נצלו את התכן המודולרי עבור תחנות טעינת EV מהירה

נהגים של מכוניות מונעי-דלק רגילים יותר ויותר להיכנס לתחנות שירות וחניונים ולזהות עמדות טעינה עבור רכבים חשמליים (EV) הצצות לכאורה כמעט בכל מקום. עם זאת, לנהגי EV בנסיעות ארוכות או לאלה בנסיעות קצרות ששכחו להטעין לאחרונה, עמדות הטעינה הזמינות יכולות להיראות מעטות ומרוחקות אחת מהשנייה. זו אינדיקציה לביקוש ההולך וגדל למוצרים מסחריים ותעשייתיים כדי למלא את הצורך באפשרויות טעינת EV‏ נוחות.

בניית תשתית טעינה היא חיונית כדי לעמוד ביעדי הממשלה להחלפרכבים מונעי דלק מאובנים ב-EV. לקראת סוף 2021 בארה"ב, ממשל ביידן הכריז על אסטרטגיה לבניית 500,000 מטעני EV ציבוריים ברחבי המדינה עד 2030, ודו"ח של משרד האנרגיה הצביע על כך שיש צורך ב-1.2 מיליון עד אז. גם הממלכה המאוחדת, סין והאיחוד האירופי מסבסדות ומקדמות השקעות בתשתית מטענים ציבורית.

תמריצים ממשלתיים והגבלות פליטה צפויות להוביל את מכירות רכבי EV‏ מ-2 מיליון ב-2020 ל-73 מיליון יחידות ב-2040, המהווים 61% ממכירות הרכב העולמיות ואף יותר ביפן, בארה"ב ובאיחוד האירופי. חברת הייעוץ מקינזי מעריכה את העלות עבור חומרה, תכנון והתקנה של מטענים ציבוריים בארה"ב (למעט שדרוגי חשמל ברשת ובאתרים) ב-35 מיליארד דולר עד 2030, ועוד 16 מיליארד דולר עבור מי שנמצאים במקומות עבודה ובמקומות חניית ציי רכב.

תכני פתרון טעינה מסחרי

עם הגידול במספר רכבי EV‏ על הכביש מיום ליום, השוק הפוטנציאלי לפתרונות טעינה הוא עצום, שכן הערכות ממשלת ארה"ב עבור התקנות נקודות טעינה ציבוריות בתחילת 2024 מנו פחות מ-200,000.

צפוי שהביקוש יגדל ככל שאמון הצרכנים במכוניות EV יגדל עם אימוץ טכנולוגיית טעינה בהספק גבוה (HPS‏) המעניקה טווח נסיעה של בערך 19 מייל (כ-30 ק"מ) על כל דקת טעינה. זאת בהשוואה לטעינה של 2.5 מייל (4 ק"מ) לדקה עם זרמי הטעינה של kW‏ 200‏ של תקן מערכת טעינה משולבת (CCS‏).

ישנם שיקולי תכנון רבים עבור פתרונות טעינה מסחריים ותעשייתיים, ואחד מהם, ולא הפחות חשוב, הוא היכולת להסתגל לתקנים המתפתחים של טעינת EV. חיוני הוא שמתכנני המוצרים ייצרו פתרונות מנצחים סביב מאפיינים מרכזיים, כולל:

• טעינה מהירה ויעילה עבור מגוון של רכבים חשמליים, לרבות מכוניות, אוטובוסים ומשאיות
• יעילות אנרגטית המבטיחה שימוש בהספק מקסימלי לטעינה ומזעור איבוד החום
• חווית טעינה עקבית, גם בנוכחות תנודות מתח
• חיי שירות ארוכים וקלות תחזוקה
• מידרגיות עד לתחום של מגה-וואט כדי להתאים את פעולתם של חניוני טעינה גדולים ולגידול הצפוי ברכבי EV על הכביש
• פעולה בטוחה ואמינה, עם הגנה מפני נחשולי מתח, הגנה מפני התחממות-יתר ומפסקי זרם

הספקת חשמל מהירה, נוחה ואמינה לרכבים חשמליים דורשת תכני מוצר המציעים נצילות גבוהה וגמישות שימוש ביישומים ציבוריים ומסחריים/תעשייתיים.

ספקי-כוח מודולריים לטעינה מהירה יותר של EV

Phoenix Contact מציעה מודולי הספקת-כוח CHARX‏ מודולריים המתוכננים עבור טעינה מהירה ויעילה של EV. הם גם מתאימים עבור טעינה מחוץ לכבישים מהירים עבור ציי רכב וציוד כבד, מיקרו-רשתות-חשמל AC, רשתות חשמל DC במתח גבוה, אחסון אנרגיה ויישומי אלקטרוליזה מימן.

נוסדה בגרמניה בשנת 1923, החברה היא מובילת שוק עולמית של רכיבים, מערכות ופתרונות בהנדסת חשמל, אלקטרוניקה ואוטומציה. היא תומכת בחזון של חברה כל-חשמלית שבו הגדלת החשמול, הרשתות והאוטומציה של סקטורים הולכים יד ביד עם תלות גוברת בפתרונות הספקת חשמל אמינים. לשם כך היא מתמקדת באספקת נקודות טעינה מהירות, בטוחות ותואמות-תקנים וממשקי טעינה עם הטכנולוגיות העדכניות ביותר.

