מסלול טכני של ענף ערימות הטעינה

ככל שהעולם מקדיש יותר ויותר תשומת לב להגנה על הסביבה ופיתוח בר -קיימא, הביקוש בשוק לרכבים חשמליים (EVS) כאמצעי אנרגיה נקייה לתחבורה ממשיך לעלות. עם זאת, הפופולריות של כלי רכב חשמליים לא רק תלויה בהתקדמות הטכנולוגית של הרכבים עצמם, אלא גם בהתפתחות הסינכרונית של טכנולוגיית הטעינה. מאמר זה יחקור לעומק מספר תחומי מפתח בטכנולוגיית טעינה לרכב חשמלי, כולל טכנולוגיית טעינה, טכנולוגיית תקשורת, טכנולוגיית ניהול סוללות, טכנולוגיית אחסון אנרגיה וניהול, ובטיחות וסטנדרטיזציה.

I. טכנולוגיית טעינה

(I) טעינה AC

טעינה AC היא בחירה אידיאלית לטעינה בבית ובמקום העבודה עם הכוח הנמוך יותר שלה (בדרך כלל פחות מ- 22kW). באירופה, שיטות טעינה חד-פאזיות 7.4KW ושיטות טעינה בתלת פאזות 22KW נפוצות יותר, ואילו צפון אמריקה נשלטת על ידי 19.2kW. היתרון בשיטת טעינה זו הוא בכך שהיא יכולה לתמוך בניהול מחירי חשמל של זמן שימוש, לאפשר למשתמשים לבחור את תקופת הטעינה החסכונית ביותר בהתאם לתנודות מחירי החשמל, ובכך להפחית את עלויות הטעינה. בנוסף, התאימות של ציוד טעינה AC עם רשתות חכמות ביתיות מספקת למשתמשים חווית טעינה נוחה יותר.

פיתוח טכנולוגיית טעינה חכמה שיפר עוד יותר את היעילות ואת חווית המשתמש של טעינה AC. באמצעות טכנולוגיית האינטרנט של הדברים, ציוד טעינה יכול להשיג איזון עומסים ולהימנע ביעילות מההתרחשות של עומס יתר של רשת. במקביל, הצגת הסמכת Plug & Charge מפשטת את תהליך הטעינה, ומאפשרת למשתמשים להשיג טעינה מהירה ללא פעולות מורכבות.

עם זאת, ההבדלים בתקנים באזורים שונים נותרו אתגר לטעינה של AC. עיצוב התאימות של ה- GB/T של סין, סוג 2 של אירופה וממשקי SAE J1772 של צפון אמריקה הם בעלי משמעות רבה להשגת טעינה חוצה אזורית. בעתיד, עם האיחוד ההדרגתי של הסטנדרטים העולמיים, ישתפרו הנוחות והפופולריות של טעינה AC.

(Ii) טעינה של DC

טעינה של DC הפכה לבחירה הראשונה עבור תרחישי נסיעות ארוכות למרחקים ואנרגיה מהירה עם כוחו הגבוה (60 קילוואט - 240 קילוואט טעינה מהירה וערימות טעינה מהירה של 250 קילוואט או יותר) ויכולות טעינה מהירות. לדוגמה, כוח השיא של טסלה V3 טעינה סופר טעינה יכול להגיע ל -250 קילוואט, מה שמקצר מאוד את זמן הטעינה.

היישום של טכנולוגיית קירור נוזלים הוא חידוש חשוב בתחום טעינה של DC. השימוש בקווי אקדח טעינה מקוררים נוזלים, כמו תמיסת טעינה סופר-סופר של Huawei, יכול להפחית ביעילות את עליית הטמפרטורה במהלך העברת זרם גבוה ולשפר את הבטיחות והיציבות של תהליך הטעינה. קידום טכנולוגיה זו מספק ערבות חזקה להפעלה אמינה של ציוד טעינה בעלת עוצמה גבוהה.

