Połączony system ładowania
Combined Charging System ( CCS ) to standard ładowania pojazdów elektrycznych . Może wykorzystywać Combo 1 lub Combo 2 , aby zapewnić moc do 350 kilowatów . Te dwa złącza są rozszerzeniami IEC 62196 typu 1 i typu 2 , z dwoma dodatkowymi stykami prądu stałego (DC), aby umożliwić szybkie ładowanie prądem stałym o dużej mocy.
Combined Charging System umożliwia ładowanie prądem zmiennym przy użyciu złącza typu 1 i typu 2, w zależności od regionu geograficznego. To środowisko ładowania obejmuje złącza ładowania, komunikację ładowania, stacje ładowania, pojazd elektryczny oraz różne funkcje procesu ładowania, takie jak równoważenie obciążenia i autoryzacja ładowania.
Pojazdy elektryczne lub urządzenia do zasilania pojazdów elektrycznych (EVSE) są kompatybilne z CCS, jeśli obsługują ładowanie prądem zmiennym lub stałym zgodnie ze standardami określonymi przez CCS. Producenci samochodów obsługujący CCS to BMW, Daimler, FCA , Ford, Jaguar, General Motors, Groupe PSA, Honda, Hyundai, Kia, Mazda, MG , Polestar, Renault, Rivian, Tesla, Mahindra, Tata Motors i Volkswagen Group.
Konkurencyjne systemy ładowania do ładowania prądem stałym o dużej mocy obejmują CHAdeMO (japoński), zalecany standard Guobiao 20234 (chiński), [ potrzebne źródło ] i Tesla Supercharger ( Tesla ).
Historia
Odrodzenie zainteresowania samochodami elektrycznymi spowodowało rozbudowę stacji ładowania . Początkowo uzyskiwały one dostęp do obfitej sieci prądu przemiennego za pomocą różnych wtyczek na całym świecie. Standaryzacja w IEC 62196 dla wysokoprądowych złączy ładowania zaowocowała różnymi systemami: typ 1 był używany głównie w Ameryce Północnej i Japonii, a warianty typu 2 gdzie indziej. W przypadku ładowania prądem stałym SAE i Europejskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów (ACEA) opracowały plan dodania wspólnych przewodów prądu stałego do istniejących typów złączy prądu przemiennego, tak aby istniała tylko jedna „globalna koperta”, która pasowałaby do wszystkich stacji ładowania prądu stałego.
Propozycja „Combined Charge System” (CCS) została opublikowana na 15. Międzynarodowym Kongresie VDI ( Stowarzyszenie Inżynierów Niemieckich ) w dniu 12 października 2011 r. w Baden-Baden. CCS definiuje pojedynczy wzór złącza po stronie pojazdu, który oferuje wystarczająco dużo miejsca na złącze typu 1 lub 2, a także miejsce na dwustykowe złącze prądu stałego, umożliwiające ładowanie do 200 amperów. Siedmiu producentów samochodów (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche i Volkswagen) zgodziło się pod koniec 2011 roku na wprowadzenie CCS w połowie 2012 roku. W maju 2012 ACEA zatwierdziła standaryzację złącza Combo 2 w całej Unii Europejskiej . Do ACEA dołączyło pod koniec tego miesiąca Europejskie Stowarzyszenie Dostawców Motoryzacji (CLEPA) i Związek Przemysłu Elektrycznego (EURELECTRIC). Również w tym miesiącu prototypowe wdrożenia do 100 kW zostały pokazane na targach EVS26 w Los Angeles . Specyfikacje ładowania prądem stałym w projekcie IEC 62196-3 dają zakres do 125 A przy napięciu do 850 V.
Siedmiu producentów samochodów zgodziło się również używać HomePlug GreenPHY jako protokołu komunikacyjnego. Prototyp dopasowanej wtyczki został opracowany przez firmę Phoenix Contact z myślą o wytrzymałości na 10 000 cykli łączenia. Propozycja standaryzacji została przesłana do IEC w styczniu 2011 r. Prośba o użycie protokołu PLC do komunikacji Vehicle2Grid została zgłoszona we wrześniu 2009 r. Podczas wspólnej prezentacji BMW, Daimlera i VW na sympozjum technologicznym ZEV Rady ds. Zasobów Powietrza w Kalifornii . Konkurowało to z propozycją magistrali CAN z Japonii (w tym CHAdeMO ) i Chin (GB / T 20234.3, oddzielny standard złącza DC), a żaden z ich producentów samochodów nie podpisał CCS. Jednak Chiny były zaangażowane we wczesne etapy rozwoju dodatkowych pinów DC.
