از آنجا که جهان توجه بیشتری به حفاظت از محیط زیست و توسعه پایدار می کند ، تقاضای بازار وسایل نقلیه برقی (EV) به عنوان وسیله ای برای انرژی پاک برای حمل و نقل همچنان رو به افزایش است. با این حال ، محبوبیت وسایل نقلیه برقی نه تنها به پیشرفت تکنولوژیکی خودروها بستگی دارد بلکه به توسعه همزمان فناوری شارژ نیز بستگی دارد. در این مقاله چندین زمینه اصلی فناوری شارژ وسایل نقلیه الکتریکی به عمق ، از جمله فناوری شارژ ، فناوری ارتباطات ، فناوری مدیریت باتری ، فناوری ذخیره سازی انرژی و فناوری مدیریت و ایمنی و استاندارد سازی مورد بررسی قرار می گیرد.
I. فناوری شارژ
(i) شارژ AC
شارژ AC یک انتخاب ایده آل برای شارژ در خانه و در محل کار با قدرت پایین آن (معمولاً کمتر از 22 کیلو وات) است. در اروپا ، روشهای شارژ تک فاز 7.4KW و سه فاز 22 کیلو وات متداول تر است ، در حالی که آمریکای شمالی تحت سلطه 19.2 کیلو وات است. مزیت این روش شارژ این است که می تواند از زمان استفاده از مدیریت قیمت برق پشتیبانی کند و به کاربران این امکان را می دهد تا اقتصادی ترین دوره شارژ را با توجه به نوسانات قیمت برق انتخاب کنند و از این طریق هزینه های شارژ را کاهش می دهند. علاوه بر این ، سازگاری تجهیزات شارژ AC با شبکه های هوشمند خانگی ، تجربه شارژ راحت تری را در اختیار کاربران قرار می دهد.
توسعه فناوری شارژ هوشمند باعث افزایش کارایی و تجربه کاربر در شارژ AC شده است. از طریق فناوری اینترنت اشیاء ، تجهیزات شارژ می توانند به تعادل بار برسند و به طور مؤثر از بروز اضافه بار شبکه جلوگیری کنند. در عین حال ، معرفی گواهینامه Plug & Charge فرآیند شارژ را ساده می کند و به کاربران این امکان را می دهد تا بدون عملیات پیچیده ، به شارژ سریع دست یابند.
با این حال ، تفاوت در استانداردها در مناطق مختلف همچنان یک چالش برای شارژ AC است. طراحی سازگاری GB/T چین ، نوع 2 اروپا و رابط SAE J1772 آمریکای شمالی برای دستیابی به شارژ متقابل منطقه ای از اهمیت بالایی برخوردار است. در آینده ، با اتحاد تدریجی استانداردهای جهانی ، راحتی و محبوبیت شارژ AC بیشتر بهبود می یابد.
(ب) شارژ دی سی
شارژ DC به اولین انتخاب برای سفر در مسافت طولانی و سناریوهای پر کردن انرژی سریع با قدرت بالا (60 کیلو وات - 240 کیلو وات شمع شارژ سریع و 250 کیلو وات یا بیشتر شمع های شارژ فوق العاده) و قابلیت شارژ سریع تبدیل شده است. به عنوان مثال ، قدرت اوج شمع های فوق العاده شارژ Tesla V3 می توانند به 250 کیلو وات برسند که زمان شارژ را بسیار کوتاه می کند.
استفاده از فناوری خنک کننده مایع یک نوآوری مهم در زمینه شارژ DC است. استفاده از خطوط اسلحه شارژ مایع ، مانند محلول شارژ فوق العاده 600 کیلو وات هواوی ، می تواند به طور موثری افزایش دما را در هنگام انتقال جریان بالا کاهش داده و ایمنی و پایداری روند شارژ را بهبود بخشد. ارتقاء این فناوری ضمانت شدیدی برای عملکرد قابل اعتماد تجهیزات شارژ با قدرت بالا فراهم می کند.