יכולת ההסתגלות של פלטפורמת המתח הגבוה במיוחד היא גם כיוון פיתוח חשוב של טכנולוגיית טעינה של DC. הסתגלות לדגמי סוללות מתח גבוה של 800 וולט, כמו פורשה טייקן, השיגה תוצאה מדהימה של 200 ק'מ של טווח נסיעה לאחר 5 דקות של טעינה. פריצת דרך טכנולוגית זו מספקת תמיכה חזקה לביצועים הגבוהים ובטעינה מהירה של כלי רכב חשמליים.

(Iii) טעינה אלחוטית

טכנולוגיית טעינה אלחוטית משכה תשומת לב רבה לנוחיותה ותחושת הטכנולוגיה שלה. טעינה אלחוטית סטטית משתמשת בגיוס אלקטרומגנטי, עם יעילות של יותר מ- 90%, כמו טכנולוגיית הטעינה האלחוטית המשמשת את BMW 530E. עם זאת, ההתקנה שלה דורשת דיוק יישור קרקע של ± 7 ס'מ, שמציב דרישות גבוהות בתהליך ההתקנה.

טעינה אלחוטית דינמית מופעלת על ידי סלילים משובצים בכביש. בסיאול, דרום קוריאה, יש לניסיון המופעל על קטע הפגנה של 1.2 ק'מ עם יעילות של 85%, אך עלות הבנייה גבוהה כמו 4 מיליון דולר ארה'ב/ק'מ. עלות גבוהה זו מגבילה את היישום המסחרי בקנה מידה גדול של טעינה אלחוטית דינמית, ופריצות דרך באופטימיזציה של טכנולוגיה ובקרת עלויות נדרשות בעתיד.

מבחינת ההתקדמות הסטנדרטית, הרגולציה של SAE J2954 של רמות כוח של 11 קילוואט והרחבת תקן ה- QI לרכבים חשמליים מספקים הנחיות לפיתוח סטנדרטי של טכנולוגיית טעינה אלחוטית. עם השיפור המתמיד של הסטנדרטים, טכנולוגיית הטעינה האלחוטית צפויה לתפוס מקום בתחום טעינה של רכב חשמלי.

מִיוּן	סוג טכנולוגיה	תוכן ספציפי
טכנולוגיית טעינה	טעינה AC	-הכוח הוא בדרך כלל פחות מ- 22KW (7.4kW עבור שלב חד-פאזי באירופה, 22 קילוואט לשלוש פאזה; 19.2kW הוא הכוח העיקרי בצפון אמריקה), תומך בניהול מחירי חשמל זמן שימוש, ומתאים לרשתות חכמות ביתיות. - טכנולוגיית טעינה חכמה: בשילוב עם האינטרנט של הדברים כדי להשיג איזון עומסים ולהימנע מעומס יתר של רשת; תומך בהסמכת Plug & Charge כדי לשפר את חווית המשתמש. - הבדלים סטנדרטיים: סין GB/T, אירופה סוג 2, צפון אמריקה SAE J1772 עיצוב תאימות ממשק.
	טעינה של DC	- טווח כוח: 60 קילוואט-240 קילוואט (ערימת טעינה מהירה), 250 קילוואט ומעלה (ערימת דחיית-על, כמו ערימת טלאי העל של טסלה V3 עם כוח שיא של 250 קילוואט). - טכנולוגיית קירור נוזלים: השתמש בקו אקדח טעינה מקורר נוזלים (כגון תמיסת הטלטה-על 600 קילוואט של Huawei) כדי להפחית את עליית הטמפרטורה במהלך העברת זרם גבוה ולשפר את הבטיחות. -פלטפורמת מתח אולטרה-גבוהה: מתאימה לדגמי סוללות מתח גבוה של 800 וולט (כמו פורשה טייקאן), טוענים למשך 5 דקות כדי להשיג טווח של 200 קילומטרים.
	טעינה אלחוטית	- טעינה אלחוטית סטטית: יעילות האינדוקציה האלקטרומגנטית היא מעל 90% (כגון BMW 530E), וההתקנה דורשת דיוק יישור קרקע של ± 7 ס'מ. - טעינה אלחוטית דינמית: אספקת חשמל של סליל משובצת דרך, סיאול, פעולת ניסוי דרום קוריאה של מדור הדגמה של 1.2 ק'מ, יעילות 85% אך עלות הבנייה עולה על 4 מיליון דולר/ק'מ. - התקדמות סטנדרטית: SAE J2954 קובע את רמת ההספק של 11 קילוואט, וסטנדרט Qi מורחב לרכבים חשמליים.

