Használja ki a villanyjármű-gyorstöltő állomások modulrendszerű kialakításának előnyeit

A benzinüzemű autók vezetői egyre inkább hozzászoktak ahhoz, hogy a benzinkutakra és a parkolókba behajtva újabban szinte mindenhol villanyjárművek (EV, electric vehicle) töltőállomásait látják. A hosszú utakra járó villanyjármű-vezetők vagy azok számára azonban, akik ugyan rövid távokon járnak, de az utóbbi időben elfelejtették feltölteni a járműveik akkumulátorát, a rendelkezésre álló töltőállomások száma kevésnek, helyük távolinak tűnhet. Ez azt jelzi, hogy egyre nő a kereslet az olyan kereskedelmi és ipari termékek iránt, amelyek segítenek kielégíteni a kényelmes villanyjármű-töltési lehetőségek iránti igényt.

A töltőinfrastruktúra kiépítése alapvető fontosságú a kormányok azon célkitűzéseinek eléréséhez, hogy a fosszilis tüzelőanyaggal működő járműveket villanyjárművekkel váltsák fel. Az Amerikai Egyesült Államokban 2021 vége felé a Biden-kormányzat bejelentette, hogy 2030-ig 500 000 nyilvános villanyjárműtöltő építését tervezi országszerte, míg az Energiaügyi Minisztérium jelentése szerint akkorra 1,2 millióra lenne szükség. Az Egyesült Királyság, Kína és az Európai Unió is támogatja és ösztönzi a nyilvános töltőinfrastruktúrába történő beruházásokat.

A kormányzati ösztönzők és a károsanyag-kibocsátási korlátozások miatt az előrejelzések szerint a 2020-as 2 millióról 2040-re 73 millió darabra nő a villanyautók eladása, ami a világ autóeladásainak 61%-át teszi ki, Japánban, az Amerikai Egyesült Államokban és az Európai Unióban pedig még ennél is magasabb ez az arány. A McKinsey 2030-ig 35 milliárd dollárra becsüli az amerikai nyilvános villanyjárműtöltő helyek anyag-, tervezési és kiépítési költségeit (a villamos hálózat és a telephelyek villamossági korszerűsítése nélkül), és további 16 milliárd dollárra a munkahelyeken és a flottatelephelyeken kiépített villanyjárműtöltő portok ugyanezen költségeit.

Kereskedelmi töltési megoldás tervezése

Mivel az utakon napról napra nő a villanyjárművek száma, a villanyjárműtöltő berendezések piacában óriási lehetőségek rejlenek, mivel az amerikai kormány becslései szerint 2024 elején még kevesebb mint 200 000 nyilvános töltőport volt az ország területén.

A kereslet várhatóan növekedni fog, ahogy nő a fogyasztók bizalma a villanyautók iránt a nagy teljesítményű töltési technika (HPS, High Power System) bevezetésével, amelynél egy percnyi töltés körülbelül 30 km-nyi (19 mérföld) távolság megtételét teszi lehetővé. Ehhez képest a kombinált töltőrendszerre (CCS, Combined Charging System) vonatkozó szabvány szerinti 200 kW-os töltési teljesítménnyel percenként mindössze 4 km (2,5 mérföld) megtételére elegendő töltést lehet elérni.

A kereskedelmi és ipari villanyjárműtöltő eszközök tervezése során számos szempontot kell figyelembe venni, köztük nem utolsósorban a fejlődő villanyjármű-töltési szabványokhoz való alkalmazkodóképességet. Alapvető fontosságú, hogy a terméktervezők a következő kulcsfontosságú jellemzők alapján hozzanak létre nyerő megoldásokat:

• Gyors és hatékony töltés számos villanyjárműtípus számára, beleértve a személygépkocsikat, buszokat és teherautókat is
• Jó hatásfok, amely biztosítja a lehető legjobb energiafelhasználást a töltéshez, és minimálisra csökkenti a hőveszteséget
• Egyenletes töltés, még feszültségingadozás esetén is
• Hosszú élettartam és könnyű karbantartás
• Méretezhetőség akár a megawattos tartományig, hogy kezelni lehessen a nagy töltőparkok üzemeltetését és az utakon jelen lévő villanyjárművek számának várható növekedését is
• Biztonságos és megbízható működés túlfeszültség-védelemmel, megszakítókkal és túlmelegedés elleni védelemmel

A villanyjárművek gyors, kényelmes és megbízható áramellátásához olyan termékekre van szükség, amely jó hatásfokot és rugalmasságot kínál a nyilvános és kereskedelmi/ipari berendezésekben való használathoz.

Modulrendszerű tápegységek a gyorsabb villanyjárműtöltéshez

A Phoenix Contact modulrendszerű CHARX tápegységeket kínál, amelyeket a villanyjárművek gyors és hatékony töltésére terveztek. Ezek a tápegységek alkalmasak ezenfelül flották és nehézgépek terepen való töltésére, váltakozó áramú mikrohálózatokhoz, nagyfeszültségű egyenáramú hálózatokhoz, energiatárolásra és hidrogénelektrolízist használó felhasználási területekre.

Az 1923-ban Németországban alapított vállalat világszerte piacvezető az elektrotechnikai, elektronikai és automatizálási alkatrészek, rendszerek és megoldások terén. A vállalat a teljes mértékben villamosított társadalom vízióját követi, amelyben az ágazatok növekvő villamosítása, hálózatba kapcsolása és automatizálása együtt jár a megbízható áramellátási megoldásoktól való egyre nagyobb függőséggel. Ennek érdekében a vállalat a legújabb technikákat használó, gyors, biztonságos és a szabványoknak megfelelő töltőpontok és töltőcsatlakozók gyártására összpontosít.

A CHARX tápegységek (1. ábra) az épületekben használható töltési megoldások átfogó termékválasztékának részeként egyenirányítós és egyenáram-átalakítós változatban is kaphatóak, és DIN sín nélkül, közvetlenül felszerelhetőek a szabványos 19 colos (48,3 cm) kapcsolószekrényekbe, amilyeneket általában a villanyjárműtöltő állomásokon használnak. A CHARX modulrendszerű, dugaszolós és T-LOX gyorscsatlakozós technikával ellátott, csatlakoztatás után azonnal használható kialakítása egyszerűsíti és felgyorsítja a kiépítési és karbantartási folyamatokat. A modul méretei: 483 mm széles, 134 mm magas és 550 mm mély.

1. ábra: Modulrendszerű CHARX tápegység, amely egyenirányítós és egyenáram-átalakítós változatban kapható (kép: Phoenix Contact)

A nagyfeszültségű és nagy áramerősségű egyenáramú töltéshez optimalizált egyes tápegységmodulok akár 360 kW töltési teljesítményt is képesek leadni. 50%-os terhelés mellett 95%-os hatásfokot, készenléti üzemmódban pedig 14 W alatti fogyasztást kínálnak, ami lehetővé teszi a költségtakarékosságot olyankor, amikor épp nincsenek használatban (nem zajlik töltés).

A töltési teljesítmény a modulok és a kapcsolószekrények rugalmas összekapcsolásával méretezhető. Megfelelő hűtési móddal a CHARX modulok akár 500 kW-os HPC-teljesítményig terjedő töltőáram-erősséget is lehetővé tesznek, ami ideálissá teszi őket a megawattos tartományba eső töltőparkokban való használatra.

A háromfázisú 1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW egyenirányítós modul bemenőfeszültség-tartománya 340 V és 530 V váltakozó feszültség (V_AC) között van. Az 1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW egyenáram-átalakítós modul bemenőfeszültség-tartománya 300 V és 825 V egyenfeszültség (V_DC) között van, így számos egyenfeszültségű rendszerben használható. Mindkét tápegység kimenőfeszültség-tartománya 30 V és 1000 V egyenfeszültség között állítható.