Volkswagen zbudował pierwszą publiczną stację szybkiego ładowania CCS o mocy 50 kW DC w Wolfsburgu w czerwcu 2013 r., aby przetestować VW E-Up , który miał być dostarczony ze złączem szybkiego ładowania DC dla CCS. Dwa tygodnie później BMW otworzyło swoją pierwszą stację szybkiego ładowania CCS, aby obsługiwać BMW i3 . Co najmniej od drugiego Światowego Szczytu EV w czerwcu 2013 r. stowarzyszenie CHAdeMO, Volkswagen i Nissan opowiadają się za wielostandardowymi ładowarkami prądu stałego, ponieważ dodatkowy koszt stacji dwuprotokołowej wynosi tylko 5%.
Od 2014 roku Unia Europejska wymaga dostarczania Type 2 lub Combo 2 w ramach europejskiej sieci ładowania pojazdów elektrycznych .
W Niemczech inicjatywa ładowania interfejsu e. V. ( CharIN ) została założona przez producentów samochodów i dostawców (Audi, BMW, Daimler, Mennekes, Opel, Phoenix Contact, Porsche, TÜV SÜD i Volkswagen) w celu promowania przyjęcia CCS. Zauważyli w komunikacie prasowym, że większość samochodów nie może ładować szybciej niż 50 kW, więc była to pierwsza wspólna moc wyjściowa stacji CCS, które miały zostać zbudowane w 2015 roku. Kolejnym krokiem była standaryzacja stacji o mocy 150 kW, którą pokazali w październiku 2015, patrząc na przyszły system o mocy wyjściowej 350 kW. Volvo dołączyło do CharIN w 2016 roku; Tesla w marcu 2016 r.; Lucid Motors (wcześniej Atieva) czerwiec 2016; Faraday Future czerwiec 2016; Toyota w marcu 2017 r.
W Stanach Zjednoczonych BMW i VW twierdziły w kwietniu 2016 r., Że korytarze wschodniego i zachodniego wybrzeża mają „kompletne” sieci CCS. W ramach ugody w sprawie skandalu związanego z emisjami Volkswagena z 2016 r., VW zobowiązał się wydać w Stanach Zjednoczonych 2 miliardy dolarów w ciągu następnych 10 lat na CCS i inną infrastrukturę ładowania za pośrednictwem spółki zależnej Electrify America . W ramach tych wysiłków zostaną zbudowane stacje ładowania o mocy do 150 kW w lokalizacjach lokalnych i do 350 kW w lokalizacjach przy autostradach. Oprócz CCS miały powstać stacje ładowania CHAdeMO.
W listopadzie 2016 r. Ford, Mercedes, Audi, Porsche i BMW ogłosiły, że zbudują sieć ładowania o mocy 350 kW (do 500 A i 920 V) (IONITY) z 400 stacjami w Europie, kosztem 200 000 EUR (220 000 USD) każda .
Projekt techniczny
Wersje specyfikacji
Combined Charging System ma się rozwijać wraz z potrzebami klienta. Wersja 1.0 obejmowała obecnie popularne funkcje ładowania prądem zmiennym i stałym, a wersja 2.0 odnosiła się do bliskiej lub średnioterminowej przyszłości. Specyfikacje i podstawowe standardy dla CCS 1.0 i CCS 2.0 są opisane dla ładowania DC w Tabeli 1 [ potrzebne źródło ] i dla ładowania AC w Tabeli 2.
Producenci samochodów wspierający CCS zobowiązali się do migracji do CCS 2.0 w 2018 roku. [ Potrzebne źródło ] Dlatego zaleca się, aby producenci stacji ładowania również wspierali CCS 2.0 od 2018 roku.
Specyfikacje CCS 3.0 nie zostały jeszcze dokładnie określone [ od? ] . Wszystkie funkcje poprzednich wersji zostaną zachowane w celu zapewnienia kompatybilności wstecznej. Potencjalne dodatkowe funkcje obejmują: [ potrzebne źródło ]
- Odwrotny transfer mocy
- Ładowanie indukcyjne
- Bezprzewodowa komunikacja ładowania
- Ładowanie autobusu odbierakiem prądu „pantograf”.
Ładowanie komunikacji
W przeciwieństwie do złącza i wlotu, które zależą od położenia geograficznego, komunikacja ładowania jest taka sama na całym świecie. Zasadniczo można wyróżnić dwa rodzaje komunikacji.
- Podstawowa sygnalizacja (BS) odbywa się za pomocą sygnału modulacji szerokości impulsu (PWM), który jest przesyłany przez styk pilota sterującego (CP) zgodnie z normą IEC 61851-1 . Ta komunikacja jest wykorzystywana do funkcji związanych z bezpieczeństwem, wskazując na przykład, czy złącze jest podłączone, zanim styki zostaną włączone (lub zasilone) oraz czy zarówno stacja ładująca, jak i pojazd elektryczny są gotowe do ładowania. Ładowanie AC jest możliwe tylko za pomocą sygnału PWM. W takim przypadku stacja ładująca wykorzystuje cykl pracy PWM, aby poinformować ładowarkę pokładową o maksymalnym dostępnym prądzie w stacji ładującej (szerokość impulsu 5% wskazuje, że należy zastosować HLC).