II. טכנולוגיית תקשורת

(I) תקשורת אלחוטית

טכנולוגיית תקשורת אלחוטית ממלאת תפקיד חשוב בתחום טעינה של רכב חשמלי. טכנולוגיית 4G/5G משמשת לניטור בזמן אמת כדי להבטיח את הבטיחות והבקרה של תהליך הטעינה. טכנולוגיית NB-IOT מתאימה לדיווח על מצב מכשירים בעלי עוצמה נמוכה, כמו העברת נתוני מטר. ל- Lora Technology יש יתרונות בפריסת רשתות פרטיות בפארק ויכולות להשיג העברת נתונים יציבה.

היישום של טכנולוגיית מחשוב קצה מאפשר לטעון ערימות לעבד נתונים באופן מקומי, כגון הצפנת חיוב, הפחתת התלות בענן וזמן התגובה הוא פחות מ- 50ms. קידום טכנולוגיה זו שיפר את יעילות התפעול ואת אבטחת המידע של מערכת הטעינה.

מבחינת פרוטוקולי אבטחה, יישום הצפנת TLS 1.3 חובה מונע ביעילות איומי אבטחת רשת כמו התקפות אדם-בינוני ומבטיח אבטחת מידע ופרטיות משתמשים במהלך תהליך הטעינה.

(Ii) תקשורת קווית

טכנולוגיית תקשורת קווית היא גם הכרחית בתחום טעינה של רכב חשמלי. הפרוטוקול התעשייתי פרופינט/IP תומך בהעברת 1GBPs, העונה על צרכי השליטה בזמן אמת. אוטובוס CAN משמש לתקשורת בין BMS (מערכת ניהול סוללות) לערימת הטעינה, בעקבות תקן ISO 15118 כדי להבטיח את הדיוק והאמינות של העברת נתונים.

יישום טכנולוגיית יתירות סיבים אופטיים, כמו תכנון טופולוגיית רשת טבעת כפולה, מבטיח אפס הפרעה של תקשורת בתחנות טעינה בכבישים מהירים. קידום טכנולוגיה זו משפר את היציבות והאמינות של רשת הטעינה ומספק ערבות חזקה לנסיעות למרחקים ארוכים של כלי רכב חשמליים.

מִיוּן	סוג טכנולוגיה	תוכן ספציפי
טכנולוגיית תקשורת	תקשורת אלחוטית	-תקשורת רב-מצב: 4G/5G משמש לניטור בזמן אמת, NB-IOT משמש לדיווח על מצב מכשירים בעלת עוצמה נמוכה (כגון מד חשמל), ו- LORA משמש לפריסה של רשת פרטית בתוך הפארק. - מחשוב קצה: נתוני תהליך באופן מקומי בתחנת הטעינה (כגון הצפנת חיוב), צמצם את תלות הענן וזמן התגובה <50ms. -פרוטוקול אבטחה: הצפנת TLS 1.3 חובה למניעת התקפות אדם-אמצע.
	תקשורת קווית	- פרוטוקול תעשייתי: Profinet/IP תומך בהעברת 1 ג'יגה-ביט לשנייה כדי לעמוד בדרישות הבקרה בזמן אמת; CAN BUS משמש לתקשורת בין BMS לערימות טעינה (תקן ISO 15118). - יתירות סיבים: תכנון טופולוגיה של רשת טבעת כפולה (כמו Siemens Scalance) מבטיח אפס הפרעה של תקשורת בתחנות טעינה בכביש המהיר.