سازگاری پلت فرم ولتاژ فوق العاده بالا نیز یک جهت توسعه مهم فناوری شارژ DC است. تطبیق با مدل های باتری با ولتاژ 800 ولت ، مانند پورشه تیکین ، پس از 5 دقیقه شارژ ، به نتیجه شگفت انگیز 200 کیلومتر دامنه رانندگی رسیده است. این پیشرفت فناوری پشتیبانی شدیدی از عملکرد بالا و شارژ سریع وسایل نقلیه برقی فراهم می کند.
(iii) شارژ بی سیم
فناوری شارژ بی سیم با راحتی و احساس فناوری توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. شارژ بی سیم استاتیک از القاء الکترومغناطیسی استفاده می کند ، با بهره وری بیش از 90 ٪ ، مانند فناوری شارژ بی سیم که توسط BMW 530E استفاده می شود. با این حال ، نصب آن نیاز به دقت تراز زمین 7 سانتی متر پوند دارد که تقاضای زیادی را در فرآیند نصب قرار می دهد.
شارژ بی سیم پویا توسط کویل های تعبیه شده در جاده تأمین می شود. سئول ، کره جنوبی دارای بخش تظاهرات 1.2 کیلومتری با بهره وری 85 ٪ است ، اما هزینه ساخت آن به اندازه 4 میلیون دلار در کیلومتر است. این هزینه بالا ، کاربرد تجاری در مقیاس بزرگ شارژ بی سیم پویا را محدود می کند و پیشرفت های بهینه سازی فناوری و کنترل هزینه در آینده مورد نیاز است.
از نظر پیشرفت استاندارد ، تنظیم SAE J2954 از سطح قدرت 11kW و گسترش استاندارد QI به وسایل نقلیه برقی راهنمایی هایی را برای توسعه استاندارد فناوری شارژ بی سیم ارائه می دهد. با بهبود مداوم استانداردها ، انتظار می رود فناوری شارژ بی سیم مکانی را در زمینه شارژ وسایل نقلیه برقی اشغال کند.
| طبقه بندی | نوع فناوری | محتوای خاص |
| فناوری شارژ | شارژ AC | -این قدرت به طور کلی کمتر از 22 کیلو وات است (7.4 کیلو وات برای تک فاز در اروپا ، 22 کیلو وات برای سه فاز ؛ 19.2 کیلو وات قدرت اصلی در آمریکای شمالی است) ، از مدیریت زمان استفاده از زمان استفاده پشتیبانی می کند و برای شبکه های هوشمند خانگی مناسب است. - فناوری شارژ هوشمند: همراه با اینترنت اشیاء برای دستیابی به تعادل بار و جلوگیری از اضافه بار شبکه. برای بهبود تجربه کاربر از صدور گواهینامه Plug & Charge پشتیبانی می کند. - تفاوت های استاندارد: چین GB/T ، اروپا نوع 2 ، آمریکای شمالی SAE J1772 طراحی سازگاری رابط. |
| شارژ DC | - دامنه برق: 60kW-240kW (شمع شارژ سریع) ، 250 کیلو وات و بالاتر (شمع فوق العاده شارژ ، مانند شمع سوپر شارژ تسلا V3 با قدرت اوج 250 کیلو وات). - فناوری خنک کننده مایع: برای کاهش افزایش دما در هنگام انتقال جریان بالا و بهبود ایمنی ، از خط اسلحه شارژ مایع خنک شده (مانند محلول شارژ 600 کیلووات هواوی) استفاده کنید. -پلت فرم ولتاژ فوق العاده بلند: مناسب برای مدل های باتری با ولتاژ 800 ولت (مانند پورشه تیکین) ، 5 دقیقه شارژ برای دستیابی به دامنه 200 کیلومتر. | |
| شارژ بی سیم | - شارژ بی سیم استاتیک: راندمان القایی الکترومغناطیسی بیش از 90 ٪ (مانند BMW 530E) است و نصب نیاز به دقت تراز زمین 7 سانتی متر دارد. - شارژ بی سیم پویا: منبع تغذیه سیم پیچ تعبیه شده جاده ، سئول ، عملیات آزمایشی کره جنوبی بخش تظاهرات 1.2 کیلومتری ، راندمان 85 ٪ اما هزینه ساخت و ساز بیش از 4 میلیون دلار در کیلومتر است. - پیشرفت استاندارد: SAE J2954 سطح قدرت 11 کیلو وات را تعیین می کند ، و استاندارد QI به وسایل نقلیه برقی گسترش می یابد. |
ii. فناوری ارتباطی
(i) ارتباطات بی سیم
فناوری ارتباطات بی سیم نقش مهمی در زمینه شارژ وسایل نقلیه برقی دارد. از فناوری 4G/5G برای نظارت بر زمان واقعی برای اطمینان از ایمنی و کنترل پذیری فرآیند شارژ استفاده می شود. فناوری NB-IOT برای گزارش وضعیت دستگاه های کم مصرف مانند انتقال داده های متر مناسب است. Lora Technology مزایایی در استقرار شبکه های خصوصی در پارک دارد و می تواند به انتقال داده های پایدار دست یابد.
