Tehnički put industrije punjenja

Kako svijet posvećuje sve više i više pozornosti zaštiti okoliša i održivog razvoja, tržišna potražnja za električnim vozilima (EVS) kao čista energetska sredstva za prijevoz i dalje raste. Međutim, popularnost električnih vozila ne samo da ovisi o tehnološkom napretku samih vozila, već i o sinkronom razvoju tehnologije punjenja. Ovaj će članak dubinski istražiti nekoliko ključnih područja tehnologije punjenja električnih vozila, uključujući tehnologiju punjenja, komunikacijsku tehnologiju, tehnologiju upravljanja baterijama, tehnologiju skladištenja energije i upravljanja, te sigurnost i standardizaciju.

I. Tehnologija punjenja

(I) AC punjenje

AC punjenje je idealan izbor za punjenje kod kuće i na radnom mjestu s nižom snagom (obično manje od 22kW). U Europi su jednofazne 7.4kW i trofazne 22KW metode punjenja češće, dok Sjevernom Amerikom dominira 19,2KW. Prednost ove metode punjenja je u tome što može podržati upravljanje cijenama električne energije u vremenu korištenja, omogućavajući korisnicima da odaberu najekonomičnije razdoblje punjenja u skladu s fluktuacijama cijena električne energije, smanjujući na taj način troškove punjenja. Osim toga, kompatibilnost opreme za punjenje s kućnim pametnim mrežama pruža korisnicima prikladnije iskustvo punjenja.

Razvoj tehnologije pametnog punjenja dodatno je poboljšao učinkovitost i korisničko iskustvo AC punjenja. Kroz tehnologiju Interneta stvari, oprema za punjenje može postići uravnoteženje opterećenja i učinkovito izbjegavati pojavu preopterećenja mreže. Istodobno, uvođenje certifikata Plug & Charge pojednostavljuje postupak punjenja, omogućavajući korisnicima da postignu brzo punjenje bez kompliciranih operacija.

Međutim, razlike u standardima u različitim regijama i dalje su izazov za punjenje izmjenične struje. Dizajn kompatibilnosti kineskog GB/T, Europskog tipa 2 i sučelja SAE J1772 u Sjevernoj Americi od velikog je značaja za postizanje unakrsnog regionalnog punjenja. U budućnosti će se postupnim ujedinjavanjem globalnih standarda dodatno poboljšati praktičnost i popularnost AC punjenja.

(Ii) DC punjenje

DC punjenje postao je prvi izbor za scenarije putovanja na duge staze i brze energije s velikom snagom (60kW - 240kW gomile za brzo punjenje i 250kW ili više gomila super punjenja) i mogućnosti brzog punjenja. Na primjer, vršna snaga Tesla v3 Super Punjenja gomila može doseći 250kW, što uvelike skraćuje vrijeme punjenja.

Primjena tehnologije tekućeg hlađenja važna je inovacija u području punjenja DC -a. Upotreba linije pištolja za punjenje tekućine, kao što je Huaweijeva 600kW otopina za super punjenje, može učinkovito smanjiti porast temperature tijekom visokog prijenosa struje i poboljšati sigurnost i stabilnost postupka punjenja. Promocija ove tehnologije pruža snažno jamstvo za pouzdani rad opreme za punjenje velike snage.

Prilagodljivost ultra-visoke naponske platforme također je važan razvojni smjer DC tehnologije punjenja. Prilagođavanje 800 V visokonaponskog modela baterija, kao što je Porsche Taycan, postigao je nevjerojatan rezultat 200 kilometara vožnje nakon 5 minuta punjenja. Ovaj tehnološki proboj pruža snažnu potporu visokim performansama i brzo punjenje električnih vozila.

(Iii) Bežično punjenje

Tehnologija bežičnog punjenja privukla je veliku pažnju svojom praktičnošću i osjećajem za tehnologiju. Statičko bežično punjenje koristi elektromagnetsku indukciju, s učinkovitošću veće od 90%, poput tehnologije bežičnog punjenja koju koristi BMW 530E. Međutim, njegova instalacija zahtijeva točnost poravnanja tla od ± 7 cm, što postavlja visoke zahtjeve u procesu instalacije.