III . טכנולוגיית ניהול סוללות

(I) ניהול אנרגיית סוללות

טכנולוגיית ניהול אנרגיה סוללות היא בעלת משמעות רבה להרחבת חיי הסוללה ושיפור יעילות הטעינה. טכנולוגיית חיזוי AI, כמו אלגוריתם LSTM, יכולה לחזות את הסוללה SOC (מצב תשלום) ברמת דיוק של ± 3%. היישום של מודל התאומים הדיגיטלי מייעל עוד יותר את עקומת הטעינה ומשפר את יעילות הטעינה.

טכנולוגיית ניצול שכבה משתמשת בסוללות חשמל בדימוס לערימות אחסון אנרגיה, כמו תחנות החלפת סוללות Weilai, שעדיין יכולות לשמש למשך 5 שנים לאחר היכולת הקיבולת ל -70%. קידום טכנולוגיה זו לא רק מבין את מיחזור המשאבים, אלא גם מספק תמיכה חזקה לפיתוח בר -קיימא של תעשיית הרכב החשמלי.

(Ii) ניהול תרמי סוללה

טכנולוגיית ניהול תרמית של סוללה היא מכריעה בכדי להבטיח את הבטיחות והביצועים של סוללות. חומרי שינוי שלב (PCM), כגון חומרים מורכבים מבוססי פרפין, יכולים לספוג חום במהלך טעינה ופריקה של סוללות, וטווח בקרת הטמפרטורה יכול להגיע ל -20 ℃ -50 ℃. היישום של טכנולוגיה זו שולט ביעילות בטמפרטורת הסוללה ומשפר את חיי השירות ובטיחות הסוללה.

טכנולוגיית קירור תרמו -אלקטרי משתמשת באפקט Peltier כדי לשלוט באופן פעיל בטמפרטורה, והיעילות גבוהה ב -15% מזו של קירור נוזלי מסורתי. חידוש טכנולוגי זה מספק פיתרון יעיל ואמין יותר לניהול תרמי סוללה.

מִיוּן	סוג טכנולוגיה	תוכן ספציפי
טכנולוגיית ניהול סוללות	ניהול אנרגיית סוללות	- חיזוי AI: אלגוריתם LSTM מנבא סוללה SOC (דיוק ± 3%), ומודל התאומים הדיגיטלי מייעל אופטימיזציה של עקומת הטעינה. - ניצול משני: סוללות חשמל בדימוס משמשות לערימות אחסון אנרגיה (כמו תחנות החלפת סוללות של ויילאי), ועדיין יכולות לשמש במשך 5 שנים לאחר היכולת התפרקות ל -70%.
	ניהול תרמי סוללה	-חומר לשינוי שלב (PCM): חומרים מורכבים מבוססי פרפין סופגים את חום הטעינה והפרקה של סוללות, עם טווח בקרת טמפרטורה של -20 ℃ ~ 50 ℃. - קירור תרמו -אלקטרי: בקרת טמפרטורה פעילה באמצעות אפקט Peltier, עם עליית יעילות של 15% לעומת קירור נוזלים מסורתי.

Iv. טכנולוגיית אחסון וניהול אנרגיה

(I) שילוב אחסון פוטו -וולטאי ושילוב טעינה

טכנולוגיית שילוב אחסון וטעינה פוטו -וולטאית משלבת באופן אורגני מתקני פוטו -וולטאיים, לאחסון אנרגיה וטעינה ליצירת ארכיטקטורה מיקרו -גרדית. השילוב של אחסון פוטו-וולטאי + אנרגיה + ערימת טעינה + מערכת ניהול אנרגיה (EMS) מבין פעולה מחוץ לרשת, כמו אחסון פוטו-וולטאי של טסלה שנחאי ותחנה משולבת טעינה. קידום טכנולוגיה זו שיפר את יעילות ניצול האנרגיה והפחית את התלות ברשתות הכוח המסורתיות.

יישום תחנת הכוח הווירטואלית (VPP) אגרגטים טכנולוגיים המופצים ערימות טעינה כדי להשתתף בשוק הכוח ומתאים באופן דינמי אסטרטגיות טעינה ופריקה. החדשנות של טכנולוגיה זו מספקת רעיונות ושיטות חדשות לניהול אנרגיה של מתקני טעינה לרכב חשמלי.

