bản về sạc xe ô tô điện (EV CHARGER - 101) – Phần 1

Phích cắm bộ sạc DC có nhiều loại tối đa trong số các phích cắm, vì nó có thể là CCS 1, CCS 2, CHAdeMO, GB / T hoặc Tesla . Phích cắm CCS, như biệt danh biểu thị là sự kết hợp giữa phích cắm sạc AC trong khu vực đó với hai chân sạc DC. Mặt khác, GB / T và CHAdeMO của Trung Quốc có thiết kế rất khác biệt. GB / T là phích cắm được chỉ định trong tiêu chuẩn Bharat DC 001 do Ấn Độ phát triển. Một đặc điểm khác biệt về phích cắm Tesla là người ta có thể sử dụng cùng một phích cắm để sạc AC và DC. Tuy nhiên, những chiếc xe Tesla ở châu Âu sử dụng CCS 2 để sạc.

Cuối cùng, không thể kết thúc một cuộc thảo luận về EV mà không thảo luận về các tiêu chuẩn sạc EV. Tiêu chuẩn hóa rất quan trọng từ góc độ khả năng tương tác trong sạc EV. Có các tiêu chuẩn khu vực tại các thị trường xe điện nổi bật bao gồm cả Ấn Độ. Các tổ chức như Hiệp hội Kỹ sư Ô tô và Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) cũng tích cực trong các tiêu chuẩn sạc EV. IEC cũng đang đưa ra các tiêu chuẩn cho tất cả các công nghệ sạc bao gồm sạc không dây và hệ thống hoán đổi pin. Một sự cân nhắc chi tiết về điều tương tự sẽ là một phần của một bài viết tiếp theo.

Bài viết này hầu như chỉ là phần giới thiệu về một phần cơ bản trong thế giới phức tạp của sạc ô tô điện – EV. Các bài viết tiếp theo sẽ thảo luận nhiều hơn về hệ sinh thái của những chuẩn phích cắm và sạc không dây, đặc điểm và hoán đổi pin, các tiêu chuẩn và giao thức sạc EV, Sạc nhanh và chậm, Mức độ và Chế độ, Giao tiếp và Bảo vệ, v.v. Chúng tôi cũng có thể xem xét sạc bằng năng lượng mặt trời và EV. Vui lòng cho biết đánh giá của bạn trong phần bình luận về chủ đề nào sẽ được thực hiện trong phần tiếp theo để chúng tôi có được sự chuẩn bị chu đáo. Nếu bạn có nhu cầu tìm hiểu thêm về sạc xe ô tô điện cũng như trang bị cho mình một hệ thống sạc xe điện tại nhà hoặc trạm sạc nơi công cộng, hãy liên hệ với LITHACO theo số ……. để được tư vấn chi tiết.

Tác giả: Chandana Sasidharan – Cộng tác viên nghiên cứu chính tại Liên minh vì nền kinh tế hiệu quả năng lượng (AEEE)

Sưu tầm và biên tập bởi Cao Văn Sơn – Lithaco

Nguồn:

https://www.linkedin.com/pulse/ev-charging-101-chandana-sasidharan/

 

 

Bình luận