Şarj sistemi, elektrikli araçlar için önemli bir temel destek sistemi olan ve elektrikli araçların ticarileşmesi ve sanayileşmesi sürecinde önemli bir bağlantı olan elektrikli araçların çalışması için enerji tedariki sağlıyor.Elektrikli araç endüstrisinin hızlı gelişimi ile şarj teknolojisi, sektörün gelişimini kısıtlayan kilit faktörlerden biri haline gelmiş, akıllı ve hızlı şarj yöntemleri, elektrikli araç şarj teknolojisinin gelişme trendi haline gelmiştir.
Elektrikli araç şarj cihazlarını sınıflandırmanın farklı yolları vardır.Genel olarak araç içi şarj cihazları ve araç dışı şarj cihazları olarak ikiye ayrılabilir.Elektrikli araç aküsünü şarj ederken farklı enerji değiştirme yöntemlerine göre, şarj cihazı kontak tipi ve indüksiyon tipine ayrılabilir.Elektrikli araçlar, farklı şarj yöntemlerine göre yavaş şarj, hızlı şarj, pil değiştirme, kablosuz şarj, mobil şarj ve diğer yöntemlere ayrılabilir.Bu yazımızda Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) tarafından belirlenen farklı elektrikli araç şarj modlarını tanıtacağız.
Elektrikli araç pazarının ihtiyaçlarını karşılamak için uluslararası standartlar geliştiriliyor.Elektrikli araçların küresel olarak benimsenmesi, elektrikli araç pazarında güvenlik, güvenilirlik ve birlikte çalışabilirliği ele alan köklü uluslararası standartlara bağlıdır.
Bu yazımızda Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) tarafından belirlenen farklı EV şarj modlarını inceleyeceğiz.Bu modlar, elektrikli araçlar için iletken şarj sistemleriyle ilgili IEC 61851 standardında belirtilmiştir.Standart dört farklı şarj modunu tanımlar - Mod 1, Mod 2, Mod 3 ve Mod 4.
IEC, elektrikli araç şarj teknolojisi için başka standartlar da geliştirmiştir.Örneğin, IEC 62196 fişleri, prizleri, araç konektörlerini ve araç girişlerini ele alırken, IEC 61980 elektrikli araçlar için kablosuz güç aktarımı (WPT) sistemlerini tartışır.
Farklı kablo bağlantıları
IEC 61851-1, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi üç farklı bağlantı yöntemini açıklar:
Durum A kablosu elektrikli araca kalıcı olarak bağlıdır, ancak EVSE şarj istasyonunda çıkarılabilir (EVSE - elektrikli araç besleme ekipmanı olarak da adlandırılır).Durum B, her iki ucundan da ayrılabilen bir kabloyu belirtir ve Durum C, EVSE'ye kalıcı olarak bağlı bir kablodur.
Şarj Modu 1
Bu modda, elektrikli araba doğrudan bir ev prizine bağlanır.Bu modun maksimum akımı 16A'dır, tek faz 250V'u geçmez ve üç faz 480V'u geçmez.
Mod 1, en basit şarj modudur ve EV ile şarj noktası arasında herhangi bir iletişimi desteklemez.Bu şarj modeli birçok ülkede yasaklanmış veya kısıtlanmıştır.
Şarj Modu 2
Ev prizleri her zaman gerçek standarda güç sağlamaz.Ek olarak, ev içi uygulamalar için tasarlanmış prizler ve fişler, maksimum değerlerde sürekli akıma dayanamayabilir.
Bu nedenle, kontroller ve güvenlik özellikleri olmadan uzun süre bağlı bir EV prizine sahip olmak, elektrik çarpması riskini artırır.Bu sorunu çözmek için uzmanlar, özel bir tür şarj kablosu kullanan ve bir kablo içi kontrol ve koruma cihazı (IC-CPD) ile donatılmış Şarj Modu 2'yi geliştirdi.
IC-CPD, gerekli kontrol ve güvenlik işlevlerini yerine getirir.Bu modun maksimum akımı 32A'dır, maksimum voltaj tek faz için 250V'u ve üç faz için 480v'yi geçmez.Mod 2 hem ev hem de endüstriyel prizler için kullanılabilir.