Dinamično bežično punjenje pokreće ugrađene zavojnice u cestu. Seoul, Južna Koreja, pokrenula je demonstracijski dio 1,2 km s učinkovitošću od 85%, ali troškovi izgradnje su čak 4 milijuna USD/km. Ovo visoke troškove ograničava opsežnu komercijalnu primjenu dinamičnog bežičnog punjenja, a u budućnosti su potrebni proboji u optimizaciji tehnologije i kontroli troškova.

U smislu standardnog napretka, SAE J2954 regulacija razine snage 11KW i širenje QI standarda na električna vozila pružaju smjernice za standardizirani razvoj tehnologije bežičnog punjenja. Uz kontinuirano poboljšanje standarda, očekuje se da će tehnologija bežičnog punjenja zauzeti mjesto na području punjenja električnih vozila.

Klasifikacija	Tipa tehnologije	Određeni sadržaj
Tehnologija punjenja	Punjenje izmjenične struje	-Snaga je općenito manja od 22kW (7,4kW za jednofazu u Europi, 22kW za trofazno; 19,2kW je glavna snaga u Sjevernoj Americi), podržava upravljanje cijenama električne energije u korištenju i pogodno je za kućne pametne mreže. - Pametna tehnologija punjenja: u kombinaciji s Internetom stvari za postizanje uravnoteženja opterećenja i izbjegavanje preopterećenja mreže; Podržava certifikat Plug & Charge za poboljšanje korisničkog iskustva. - Standardne razlike: Kina GB/T, Europa tipa 2, Sjeverna Amerika SAE J1772 Dizajn kompatibilnosti sučelja.
	DC punjenje	- Raspon snage: 60KW-240KW (hrpa brzog punjenja), 250kW i više (gomila supercharging, kao što je Tesla V3 gomila supercharging s vršnom snagom od 250kW). - Tehnologija tekućeg hlađenja: Upotrijebite liniju pištolja za punjenje s tekućim hlađenjem (poput Huaweijeve otopine za supercharging 600kW) kako biste smanjili porast temperature tijekom visokog prijenosa struje i poboljšanje sigurnosti. -Ultra-visoka naponska platforma: Prikladna za 800 V modele visokonaponskih baterija (poput Porsche Taycan), punjenje 5 minuta kako bi se postigao raspon od 200 kilometara.
	Bežično punjenje	- Statičko bežično punjenje: Učinkovitost elektromagnetske indukcije je preko 90% (kao što je BMW 530E), a instalacija zahtijeva točnost poravnanja tla od ± 7 cm. - Dinamično bežično punjenje: Napravi za zavojnice ugrađene na cestu, Seul, Pokusni rad u Južnoj Koreji od 1,2 km demonstracijskog odjeljka, učinkovitost 85%, ali troškovi gradnje prelaze 4 milijuna USD/km. - Standardni napredak: SAE J2954 određuje razinu snage 11KW, a Qi Standard proširuje se na električna vozila.

Ii. Komunikacijska tehnologija

(I) Bežična komunikacija

Bežična komunikacijska tehnologija igra važnu ulogu u području punjenja električnih vozila. 4G/5G tehnologija koristi se za praćenje u stvarnom vremenu kako bi se osigurala sigurnost i kontrolira postupka punjenja. NB-IoT tehnologija prikladna je za izvještavanje o statusu uređaja male snage, poput prijenosa podataka brojila. Lora Technology ima prednosti u raspoređivanju privatnih mreža unutar parka i može postići stabilan prijenos podataka.

Primjena tehnologije računalnog računala omogućuje punjenje gomila lokalno obradu podataka, poput šifriranja naplate, smanjenja ovisnosti o oblaku, a vrijeme odziva je manje od 50 ms. Promocija ove tehnologije poboljšala je operativnu učinkovitost i sigurnost podataka sustava punjenja.

U smislu sigurnosnih protokola, implementacija obveznog TLS 1.3 enkripcija učinkovito sprječava prijetnje mrežnim sigurnostima kao što su napadi u sredini i osiguravaju sigurnost podataka i privatnost korisnika tijekom postupka punjenja.

(Ii) Ožična komunikacija

Ožičena komunikacijska tehnologija također je neophodna u području punjenja električnih vozila. Industrijski protokol Profinet/IP podržava prijenos od 1 GBPS, zadovoljavajući potrebe kontrole u stvarnom vremenu. Can sabirnica koristi se za komunikaciju između BMS -a (sustava za upravljanje baterijom) i gomile punjenja, slijedeći ISO 15118 standard kako bi se osigurala točnost i pouzdanost prijenosa podataka.