Az egyenáram-átalakítós modulok a napelemes rendszerekhez folyamatos csúcsteljesítménypont-követést (MMPT, maximum power point tracking) is szolgáltatnak, amely a leadott teljesítmény optimalizálása érdekében beállítja a napelemes tömbtől kapott bemenőfeszültséget és áramerősséget. Ez segíti a készülék legjobb hatásfokának elérését a napsugárzás és a hőmérséklet eltérő szintje és az eltérő napelempanel-típusok ellenére.

Egyetlen töltésvezérlő több kapcsolószekrényhez

A több tápegységmodul és kapcsolószekrény jó hatásfokú működését a CAN (Controller Area Network) sínen alapuló üzenetalapú protokoll teszi lehetővé, amely módot ad az eszközök közötti, központi számítógép nélküli kommunikációra. A CAN alapú GCP (Grid Charge Protocol, hálózati töltőprotokoll) protokoll lehetővé teszi a kommunikációt egy vagy több tápegységmodul és egy töltésvezérlő között, és támogatja az egyenrangú (peer-to-peer), a csoportos küldés (multicast) és a szórás (broadcast) típusú kommunikációs módszereket.

Az 1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 programozható töltésvezérlő modul (2. ábra) egyenáramú töltőállomásokhoz való egyenirányítós és egyenáram-átalakítós tápegységekkel is használható. Ez a villamos töltőrendszer központi eleme, amely hálózati kommunikációt, felhasználóhitelesítést, terheléskezelést és biztonsági funkciókat is kínál. A gyorstöltő berendezések esetében az energiaelosztást és a kommunikációt a töltésvezérlő CAN sínes illesztőfelülete kezeli.

2. ábra: Az egyenirányítós és egyenáram-átalakítós CHARX tápegységekkel is használható EV-PLCC-AC1-DC1 programozható töltésvezérlő (kép: Phoenix Contact)

A töltésvezérlő az IEC 61851-1, az IEC 61851-23, a DIN SPEC 70121 és a CHAdeMO szabványnak megfelelően működik, sokoldalúan alkalmazkodva a különböző töltési követelményekhez. Két Ethernet-csatlakozót és egy beépített vezeték nélküli modemet is tartalmaz, beleértve a 4G kapcsolat lehetőségét is.

Az, hogy egyetlen töltésvezérlő több tápegységmodulhoz is használható, egyszerűsíti a karbantartást, és csökkenti a kiépítési és üzemeltetési költségeket. A CHARX töltésvezérlő akár 48 tápegységmodulhoz is csatlakoztatható. Támogatja a töltőállomás-kezelő rendszerekkel való kommunikációra szolgáló OCPP 1.6J (Core-profil) protokollt, valamint a külső rendszerekkel és platformokkal való összeépítés érdekében a Modbus/TCP vagy MQTT kommunikációs protokollt.

A töltésvezérlő 16 digitális bemenet használatára ad lehetőséget, és COMBICON csatlakozókat használ a rugalmas összeszerelés és a tápegységmodulokhoz való biztonságos csatlakozás érdekében. Az áramszünetek alatti folyamatos működést egy beépített akkumulátor teszi lehetővé.

Összegzés

A Phoenix Contact CHARX tápegységmoduljai és töltésvezérlője sokoldalú és megbízható lehetőségeket kínálnak a nagy teljesítményű töltőállomások kialakításához. A CHARX termékválasztékának rugalmassága és méretezhetősége olyan megoldásokat tesz lehetővé, amelyek több kapcsolószekrény és tápegységmodul jó hatásfokú és költségtakarékos kezelésére adnak módot különböző töltőberendezésekben, valamint különböző kommunikációs protokollok használatára és külső rendszerekkel való problémamentes összeépítésre is lehetőséget adnak.