Bu modun güvenlik işlevi, koruyucu topraklamayı algılayabilir ve izleyebilir.Mod 2 ayrıca aşırı akım ve aşırı sıcaklık korumasını da destekler.Ayrıca EVSE, EV'ye bağlantıyı algılarken ve şarj gücü talebini analiz ederken işlevleri değiştirebilir.
Şarj modu 2 ve destekleyici kablo aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:
Mod 2 özel ücretler için kullanılabilirken, birçok ülkede genel kullanım da kısıtlanmıştır.
Şarj Modu 3
Bu model, özel bir EVSE ve EV yerleşik şarj cihazı kullanır.Pili şarj etmek için şarj istasyonundan gelen AC akımı yerleşik devrelere uygulanır.Kamu güvenliğini sağlamak için çoklu kontrol ve koruma fonksiyonları.Bunlar, koruyucu topraklamanın ve EVSE ile EV arasındaki bağlantının doğrulanmasını içerir.
Ayrıca bu mod, şarj akımını kablo tertibatının maksimum akım kapasitesine göre ayarlar.Bu şarj modu maksimum 250A akıma sahiptir ve 250V 1-fazlı veya 480V 3-fazlı ağ ile yapılandırılabilir.Ayrıca, hem tek fazlı hem de üç fazlı için maksimum akımın 32A'dan az olduğu Mod 2 ile uyumlu bir çalışma modunu destekler.
Bu modda üç olası bağlantıdan (A durumu, B durumu ve C durumu) herhangi biri kullanılabilir.Senaryo B ve Senaryo C aşağıda gösterilmiştir.
Bakalım bu model, şarj istasyonu ile elektrikli araç arasındaki iletişimi nasıl tanımlıyor.Mod 3'ün kontrol pilot devresi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
S1, S2 ve S3 anahtarlarının durumuna bağlı olarak, "pilot kontaklarda" farklı voltaj seviyeleri görünecektir.“Bu, farklı şarj aşamalarını temsil etmek için kullanılabilir.Elektrikli bir araç, şarj döngüsünü aşağıdaki şekilde başlatabilir:
Şarj kablosunu takmadan önce S2 ve S3 anahtarlarının bağlantısı kesilir ve S1 bir 12v DC güç kaynağına bağlanır.Bu durumda EVSE, pilot kontakta 12v DC ölçer (EVSE, EV'nin bağlı olmadığını anlar).
Şarj kablosu EV ve EVSE'ye bağlandıktan sonra, EV tarafındaki kontrolör S3'ü açarak sürücü kontağındaki voltajı yaklaşık 9v'a düşürebilir.EVSE'ye kablonun hem EV hem de EVSE'ye bağlı olduğunu bildirin.Ek olarak, pilot kavşaktaki bir DC 9v sinyali EV'ye EVSE'nin hazır olmadığını söyleyecektir.
EVSE, EV'yi şarj etmeye hazır olduğunda S1'i osilatöre bağlar.Pilot kontağındaki PWM sinyali, elektrikli araç güç kaynağının hazır olduğunu EV'ye bildirir.
EV daha sonra S2'yi açar ve pilot kontakta yaklaşık 6v üretir, bu da hazır olduğunu gösterir.Bu aşamada üretilen voltaj, R3 direnç değerine bağlıdır.Bu direncin değeri, bu şarj alanı için havalandırmanın gerekli olup olmadığını belirtir.R3 = 1,3 kΩ, sürücünün kontak voltajı 6 V'tur. Bu, hava sirkülasyonu gerektirmeyen bir şarj alanına eşdeğerdir.Gerekirse, R3 = 270Ω ve 3 V'luk bir dokunma gerilimi.
Araç şarj olurken veya herhangi bir nedenle şarjı durdurmak istediğinde S2 kapatılabilir.Bu, PWM'nin pozitif voltaj seviyesini 9v olarak değiştirecek ve EVSE'ye EV'nin yeniden şarj olmaya hazır olmadığını bildirecektir.