Primjena tehnologije suvišnih optičkih vlakana, kao što je topološki dizajn mreže s dvostrukim prstenom, osigurava nula prekida komunikacije na stanicama za punjenje autocesta. Promocija ove tehnologije poboljšava stabilnost i pouzdanost mreže za punjenje i pruža snažno jamstvo za putovanje električnim vozilima na daljinu.

Klasifikacija	Tipa tehnologije	Određeni sadržaj
Komunikacijska tehnologija	Bežične komunikacije	-Multi-modna komunikacija: 4G/5G koristi se za praćenje u stvarnom vremenu, NB-IoT se koristi za izvještavanje o statusu statusa male snage (poput brojila električnih energija), a LORA se koristi za implementaciju privatne mreže u parku. - Edge Computing: Podaci o procesu lokalno na stanici za punjenje (poput šifriranja naplate), smanjenje ovisnosti o oblaku i vrijeme odziva <50ms. -Sigurnosni protokol: Obvezna TLS 1.3 Šifriranje radi sprečavanja napada čovjeka u sredini.
	Ožičena komunikacija	- Industrijski protokol: Profinet/IP podržava prijenos od 1 GBPS za ispunjavanje zahtjeva za kontrolu u stvarnom vremenu; Can Bus koristi se za komunikaciju između BMS -a i gomile punjenja (ISO 15118 Standard). - Vlasnovitost vlakana: Dizajn topologije s dvostrukim prstenom (poput Siemens skala) osigurava nula prekida komunikacije na stanicama za punjenje autocesta.

Iii . Tehnologija upravljanja baterijama

(I) Upravljanje energijom baterije

Tehnologija upravljanja baterijama od velikog značaja od velikog je značaja za produženje vijek trajanja baterije i poboljšanje učinkovitosti punjenja. AI tehnologija predviđanja, kao što je LSTM algoritam, može predvidjeti bateriju SOC (stanje punjenja) s točnošću od ± 3%. Primjena digitalnog dvostrukog modela dodatno optimizira krivulju punjenja i poboljšava učinkovitost punjenja.

Tehnologija korištenja slojeva koristi umirovljene napajačke baterije za gomile za skladištenje energije, poput stanica za zamjenu baterija Weilai, koje još uvijek mogu poslužiti 5 godina nakon propadanja kapaciteta na 70%. Promocija ove tehnologije ne samo da ostvaruje recikliranje resursa, već također pruža snažnu potporu održivom razvoju industrije električnih vozila.

(Ii) Upravljanje termalnim baterijama

Tehnologija toplinskog upravljanja baterijama ključna je za osiguranje sigurnosti i performansi baterija. Materijali za promjenu faze (PCM), poput kompozitnih materijala na bazi parafina, mogu apsorbirati toplinu tijekom punjenja baterije i pražnjenja, a raspon kontrole temperature može doseći -20 ℃ -50 ℃. Primjena ove tehnologije učinkovito kontrolira temperaturu baterije i poboljšava servisni vijek trajanja i sigurnost baterije.

Termoelektrična tehnologija hlađenja koristi Peltier efekt za aktivno kontrolu temperature, a učinkovitost je 15% veća od one u tradicionalnom tekućem hlađenju. Ova tehnološka inovacija pruža učinkovitije i pouzdanije rješenje za upravljanje termalnim baterijama.

Klasifikacija	Tipa tehnologije	Određeni sadržaj
Tehnologija upravljanja baterijama	Upravljanje energijom baterije	- AI predviđanje: LSTM algoritam predviđa bateriju SOC (točnost ± 3%), a digitalni dvostruki model optimizira krivulju punjenja. - Sekundarno korištenje: Umirovljene baterije za napajanje koriste se za gomile za skladištenje energije (kao što su Weilai stanice za zamjenu baterija), a još uvijek mogu služiti 5 godina nakon propadanja kapaciteta na 70%.
	Upravljanje termalnim baterijama	-Materijal za promjenu faze (PCM): Kompozitni materijali na bazi parafina apsorbiraju toplinu punjenja baterije i pražnjenja, s rasponom kontrole temperature od -20 ℃ ~ 50 ℃. - Termoelektrično hlađenje: aktivna kontrola temperature pomoću Peltier efekta, s povećanjem učinkovitosti od 15% u odnosu na tradicionalno tekuće hlađenje.