استفاده از فناوری محاسبات Edge ، شمع های شارژ را قادر می سازد تا داده ها را به صورت محلی پردازش کنند ، مانند صورتحساب رمزگذاری ، کاهش وابستگی به ابر و زمان پاسخ کمتر از 50 متر است. ارتقاء این فناوری باعث افزایش بهره وری عملیاتی و امنیت داده های سیستم شارژ شده است.
از نظر پروتکل های امنیتی ، اجرای رمزگذاری اجباری TLS 1.3 به طور موثری از تهدیدهای امنیتی شبکه مانند حملات میانه در میانه جلوگیری می کند و امنیت داده ها و حریم شخصی کاربر را در طی فرآیند شارژ تضمین می کند.
(ii) ارتباطات سیمی
فناوری ارتباطی سیمی نیز در زمینه شارژ وسایل نقلیه الکتریکی ضروری است. پروتکل صنعتی Profinet/IP از انتقال 1 گیگابایت در ثانیه پشتیبانی می کند و نیازهای کنترل زمان واقعی را برآورده می کند. از اتوبوس CAN برای برقراری ارتباط بین BMS (سیستم مدیریت باتری) و شمع شارژ استفاده می شود ، به دنبال استاندارد ISO 15118 برای اطمینان از صحت و قابلیت اطمینان انتقال داده ها.
استفاده از فناوری افزونگی فیبر نوری ، مانند طراحی توپولوژی شبکه حلقه دوگانه ، باعث ایجاد صفر از ارتباطات در ایستگاه های شارژ بزرگراه می شود. ارتقاء این فناوری ، ثبات و قابلیت اطمینان شبکه شارژ را بهبود می بخشد و ضمانت محکمی برای سفر از راه دور وسایل نقلیه برقی فراهم می کند.
| طبقه بندی | نوع فناوری | محتوای خاص |
| فناوری ارتباطی | ارتباطات بی سیم | -ارتباطات چند حالته: 4G/5G برای نظارت در زمان واقعی استفاده می شود ، از NB-IOT برای گزارش وضعیت دستگاه کم مصرف (مانند کنتورهای برق) استفاده می شود و LORA برای استقرار شبکه خصوصی در پارک استفاده می شود. - محاسبات لبه: داده های محلی را در ایستگاه شارژ (مانند رمزگذاری صورتحساب) ، کاهش وابستگی به ابر و زمان پاسخ <50ms پردازش کنید. -پروتکل امنیتی: رمزگذاری اجباری TLS 1.3 برای جلوگیری از حملات میانه. |
| ارتباطات سیمی | - پروتکل صنعتی: PROFINET/IP از انتقال 1Gbps برای پاسخگویی به نیازهای کنترل در زمان واقعی پشتیبانی می کند. اتوبوس CAN برای برقراری ارتباط بین BMS و شمع های شارژ (استاندارد ISO 15118) استفاده می شود. - افزونگی فیبر: طراحی توپولوژی شبکه دو حلقه ای (مانند مقیاس زیمنس) ، قطع صفر ارتباطات در ایستگاه های شارژ بزرگراه را تضمین می کند. |
iii فناوری مدیریت باتری
(i) مدیریت انرژی باتری
فناوری مدیریت انرژی باتری برای افزایش عمر باتری و بهبود کارایی شارژ از اهمیت زیادی برخوردار است. فناوری پیش بینی AI ، مانند الگوریتم LSTM ، می تواند باتری SOC (وضعیت شارژ) را با دقت 3 ± پیش بینی کند. استفاده از مدل دوقلوی دیجیتال ، منحنی شارژ را بیشتر بهینه می کند و راندمان شارژ را بهبود می بخشد.