Şarj Modu 4
Bu, DC çıkışlı harici bir şarj cihazı içeren tek şarj modudur.DC gücü doğrudan aküye iletilir ve yerleşik şarj cihazı atlanır.Bu mod, maksimum 400A akım ile 600v DC sağlayabilir.Bu modda yer alan yüksek güç seviyeleri, daha yüksek iletişim seviyeleri ve daha sıkı güvenlik özellikleri gerektirir.
Mod 4, şarj kablosu kalıcı olarak şarj istasyonuna bağlıyken yalnızca C kasasına bağlantıya izin verir.
İki Yeni Şarj Yöntemi
Kablosuz şarj etme
Kablosuz şarj modunun kablolar aracılığıyla enerji iletmesi gerekmez ve enerjiyi iletmek için elektromanyetik indüksiyon, elektrik alan kuplajı, manyetik rezonans ve radyo dalgaları kullanır.Kablosuz şarj modunu kullanmak için önce arabaya bir araba endüktif şarj cihazı takmanız gerekir.Aracın güç alan parçası ile güç kaynağı parçası arasında mekanik bir bağlantı yoktur ancak güç alan gövde ile güç kaynağı gövdesi arasındaki bağlantının daha doğru olması gerekmektedir.
Teknoloji olgunluğunun ve temel ekipmanın sınırlamalarına tabi olarak, elektrik uzmanları, kablosuz şarj teknolojisinin şu an için seri olarak üretilemeyeceğine inanıyor.Endüstrideki ana kablosuz şarj teknolojisi, elektrik enerjisini aktarmak için esas olarak elektromanyetik indüksiyon ve manyetik rezonans kullanır, ancak manyetik rezonans yöntemi, cep telefonu aramalarından daha küçük olan daha yüksek şarj verimliliğine ve daha düşük elektromanyetik radyasyon yoğunluğuna sahiptir.Bobinlerin mükemmel bir şekilde hizalanması gerekmez, bu da elektromanyetik indüksiyonun erişiminin ötesindedir.
Kablosuz şarj modunun gelecekteki uygulama beklentisi ölçülemez.Gelecekte, yürürken şarj edebilecek.Elektrik enerjisi, yol kaplamasının güç kaynağı sisteminden veya arabanın aldığı elektromanyetik dalga enerjisinden gelebilir.
Mobil Şarj
EV pilleri için ideal durum, mobil şarj (MAC) olarak adlandırılan araç yolda seyir halindeyken şarj oluyor.Bu sayede elektrikli araç kullanıcıları şarj istasyonu aramak, araçlarını park etmek ve şarj için zaman harcamak zorunda kalmıyor.MAC sistemi, yolun bir bölümünün, yani şarj alanının altına gömülür ve ek alan gerektirmez.
Hem kontak hem de endüktif MAC sistemleri uygulanabilir.Temaslı tip MAC sistemi için araç gövdesinin altına bir kontak arkının takılması gerekir ve kontak arkı yol yüzeyine gömülü şarj elemanı ile temas ederek anlık yüksek akım elde edebilir.Elektrikli araç MAC alanından geçtiğinde, şarj işlemi darbeli şarj oluyor.Endüktif MAC sistemleri için, yerleşik kontak yayları endüktif bobinlerle değiştirilir ve yol yüzeyine gömülü olan şarj elemanları, güçlü manyetik alanlar oluşturan yüksek akım sargılarıyla değiştirilir.Açıktır ki, mekanik kayıp ve kontak arkının kurulum yeri gibi faktörlerin etkisi nedeniyle, kontak tipi MAC insanlar için çok çekici değildir.
sonuç olarak
Özetle, IEC 61851 standardı, elektrikli araçlar için elektriksel olarak iletken şarj sistemleri ile ilgilidir.Bu standartlar dört farklı şarj modunu tanımlar.
İlk üç mod, EV yerleşik şarj cihazına AC gücü sağlar;ancak Mod 4, DC gücünü doğrudan aküye iletir ve yerleşik şarj cihazını atlar.Mod 3, kamu güvenliğini hedefleyen çeşitli kontrol ve koruma işlevleri kullanır.