Iv. Tehnologija skladištenja i upravljanja energijom

(I) Fotonaponska integracija za pohranu i punjenje

Fotovoltačka tehnologija za pohranu i punjenje organski kombinira fotonaponske, pohrane energije i punjenje kako bi formirala arhitekturu mikrogrida. Kombinacija fotonaponskog + skladištenja energije + gomila punjenja + sustav upravljanja energijom (EMS) ostvaruje rad izvan mreže, kao što je Tesla Shanghai fotonaponski skladištenje i integrirana stanica punjenja. Promocija ove tehnologije poboljšala je učinkovitost iskorištavanja energije i smanjena ovisnost o tradicionalnim električnim mrežama.

Primjena tehnologije virtualne elektrane (VPP) agregira distribuirane gomile za punjenje kako bi sudjelovala na tržištu električne energije i dinamički prilagođava strategije punjenja i ispuštanja. Inovacija ove tehnologije pruža nove ideje i metode za upravljanje energijskim pogonima za punjenje električnih vozila.

(Ii) V2G tehnologija

V2G (vozila do mreže) tehnologija ostvaruje dvosmjernu interakciju između vozila i električnih mreža. Dvosmjerne gomile za punjenje podržavaju Chademo 2.0 (Japan) i CCS Combo (Europa i Sjedinjene Države) standarde, a učinkovitost punjenja i ispuštanja može doseći 92%. Primjena ove tehnologije poboljšava učinkovitost iskorištavanja energije električnih vozila i pruža podršku za stabilan rad električne mreže.

U pogledu poslovnog modela, Octopus Energy u Velikoj Britaniji pruža subvencije za cijenu električne energije V2G, a vlasnici automobila mogu zaraditi do 840 funti godišnje. Promocija ovog poslovnog modela potaknula je oduševljenje korisnika za sudjelovanje u V2G tehnologiji i pružila snažnu podršku za veliku primjenu V2G tehnologije.

U pogledu kompatibilnosti s mrežom, V2G tehnologija mora proći IEEE 1547-2018 certifikat kako bi se osiguralo da je stopa harmonične distorzije manja od 5%. Provedba ovog standarda osigurava kompatibilnost V2G tehnologije s mrežom, pružajući snažno jamstvo za široku primjenu V2G tehnologije.

Klasifikacija	Tipa tehnologije	Određeni sadržaj
Tehnologija skladištenja i upravljanja energijom	Fotonaponska integracija za pohranu i punjenje	- Mikrogridna arhitektura: fotonaponski + skladištenje energije + gomila punjenja + sustav za upravljanje energijom (EMS), za postizanje operacije izvan mreže (poput Tesla Shanghai Fotonapojskog skladištenja i integrirane stanice za punjenje). - Virtualna elektrana (VPP): Agregatne distribuirane gomile za punjenje kako bi sudjelovali na tržištu električne energije i dinamički prilagodili strategiju punjenja i ispuštanja.
	V2G tehnologija	- Dvosmjerna gomila za punjenje: Podržava Chademo 2.0 (Japan) i CCS Combo (Europa i Sjedinjene Države) standarde, s učinkovitošću punjenja i ispuštanja od 92%. - Poslovni model: Octopus Energy u Velikoj Britaniji osigurava subvencije za cijenu električne energije V2G, a vlasnici automobila mogu zaraditi do 840 funti godišnje. - Kompatibilnost s mrežom: IEEE 1547-2018 Potrebna je certifikacija kako bi se osiguralo da je stopa harmoničnog izobličenja <5%.

V. Sigurnost i standardizacija

(I) Sigurnosna certifikacija

Sigurnosna certifikacija je važno sredstvo za osiguranje sigurnog rada postrojenja za punjenje električnih vozila. U pogledu električne sigurnosti, UL 2594 (Sjeverna Amerika) i IEC 61851 (međunarodni) certifikati, kao i zahtjevi za razinom zaštite iznad IP54, osiguravaju učinkovitost električne sigurnosti postrojenja za punjenje. U pogledu funkcionalne sigurnosti, zahtjevi ISO 26262 ASIL C i standard pokrivenosti testa ubrizgavanja greške većim od 95% osiguravaju funkcionalnu sigurnosnu performanse postrojenja za punjenje.