فن آوری استفاده از لایه از باتری های بازنشسته برای شمع های ذخیره انرژی مانند ایستگاه های تعویض باتری Weilai استفاده می کند که هنوز هم می تواند 5 سال پس از پوسیدگی ظرفیت به 70 ٪ خدمت کند. ارتقاء این فناوری نه تنها متوجه بازیافت منابع می شود ، بلکه پشتیبانی جدی از توسعه پایدار صنعت وسایل نقلیه برقی نیز فراهم می کند.
(ب) مدیریت حرارتی باتری
فناوری مدیریت حرارتی باتری برای اطمینان از ایمنی و عملکرد باتری ها بسیار مهم است. مواد تغییر فاز (PCM) ، مانند مواد کامپوزیت مبتنی بر پارافین ، می توانند در هنگام شارژ و تخلیه باتری ، گرما را جذب کنند و دامنه کنترل دما می تواند به -20 ℃ -50 برسد. کاربرد این فناوری به طور موثری دمای باتری را کنترل می کند و عمر و ایمنی باتری را بهبود می بخشد.
فناوری خنک کننده ترموالکتریک از اثر Peltier برای کنترل فعال دما استفاده می کند و راندمان 15 ٪ بیشتر از خنک کننده مایع سنتی است. این نوآوری تکنولوژیکی یک راه حل کارآمدتر و قابل اطمینان تر برای مدیریت حرارتی باتری فراهم می کند.
| طبقه بندی | نوع فناوری | محتوای خاص |
| فناوری مدیریت باتری | مدیریت انرژی باتری | - پیش بینی AI: الگوریتم LSTM باتری SOC (3 ٪ ±) را پیش بینی می کند ، و مدل دوقلوی دیجیتال منحنی شارژ را بهینه می کند. - استفاده ثانویه: باتری های بازنشسته برای شمع های ذخیره انرژی (مانند ایستگاه های تعویض باتری Weilai) استفاده می شوند و هنوز هم می توانند 5 سال پس از پوسیدگی ظرفیت به 70 ٪ خدمت کنند. |
| مدیریت حرارتی باتری | -مواد تغییر فاز (PCM): مواد کامپوزیت مبتنی بر پارافین ، گرمای شارژ و تخلیه باتری را جذب می کنند ، با دامنه کنترل دما از 50 ℃ ℃ -20. - خنک کننده ترموالکتریک: کنترل دمای فعال با استفاده از اثر Peltier ، با افزایش بازده 15 ٪ نسبت به خنک کننده مایع سنتی. |
IV فناوری ذخیره سازی انرژی و مدیریت
(i) ذخیره سازی فتوولتائیک و ادغام شارژ
فناوری ادغام فتوولتائیک و شارژ فناوری ادغام به صورت ارگانیک ترکیبی از تجهیزات فتوولتائیک ، ذخیره انرژی و شارژ برای تشکیل یک معماری میکروگرید است. ترکیبی از فتوولتائیک + ذخیره انرژی + شمع شارژ + سیستم مدیریت انرژی (EMS) عملکرد خارج از شبکه ، مانند ذخیره سازی فتوولتائیک تسلا شانگهای و ایستگاه یکپارچه را تحقق می بخشد. ارتقاء این فناوری باعث بهبود بهره وری استفاده از انرژی و کاهش وابستگی به شبکه های قدرت سنتی شده است.
استفاده از کلکسیون های نیروگاه مجازی نیروگاه (VPP) برای شرکت در بازار برق ، شمع های شارژ را توزیع می کنند و به صورت پویا استراتژی های شارژ و تخلیه را تنظیم می کنند. نوآوری این فناوری ایده ها و روش های جدیدی را برای مدیریت انرژی امکانات شارژ وسایل نقلیه برقی فراهم می کند.