(Ii) טכנולוגיית V2G

טכנולוגיית V2G (רכב לרשת) מממשת אינטראקציה דו כיוונית בין כלי רכב לרשתות כוח. ערימות טעינה דו -כיווניות תומכות בתקני Chademo 2.0 (יפן) ו- CCS Combo (אירופה וארצות הברית), ויעילות הטעינה והפרקה יכולה להגיע ל 92%. היישום של טכנולוגיה זו משפר את יעילות ניצול האנרגיה של כלי רכב חשמליים ומספק תמיכה להפעלה היציבה של רשת החשמל.

מבחינת המודל העסקי, תמנון אנרגיה בבריטניה מספק סובסידיות מחירי חשמל V2G, ובעלי רכב יכולים להרוויח עד 840 פאונד בשנה. קידום המודל העסקי הזה עורר את התלהבות המשתמשים בהשתתפות בטכנולוגיית V2G וסיפק תמיכה חזקה ליישום בקנה מידה גדול של טכנולוגיית V2G.

מבחינת תאימות הרשת, טכנולוגיית V2G חייבת להעביר אישור IEEE 1547-2018 כדי להבטיח ששיעור העיוות ההרמוני הוא פחות מ- 5%. יישום תקן זה מבטיח את תאימותה של טכנולוגיית V2G עם הרשת, ומספק ערבות חזקה ליישום נרחב של טכנולוגיית V2G.

מִיוּן	סוג טכנולוגיה	תוכן ספציפי
טכנולוגיית אחסון וניהול אנרגיה	שילוב אחסון פוטו -וולטאי	- ארכיטקטורת מיקרו-גרד: פוטו-וולטאי + אחסון אנרגיה + ערימת טעינה + מערכת ניהול אנרגיה (EMS), להשגת פעולה מחוץ לרשת (כגון אחסון פוטו-וולטאי של טסלה שנחאי ותחנה משולבת טעינה). - תחנת כוח וירטואלית (VPP): ערימות טעינה מבוזרות מצטברות כדי להשתתף בשוק הכוח ולהתאים באופן דינמי את אסטרטגיית הטעינה והפרקה.
	טכנולוגיית V2G	- ערימת טעינה דו כיוונית: תומך בתקני Chademo 2.0 (יפן) ו- CCS Combo (אירופה וארצות הברית), עם יעילות טעינה ופריקה של 92%. - מודל עסקי: תמנון אנרגיה בבריטניה מספק סובסידיות מחירי חשמל V2G, ובעלי רכב יכולים להרוויח עד 840 פאונד לשנה. - תאימות רשת: IEEE 1547-2018 נדרשת כדי להבטיח ששיעור העיוות ההרמוני הוא <5%.

V. בטיחות וסטנדרטיזציה

(I) הסמכת בטיחות

הסמכת בטיחות היא אמצעי חשוב להבטיח הפעלה בטוחה של מתקני טעינה לרכב חשמלי. מבחינת הבטיחות החשמלית, UL 2594 (צפון אמריקה) ו- IEC 61851 (בינלאומי), כמו גם הדרישות לרמות ההגנה מעל IP54, מבטיחים את ביצועי הבטיחות החשמליים של מתקני טעינה. מבחינת הבטיחות התפקודית, ISO 26262 דרישות רמת ASIL C והסטנדרט של כיסוי בדיקת הזרקת תקלות העולה על 95% מבטיחים את ביצועי הבטיחות התפקודיים של מתקני טעינה.

(Ii) תקני ממשק

איחוד תקני הממשק הוא בעל משמעות רבה להשגת תאימות בין מתקני טעינה שונים. תקני הזרם המרכזי העולמי כוללים CCS1 (צפון אמריקה), CCS2 (אירופה), GB/T 20234 (סין) וצ'אדמו (יפן). הקמת הברית לטעינת העל, כמו פתיחת ממשק ה- NACS של טסלה, והשתתפות יצרני הרכב כמו פורד ו- GM, קידמו את איחוד תקני הממשק ופיתוח התאימות.