(Ii) Standardi sučelja

Ujedinjenje standarda sučelja od velikog je značaja za postizanje kompatibilnosti između različitih objekata za punjenje. Globalni glavni standardi uključuju CCS1 (Sjeverna Amerika), CCS2 (Europa), GB/T 20234 (Kina) i Chademo (Japan). Uspostavljanje Super Punjenja saveza, poput otvaranja Teslinog NACS sučelja i sudjelovanja proizvođača automobila poput Forda i GM -a, promoviralo je ujedinjenje standarda sučelja i razvoj kompatibilnosti.

Klasifikacija	Tipa tehnologije	Određeni sadržaj
Sigurnost i standardizacija	Sigurnosna certifikacija	- Električna sigurnost: UL 2594 (Sjeverna Amerika), IEC 61851 (međunarodna) certifikacija, IP54 ili više razine zaštite. - Funkcionalna sigurnost: ISO 26262 ASIL C Zahtjevi za razinu, pokrivenost testa ubrizgavanja kvara> 95%.
	Standardi sučelja	- Globalni glavni standardi: CCS1 (Sjeverna Amerika), CCS2 (Europa), GB/T 20234 (Kina), Chademo (Japan). - Savez Super Punjenja: Teslino NACS sučelje je otvoreno, Ford, GM i ostali proizvođači automobila su se pridružili i kompatibilno je s gomilama punjenja trećih strana.

Vi. Trendovi u nastajanju

(I) Modularni dizajn

Modularni dizajn važan je trend u razvoju postrojenja za punjenje električnih vozila. Tehnologija slaganja modula napajanja, poput jednog modula od 60kW, podržava paralelno širenje na 480kW, što poboljšava fleksibilnost i skalabilnost postrojenja za punjenje. Tehnologija zamjene plug-and-play omogućuje vruće prepunjenja neispravnih modula, a srednje vrijeme za popravak (MTTR) je manje od 15 minuta, što poboljšava učinkovitost pouzdanosti i održavanja postrojenja za punjenje.

(Ii) AI optimizirana mreža

AI tehnologija ima široke izglede za primjenu u optimizaciji mreža za punjenje električnih vozila. Punjenje tehnologije optimizacije izgleda gomile na temelju učenja ojačanja može umanjiti troškove transformacije električne mreže, kao što je pilot projekt Google DeepMind, koji je smanjio troškove za 12%. Tehnologija analiza ponašanja korisnika predviđa vršne sate kroz algoritme za grupiranje i dinamički prilagođava naknade za usluge, poboljšavajući operativnu učinkovitost i korisničko iskustvo punjenja.

Klasifikacija	Tipa tehnologije	Određeni sadržaj
Trendovi u nastajanju	Modularni dizajn	- Slakiranje modula napajanja: jedan modul 60KW, Podrška paralelno širenje na 480kW (poput ABB Terra HP). - Zamjena i reprodukciju: vrućih modula, MTTR (srednje vrijeme za popravak) <15 minuta.
	AI-optimizirane mreže	- Optimizirajte izgled punjenja gomila na temelju učenja pojačanja kako bi se smanjio troškovi transformacije električne mreže (pilot projekt Google DeepMind smanjio je troškove za 12%). - Analiza ponašanja korisnika: Algoritmi klasteriranja predviđaju vršne sate i dinamički prilagođavaju naknade za usluge (poput 20% premije za podjelu vremena u području CBD-a u Pekingu).

Razvoj tehnologije punjenja električnih vozila od velikog je značaja za promicanje popularizacije i održivog razvoja industrije električnih vozila. Ovaj članak prikazuje trenutni status, izazove i buduće trendove tehnologije punjenja električnih vozila kroz detaljne rasprave o tehnologiji punjenja, komunikacijskoj tehnologiji, tehnologiji upravljanja baterijama, tehnologiji skladištenja energije i upravljanja, sigurnosti i standardizacije. U budućnosti će s kontinuiranom inovacijom tehnologije i postupnim ujedinjavanjem standarda tehnologija punjenja električnih vozila donijeti širu izgledu za razvoj i dati veći doprinos globalnoj zaštiti okoliša i održivom razvoju.