(ب) فناوری V2G
فناوری V2G (وسیله نقلیه به شبکه) تعامل دو طرفه بین وسایل نقلیه و شبکه های برق را متوجه می شود. شمع های شارژ دو طرفه از استانداردهای Chademo 2.0 (ژاپن) و CCS Combo (اروپا و ایالات متحده) پشتیبانی می کنند و بازده شارژ و تخلیه می تواند به 92 ٪ برسد. کاربرد این فناوری باعث افزایش بهره وری استفاده از انرژی وسایل نقلیه برقی می شود و پشتیبانی از عملکرد پایدار شبکه برق را فراهم می کند.
از نظر مدل تجاری ، انرژی اختاپوس در انگلستان یارانه های قیمت برق V2G را فراهم می کند و صاحبان خودرو می توانند تا 840 پوند در سال درآمد کسب کنند. ارتقاء این مدل تجاری باعث ایجاد شور و شوق کاربران برای شرکت در فناوری V2G شده و پشتیبانی شدیدی برای کاربرد در مقیاس بزرگ از فناوری V2G فراهم کرده است.
از نظر سازگاری شبکه ، فناوری V2G باید صدور گواهینامه IEEE 1547-2018 را تصویب کند تا اطمینان حاصل شود که میزان اعوجاج هارمونیک کمتر از 5 ٪ است. اجرای این استاندارد سازگاری فناوری V2G با شبکه را تضمین می کند و ضمانت جدی برای کاربرد گسترده فناوری V2G فراهم می کند.
| طبقه بندی | نوع فناوری | محتوای خاص |
| فناوری ذخیره سازی انرژی و مدیریت | ذخیره سازی فتوولتائیک و ادغام شارژ | - معماری میکروگرید: فتوولتائیک + ذخیره انرژی + شمع شارژ + سیستم مدیریت انرژی (EMS) ، برای دستیابی به عملکرد خارج از شبکه (مانند Tesla Shanghai Photovoltaic ذخیره سازی و شارژ ایستگاه یکپارچه). - نیروگاه مجازی (VPP): انبوهی از شمع های شارژ توزیع شده برای شرکت در بازار برق و تنظیم پویا استراتژی شارژ و تخلیه. |
| فناوری V2G | - شمع شارژ دو طرفه: از استانداردهای Chademo 2.0 (ژاپن) و CCS Combo (اروپا و ایالات متحده) پشتیبانی می کند ، با بازده شارژ و تخلیه 92 ٪. - مدل کسب و کار: Ectopus Energy در انگلستان یارانه های قیمت برق V2G را فراهم می کند و صاحبان خودرو می توانند تا 840 پوند در سال درآمد کسب کنند. - سازگاری شبکه: صدور گواهینامه IEEE 1547-2018 لازم است تا اطمینان حاصل شود که میزان اعوجاج هارمونیک <5 ٪ است. |
V. ایمنی و استاندارد سازی
(i) صدور گواهینامه ایمنی
صدور گواهینامه ایمنی یک وسیله مهم برای اطمینان از عملکرد ایمن امکانات شارژ وسایل نقلیه برقی است. از نظر ایمنی برقی ، گواهینامه های UL 2594 (آمریکای شمالی) و IEC 61851 (بین المللی) و همچنین الزامات مربوط به سطح حفاظت از IP54 ، عملکرد ایمنی الکتریکی امکانات شارژ را تضمین می کنند. از نظر ایمنی عملکردی ، الزامات سطح ISO 26262 ASIL C و استاندارد پوشش آزمایش تزریق گسل بیشتر از 95 ٪ از عملکرد ایمنی عملکردی امکانات شارژ اطمینان می دهد.
(ب) استانداردهای رابط
اتحاد استانداردهای رابط برای دستیابی به سازگاری بین امکانات مختلف شارژ از اهمیت زیادی برخوردار است. استانداردهای اصلی جریان اصلی شامل CCS1 (آمریکای شمالی) ، CCS2 (اروپا) ، GB/T 20234 (چین) و Chademo (ژاپن) است. ایجاد اتحاد فوق شارژ ، مانند افتتاح رابط NACS تسلا و مشارکت خودروسازان مانند فورد و جنرال موتورز ، اتحاد استانداردهای رابط و توسعه سازگاری را ارتقا داده است.