מִיוּן	סוג טכנולוגיה	תוכן ספציפי
בטיחות וסטנדרטיזציה	הסמכת אבטחה	- בטיחות חשמלית: UL 2594 (צפון אמריקה), IEC 61851 (בינלאומי) הסמכה, IP54 ומעלה רמת ההגנה. - בטיחות תפקודית: ISO 26262 דרישות רמת ASIL C, כיסוי בדיקת הזרקת תקלות> 95%.
	תקני ממשק	- תקני הזרם המרכזי העולמי: CCS1 (צפון אמריקה), CCS2 (אירופה), GB/T 20234 (סין), צ'אדמו (יפן). - ברית סופר טעינה: ממשק ה- NACS של טסלה פתוח, פורד, GM ויצרניות רכב אחרות הצטרפו, והוא תואם לערימות טעינה של צד שלישי.

VI. מגמות מתעוררות

(I) עיצוב מודולרי

תכנון מודולרי הוא מגמה חשובה בפיתוח מתקני טעינה לרכב חשמלי. טכנולוגיית ערימת מודולי הכוח, כמו מודול יחיד של 60 קילוואט, תומכת בהרחבה מקבילה ל 480 קילוואט, מה שמשפר את הגמישות ואת המדרגיות של מתקני הטעינה. טכנולוגיית החלפת פלאג-משחק מאפשרת פילוג חם של מודולים לקויים, והזמן הממוצע לתיקון (MTTR) הוא פחות מ -15 דקות, מה שמשפר את האמינות ואת יעילות התחזוקה של מתקני הטעינה.

(Ii) רשת AI אופטימלית

לטכנולוגיית AI יש סיכויי יישום רחבים באופטימיזציה של רשתות טעינה לרכב חשמלי. טעינה טכנולוגיית אופטימיזציה של פריסת ערימות המבוססת על למידה חיזוק יכולה להפחית את עלות טרנספורמציה של רשת חשמל, כמו פרויקט הפיילוט של גוגל Deepmind, שהפחית את העלויות ב -12%. טכנולוגיית ניתוח התנהגות משתמשים מנבאת שעות שיא באמצעות אלגוריתמים מקבצים ומתאימה באופן דינמי את דמי השירות, ומשפרת את היעילות התפעולית ואת חווית המשתמש של מתקני טעינה.

מִיוּן	סוג טכנולוגיה	תוכן ספציפי
מגמות מתעוררות	עיצוב מודולרי	- ערימת מודולי חשמל: מודול יחיד 60KW, תומך בהרחבה מקבילה ל 480kW (כגון ABB Terra HP). - החלפת תקע ומשחק: מודולים פגומים חמים, MTTR (זמן ממוצע לתיקון) <15 דקות.
	רשתות מיומנות AI	- אופטימיזציה של הפריסה של ערימות טעינה על בסיס למידת חיזוק כדי להפחית את עלות טרנספורמציה של רשת הכוח (פרויקט הפיילוט של גוגל Deepmind הפחית את העלויות ב -12%). - ניתוח התנהגות משתמשים: אלגוריתמי אשכולות מנבאים שעות שיא ומתאימים באופן דינמי את דמי השירות (כגון פרמיה של 20% לשיתוף זמן באזור ה- CBD של בייג'ינג).

פיתוח טכנולוגיית טעינה לרכב חשמלי הוא בעל משמעות רבה לקידום הפופולריזציה ופיתוח בר -קיימא של תעשיית הרכב החשמלי. מאמר זה מציג את הסטטוס הנוכחי, האתגרים והמגמות העתידיות של טכנולוגיית טעינה לרכב חשמלי באמצעות דיונים מעמיקים על טכנולוגיית טעינה, טכנולוגיית תקשורת, טכנולוגיית ניהול סוללות, טכנולוגיית אחסון אנרגיה וניהול, בטיחות וסטנדרטיזציה. בעתיד, עם החדשנות המתמשכת של הטכנולוגיה והאיחוד ההדרגתי של התקנים, טכנולוגיית טעינה לרכב חשמלי תביא סיכוי פיתוח רחב יותר ותתרום יותר להגנה על הסביבה העולמית ופיתוח בר -קיימא.