Şarj sistemi, elektrikli araçlar için önemli bir temel destek sistemi olan ve elektrikli araçların ticarileşmesi ve sanayileşmesi sürecinde önemli bir bağlantı olan elektrikli araçların çalışması için enerji tedariki sağlıyor.Elektrikli araç endüstrisinin hızlı gelişimi ile şarj teknolojisi, sektörün gelişimini kısıtlayan kilit faktörlerden biri haline gelmiş, akıllı ve hızlı şarj yöntemleri, elektrikli araç şarj teknolojisinin gelişme trendi haline gelmiştir.
Elektrikli araç şarj cihazlarını sınıflandırmanın farklı yolları vardır.Genel olarak araç içi şarj cihazları ve araç dışı şarj cihazları olarak ikiye ayrılabilir.Elektrikli araç aküsünü şarj ederken farklı enerji değiştirme yöntemlerine göre, şarj cihazı kontak tipi ve indüksiyon tipine ayrılabilir.Elektrikli araçlar, farklı şarj yöntemlerine göre yavaş şarj, hızlı şarj, pil değiştirme, kablosuz şarj, mobil şarj ve diğer yöntemlere ayrılabilir.Bu yazımızda Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) tarafından belirlenen farklı elektrikli araç şarj modlarını tanıtacağız.
Elektrikli araç pazarının ihtiyaçlarını karşılamak için uluslararası standartlar geliştiriliyor.Elektrikli araçların küresel olarak benimsenmesi, elektrikli araç pazarında güvenlik, güvenilirlik ve birlikte çalışabilirliği ele alan köklü uluslararası standartlara bağlıdır.
Bu yazımızda Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) tarafından belirlenen farklı EV şarj modlarını inceleyeceğiz.Bu modlar, elektrikli araçlar için iletken şarj sistemleriyle ilgili IEC 61851 standardında belirtilmiştir.Standart dört farklı şarj modunu tanımlar - Mod 1, Mod 2, Mod 3 ve Mod 4.
IEC, elektrikli araç şarj teknolojisi için başka standartlar da geliştirmiştir.Örneğin, IEC 62196 fişleri, prizleri, araç konektörlerini ve araç girişlerini ele alırken, IEC 61980 elektrikli araçlar için kablosuz güç aktarımı (WPT) sistemlerini tartışır.
Farklı kablo bağlantıları
IEC 61851-1, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi üç farklı bağlantı yöntemini açıklar:
Durum A kablosu elektrikli araca kalıcı olarak bağlıdır, ancak EVSE şarj istasyonunda çıkarılabilir (EVSE - elektrikli araç besleme ekipmanı olarak da adlandırılır).Durum B, her iki ucundan da ayrılabilen bir kabloyu belirtir ve Durum C, EVSE'ye kalıcı olarak bağlı bir kablodur.
Şarj Modu 1
Bu modda, elektrikli araba doğrudan bir ev prizine bağlanır.Bu modun maksimum akımı 16A'dır, tek faz 250V'u geçmez ve üç faz 480V'u geçmez.
Mod 1, en basit şarj modudur ve EV ile şarj noktası arasında herhangi bir iletişimi desteklemez.Bu şarj modeli birçok ülkede yasaklanmış veya kısıtlanmıştır.
Şarj Modu 2
Ev prizleri her zaman gerçek standarda güç sağlamaz.Ek olarak, ev içi uygulamalar için tasarlanmış prizler ve fişler, maksimum değerlerde sürekli akıma dayanamayabilir.
Bu nedenle, kontroller ve güvenlik özellikleri olmadan uzun süre bağlı bir EV prizine sahip olmak, elektrik çarpması riskini artırır.Bu sorunu çözmek için uzmanlar, özel bir tür şarj kablosu kullanan ve bir kablo içi kontrol ve koruma cihazı (IC-CPD) ile donatılmış Şarj Modu 2'yi geliştirdi.
IC-CPD, gerekli kontrol ve güvenlik işlevlerini yerine getirir.Bu modun maksimum akımı 32A'dır, maksimum voltaj tek faz için 250V'u ve üç faz için 480v'yi geçmez.Mod 2 hem ev hem de endüstriyel prizler için kullanılabilir.