| طبقه بندی | نوع فناوری | محتوای خاص |
| ایمنی و استاندارد سازی | صدور گواهینامه امنیتی | - ایمنی برقی: UL 2594 (آمریکای شمالی) ، صدور گواهینامه IEC 61851 (بین المللی) ، IP54 یا بالاتر از سطح حفاظت. - ایمنی عملکردی: الزامات سطح ISO 26262 ASIL C ، پوشش آزمایش تزریق گسل> 95 ٪. |
| استانداردهای رابط | - استانداردهای اصلی جریان اصلی: CCS1 (آمریکای شمالی) ، CCS2 (اروپا) ، GB/T 20234 (چین) ، Chademo (ژاپن). - Alliance Super Charging: رابط NACS تسلا باز است ، فورد ، جنرال موتورز و سایر خودروسازان به آن پیوسته اند و با شمع های شارژ شخص ثالث سازگار است. |
vi روند نوظهور
(i) طراحی مدولار
طراحی مدولار یک روند مهم در توسعه امکانات شارژ وسایل نقلیه برقی است. فناوری انباشت ماژول قدرت ، مانند یک ماژول واحد 60kW ، از گسترش موازی به 480 کیلو وات پشتیبانی می کند ، که باعث افزایش انعطاف پذیری و مقیاس پذیری امکانات شارژ می شود. فناوری جایگزینی پلاگین و بازی باعث می شود تا از ماژول های معیوب استفاده شود و میانگین زمان تعمیر (MTTR) کمتر از 15 دقیقه است که باعث افزایش قابلیت اطمینان و کارآیی نگهداری از امکانات شارژ می شود.
(ب) شبکه بهینه شده هوش مصنوعی
فناوری هوش مصنوعی چشم انداز کاربرد گسترده ای در بهینه سازی شبکه های شارژ وسیله نقلیه برقی دارد. شارژ فناوری بهینه سازی طرح شمع بر اساس یادگیری تقویت می تواند هزینه تحول شبکه برق را کاهش دهد ، مانند پروژه آزمایشی Google DeepMind ، که 12 ٪ هزینه ها را کاهش می دهد. فناوری تجزیه و تحلیل رفتار کاربر ساعات اوج را از طریق الگوریتم های خوشه بندی پیش بینی می کند و به صورت پویا هزینه های سرویس را تنظیم می کند ، باعث بهبود کارایی عملیاتی و تجربه کاربر در مورد شارژ امکانات می شود.
| طبقه بندی | نوع فناوری | محتوای خاص |
| روند نوظهور | طراحی مدولار | - انباشت ماژول قدرت: تک ماژول 60kW ، از گسترش موازی به 480kW (مانند ABB Terra HP) پشتیبانی می کند. - وصل و تعویض بازی: ماژول های معیوب با جابجایی داغ ، MTTR (میانگین زمان تعمیر) <15 دقیقه. |
| شبکه های بهینه شده AI | - بهینه سازی طرح شمع های شارژ بر اساس یادگیری تقویت شده برای کاهش هزینه تحول شبکه برق (پروژه آزمایشی Google DeepMind 12 ٪ هزینه ها را کاهش داده است). - تجزیه و تحلیل رفتار کاربر: الگوریتم های خوشه بندی ساعات اوج را پیش بینی می کنند و هزینه های سرویس را به صورت پویا تنظیم می کنند (مانند 20 ٪ حق بیمه برای اشتراک گذاری زمان در منطقه CBD پکن). |
توسعه فناوری شارژ وسایل نقلیه الکتریکی برای ارتقاء محبوبیت و توسعه پایدار صنعت وسایل نقلیه الکتریکی از اهمیت بالایی برخوردار است. این مقاله وضعیت فعلی ، چالش ها و روندهای آینده فناوری شارژ وسیله نقلیه الکتریکی را از طریق بحث های عمیق در مورد شارژ فناوری ، فناوری ارتباطات ، فناوری مدیریت باتری ، فناوری ذخیره سازی انرژی و فناوری مدیریت ، ایمنی و استاندارد نشان می دهد. در آینده ، با نوآوری مداوم فناوری و اتحاد تدریجی استانداردها ، فناوری شارژ وسایل نقلیه الکتریکی در چشم انداز توسعه گسترده تری قرار می گیرد و سهم بیشتری به حفاظت از محیط زیست جهانی و توسعه پایدار می دهد.