חלק מסל מוצרים מקיף לבניית פתרונות טעינה, מודולי הספקת-הכוח CHARX (איור 1) זמינים בגרסות AC/DC ו-DC/DC הניתנות להרכבה ישירה ללא מסילות DIN בארון סטנדרטי בגודל 19 אינץ', הנפוץ בשימוש בתחנות טעינה EV‏. תכן תחיבה-והפעלה המודולרי של CHARX מפשט ומזרז תהליכי התקנה ותחזוקה עם טכנולוגיות חיבור מהיר בלחיצה-פנימה ו-T-LOX‏. מידות המודול הן רוחב 483 מ"מ, גובה 134 מ"מ ועומק 550 מ"מ.

איור 1‏: מודול הספקת-כוח CHARX‏ מודולרית זמינה בדגמי AC/DC‏ או DC/DC‏. (מקור התמונה: Phoenix Contact)

ממוטב עבור טעינת DC עם מתחים וזרמים גבוהים, כל מודול הספקת-כוח יכול לספק הספק טעינה של עד kW‏ 360‏. הם בעלי נצילות הספקת-כוח של 95% בעומס של 50%, עם פיזור הספק נמוך מתחת ל-W‏ 14‏ באופן המתנה המבטיח חיסכון כשהם לא בשימוש פעיל.

הספקת-הכוח לטעינה היא מידרגית באמצעות חיבור גמיש של מודולים וארונות מערכת. עם טכנולוגיית קירור מתאימה, מודולי CHARX מאפשרים הספק טעינה עם זרם HPC של עד כדי kW‏ 500‏, שהוא אידיאלי עבור חניוני טעינה עד לתחום של מגה וואט.

מודול הספקת-כוח AC/DC‏ PS-M2/3AC/1000DC/30KW‏ CHARX‏ 1232243‏ תלת-פאזיים הם בעלי תחום כניסות של _AC‏V‏ 340‏ עד _AC‏V‏ 530‏. מודול הספקת-כוח DC/DC‏ PS-M2/825DC/1000DC/30KW‏ CHARX‏ 1296467‏ הם בעלי תחום כניסות של _AC‏V‏ 300‏ עד _AC‏V‏ 825‏. שני מודולי הספקת-הכוח הם בעלי תחום יציאות מ-V‏ 30‏_DC‏ עד V‏ 1,000‏_DC‏.

מודולי ה-DC/DC מספקים עקיבת נקודת הספק מקסימלית (MMPT‏) רצופה המתאימה את מתח וזרם הכניסה של מערך סולארי כדי למטב את הספק היציאה. זה מסייע לתפוקה היעילה ביותר עבור ההתקן, למרות רמות שונות של קרינת שמש, טמפרטורה וסוגי פאנלים PV.

בקר יחיד עבור מספר ארונות

פעולה יעילה של מודולי הספקת-כוח וארונות רבים היא תוצאה של פרוטוקול מבוסס הודעות אפיק רשת אזור בקרים (CAN‏), המאפשר תקשורת בין-ההתקנים ללא מחשב מארח. פרוטוקול טעינת רשת חשמל (GCP‏) מבוסס-CAN מספק תקשורת בין מודולי הספקת-כוח אחד או יותר לבין בקר הטעינה, ותומך בשיטות תקשורת Peer-to-Peer‏, Multicast‏ ו-Broadcast‏.

מודול בקר טעינה ניתן-לתכנות EV-PLCC-AC1-DC1‏ 1624130‏ (איור 2) עובד עם מודולי הספקת-כוח AC/DC או DC/DC עבור תחנות טעינה DC. זהו המרכיב המרכזי של מערכת טעינה חשמלית, המספק תקשורת רשת, אימות משתמש, ניהול עומס ופונקציות בטיחות. ממשק אפיק CAN‏ שלו מנהל את פילוג הספקת-הכוח והתקשורת עבור יישומי טעינה מהירה.

איור 2: בקר טעינה ניתן-לתכנות EV-PLCC-AC1-DC1 משמש עם מודולי הספקת-הכוח AC/DC‏ ו-DC/DC‏ CHARX‏. (מקור: Phoenix Contact)

הבקר פועל בהתאם ל-IEC 61851-1, IEC 61851-23, DIN SPEC 70121, ולתקני CHAdeMO, ומעניק ורסאטיליות עבור דרישות טעינה שונות. הוא כולל ממשקי Ethernet כפולים ומודם אלחוטי משולב, כולל אפשרות 4G.

היכולת להשתמש בבקר יחיד עבור מספר ארונות מפשטת את התחזוקה ומפחיתה את עלויות ההתקנה והתפעול. בקר CHARX יכול להתחבר לעד 48 מודולי הספקת-כוח. הוא תומך ב-OCPP 1.6J‏ (Core-Profile‏) עבור תקשורת עם מערכות ניהול עמדות טעינה, כמו גם פרוטוקולי תקשורת Modbus/TCP או MQTT עבור אינטגרציה עם מערכות ופלטפורמות חיצוניות.

הבקר תומך ב-16 כניסות דיגיטליות ומשתמש במחברי COMBICON עבור הרכבה גמישה וחיבורים מאובטחים למודולי הספקת-הכוח. פעולה רצופה בזמן הפסקות חשמל מסופקת עם סוללה משולבת נטענת.

סיכום

מודולי הספקת-כוח ובקר CHARX של Phoenix Contact מספקים אפשרויות מגוונות ואמינות עבור תכנון עמדות טעינה בהספק גבוה. עם גמישות ומידרגיות, סל המוצרים של CHARX מאפשר פתרונות המעניקים ניהול יעיל וחסכוני של מספר ארונות ומודולי הספקת-כוח עבור יישומי טעינה שונים, כמו גם אינטגרציה חלקה עם פרוטוקולי תקשורת שונים ומערכות חיצוניות.