Bu modun güvenlik işlevi, koruyucu topraklamayı algılayabilir ve izleyebilir.Mod 2 ayrıca aşırı akım ve aşırı sıcaklık korumasını da destekler.Ayrıca EVSE, EV'ye bağlantıyı algılarken ve şarj gücü talebini analiz ederken işlevleri değiştirebilir.
Şarj modu 2 ve destekleyici kablo aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:
Mod 2 özel ücretler için kullanılabilirken, birçok ülkede genel kullanım da kısıtlanmıştır.
Şarj Modu 3
Bu model, özel bir EVSE ve EV yerleşik şarj cihazı kullanır.Pili şarj etmek için şarj istasyonundan gelen AC akımı yerleşik devrelere uygulanır.Kamu güvenliğini sağlamak için çoklu kontrol ve koruma fonksiyonları.Bunlar, koruyucu topraklamanın ve EVSE ile EV arasındaki bağlantının doğrulanmasını içerir.
Ayrıca bu mod, şarj akımını kablo tertibatının maksimum akım kapasitesine göre ayarlar.Bu şarj modu maksimum 250A akıma sahiptir ve 250V 1-fazlı veya 480V 3-fazlı ağ ile yapılandırılabilir.Ayrıca, hem tek fazlı hem de üç fazlı için maksimum akımın 32A'dan az olduğu Mod 2 ile uyumlu bir çalışma modunu destekler.
Bu modda üç olası bağlantıdan (A durumu, B durumu ve C durumu) herhangi biri kullanılabilir.Senaryo B ve Senaryo C aşağıda gösterilmiştir.
Bakalım bu model, şarj istasyonu ile elektrikli araç arasındaki iletişimi nasıl tanımlıyor.Mod 3'ün kontrol pilot devresi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
S1, S2 ve S3 anahtarlarının durumuna bağlı olarak, "pilot kontaklarda" farklı voltaj seviyeleri görünecektir.“Bu, farklı şarj aşamalarını temsil etmek için kullanılabilir.Elektrikli bir araç, şarj döngüsünü aşağıdaki şekilde başlatabilir:
Şarj kablosunu takmadan önce S2 ve S3 anahtarlarının bağlantısı kesilir ve S1 bir 12v DC güç kaynağına bağlanır.Bu durumda EVSE, pilot kontakta 12v DC ölçer (EVSE, EV'nin bağlı olmadığını anlar).
Şarj kablosu EV ve EVSE'ye bağlandıktan sonra, EV tarafındaki kontrolör S3'ü açarak sürücü kontağındaki voltajı yaklaşık 9v'a düşürebilir.EVSE'ye kablonun hem EV hem de EVSE'ye bağlı olduğunu bildirin.Ek olarak, pilot kavşaktaki bir DC 9v sinyali EV'ye EVSE'nin hazır olmadığını söyleyecektir.
EVSE, EV'yi şarj etmeye hazır olduğunda S1'i osilatöre bağlar.Pilot kontağındaki PWM sinyali, elektrikli araç güç kaynağının hazır olduğunu EV'ye bildirir.
EV daha sonra S2'yi açar ve pilot kontakta yaklaşık 6v üretir, bu da hazır olduğunu gösterir.Bu aşamada üretilen voltaj, R3 direnç değerine bağlıdır.Bu direncin değeri, bu şarj alanı için havalandırmanın gerekli olup olmadığını belirtir.R3 = 1,3 kΩ, sürücünün kontak voltajı 6 V'tur. Bu, hava sirkülasyonu gerektirmeyen bir şarj alanına eşdeğerdir.Gerekirse, R3 = 270Ω ve 3 V'luk bir dokunma gerilimi.
Araç şarj olurken veya herhangi bir nedenle şarjı durdurmak istediğinde S2 kapatılabilir.Bu, PWM'nin pozitif voltaj seviyesini 9v olarak değiştirecek ve EVSE'ye EV'nin yeniden şarj olmaya hazır olmadığını bildirecektir.
Şarj Modu 4
Bu, DC çıkışlı harici bir şarj cihazı içeren tek şarj modudur.DC gücü doğrudan aküye iletilir ve yerleşik şarj cihazı atlanır.Bu mod, maksimum 400A akım ile 600v DC sağlayabilir.Bu modda yer alan yüksek güç seviyeleri, daha yüksek iletişim seviyeleri ve daha sıkı güvenlik özellikleri gerektirir.
Mod 4, şarj kablosu kalıcı olarak şarj istasyonuna bağlıyken yalnızca C kasasına bağlantıya izin verir.
İki Yeni Şarj Yöntemi
Kablosuz şarj etme
Kablosuz şarj modunun kablolar aracılığıyla enerji iletmesi gerekmez ve enerjiyi iletmek için elektromanyetik indüksiyon, elektrik alan kuplajı, manyetik rezonans ve radyo dalgaları kullanır.Kablosuz şarj modunu kullanmak için önce arabaya bir araba endüktif şarj cihazı takmanız gerekir.Aracın güç alan parçası ile güç kaynağı parçası arasında mekanik bir bağlantı yoktur ancak güç alan gövde ile güç kaynağı gövdesi arasındaki bağlantının daha doğru olması gerekmektedir.
Teknoloji olgunluğunun ve temel ekipmanın sınırlamalarına tabi olarak, elektrik uzmanları, kablosuz şarj teknolojisinin şu an için seri olarak üretilemeyeceğine inanıyor.Endüstrideki ana kablosuz şarj teknolojisi, elektrik enerjisini aktarmak için esas olarak elektromanyetik indüksiyon ve manyetik rezonans kullanır, ancak manyetik rezonans yöntemi, cep telefonu aramalarından daha küçük olan daha yüksek şarj verimliliğine ve daha düşük elektromanyetik radyasyon yoğunluğuna sahiptir.Bobinlerin mükemmel bir şekilde hizalanması gerekmez, bu da elektromanyetik indüksiyonun erişiminin ötesindedir.
Kablosuz şarj modunun gelecekteki uygulama beklentisi ölçülemez.Gelecekte, yürürken şarj edebilecek.Elektrik enerjisi, yol kaplamasının güç kaynağı sisteminden veya arabanın aldığı elektromanyetik dalga enerjisinden gelebilir.
Mobil Şarj
EV pilleri için ideal durum, mobil şarj (MAC) olarak adlandırılan araç yolda seyir halindeyken şarj oluyor.Bu sayede elektrikli araç kullanıcıları şarj istasyonu aramak, araçlarını park etmek ve şarj için zaman harcamak zorunda kalmıyor.MAC sistemi, yolun bir bölümünün, yani şarj alanının altına gömülür ve ek alan gerektirmez.
Hem kontak hem de endüktif MAC sistemleri uygulanabilir.Temaslı tip MAC sistemi için araç gövdesinin altına bir kontak arkının takılması gerekir ve kontak arkı yol yüzeyine gömülü şarj elemanı ile temas ederek anlık yüksek akım elde edebilir.Elektrikli araç MAC alanından geçtiğinde, şarj işlemi darbeli şarj oluyor.Endüktif MAC sistemleri için, yerleşik kontak yayları endüktif bobinlerle değiştirilir ve yol yüzeyine gömülü olan şarj elemanları, güçlü manyetik alanlar oluşturan yüksek akım sargılarıyla değiştirilir.Açıktır ki, mekanik kayıp ve kontak arkının kurulum yeri gibi faktörlerin etkisi nedeniyle, kontak tipi MAC insanlar için çok çekici değildir.
sonuç olarak
Özetle, IEC 61851 standardı, elektrikli araçlar için elektriksel olarak iletken şarj sistemleri ile ilgilidir.Bu standartlar dört farklı şarj modunu tanımlar.
İlk üç mod, EV yerleşik şarj cihazına AC gücü sağlar;ancak Mod 4, DC gücünü doğrudan aküye iletir ve yerleşik şarj cihazını atlar.Mod 3, kamu güvenliğini hedefleyen çeşitli kontrol ve koruma işlevleri kullanır.