- Komunikacja wysokiego poziomu (HLC) odbywa się poprzez modulowanie sygnału o wysokiej częstotliwości przez styk CP (znany również jako Power Line Communication lub PLC) w celu przesyłania bardziej złożonych informacji, które mogą być wykorzystane np. do ładowania DC lub do innych usług, takich jak „podłącz i ładuj” lub równoważenie obciążenia . Komunikacja wysokiego poziomu oparta jest na normie DIN SPEC 70121 i serii ISO/IEC 15118 .
Równoważenie obciążenia
CCS rozróżnia dwie metody równoważenia obciążenia. [ potrzebne źródło ]
- Równoważenie obciążenia reaktywnego umożliwia natychmiastową zmianę przepływu energii z urządzeń zasilania pojazdu elektrycznego (EVSE) na EV do określonego limitu.
- Harmonogramowe równoważenie obciążenia wspiera równoważenie obciążenia biernego oraz dodatkowo planowanie przepływu energii z EVSE do EV z np. różnymi limitami mocy i wskaźnikami kosztów w czasie. Można go np. wykorzystać do optymalizacji dystrybucji energii w inteligentnej sieci.
Tryby autoryzacji ładowania
W przypadku autoryzacji opłat zasadniczo przewiduje się dwa podejścia. [ przez kogo? ]
- Dzięki „podłącz i ładuj” użytkownik podłącza swój pojazd i rozpoczyna się automatyczny proces uwierzytelniania i autoryzacji bez dalszej interakcji użytkownika. Płatność jest wykonywana automatycznie.
- W przypadku „płatności zewnętrznej” użytkownik musi zidentyfikować się za pomocą karty RFID na terminalu lub dokonać płatności kartą płatniczą, zanim będzie mógł przystąpić do ładowania.
Sprzęg pojazdu
Sprzęg pojazdu składa się ze złącza pojazdu, które jest montowane na końcu elastycznego kabla oraz wlotu pojazdu, odpowiednika złącza, który znajduje się w pojeździe. Sprzęgacze CCS były oparte na łączniku typu 1, normie północnoamerykańskiej i łączniku typu 2, normie europejskiej, zgodnie z opisem w normie IEC 62196-2. Jednym z wyzwań związanych z połączonym systemem ładowania było opracowanie gniazda pojazdu, które byłoby kompatybilne zarówno z istniejącymi złączami samochodowymi AC, jak i dodatkowymi stykami DC. Zarówno w przypadku typu 1, jak i typu 2 osiągnięto to poprzez rozszerzenie wlotu o dwa dodatkowe styki DC poniżej istniejących styków AC i komunikacyjnych. Powstałe nowe konfiguracje są powszechnie znane jako Combo 1 i Combo 2.
W przypadku złącza samochodowego DC implementacja różni się nieznacznie między Combo 1 i Combo 2. W przypadku Combo 1 złącze jest przedłużone o dwa styki DC, podczas gdy część złącza typu 1 pozostaje taka sama ze stykami AC (L1 i N) nieużywany. W przypadku Combo 2 styki AC (L1, L2, L3 i N) są całkowicie usunięte ze złącza, dlatego w części złącza typu 2 pozostały tylko trzy styki — dwa styki komunikacyjne i uziemienie ochronne. Gniazdo pojazdu może zawierać styki prądu przemiennego, aby umożliwić ładowanie prądem zmiennym niezgodnym z CCS.
W obu przypadkach funkcje komunikacji i uziemienia ochronnego są objęte oryginalną częścią złącza typu 1 lub 2. Złącza typu 1 i typu 2 są opisane w normie IEC 62196-2, natomiast złącza Combo 1 i Combo 2 są opisane w normie IEC 62196-3 jako konfiguracje EE i FF. [ potrzebne źródło ]
Złącze kablowe | |||
---|---|---|---|
Typ 1 | Kombinacja 1 | ||
Wlot pojazdu | Typ 1 |
Ładowanie AC, jednofazowe |
Nie łączy się |
Kombinacja 1 | Ładowanie prądem stałym |
Złącze kablowe | |||
---|---|---|---|
typ 2 | Kombinacja 2 | ||
Wlot pojazdu | typ 2 |
Ładowanie AC, jednofazowe lub trójfazowe |
Nie łączy się |
Kombinacja 2 | Ładowanie prądem stałym |
Ładowanie z dużą mocą
Ponieważ złącza samochodowe do ładowania prądem stałym zgodnie z normą IEC 62196-3:2014 Ed.1 umożliwiają ładowanie prądem stałym tylko prądem do 200 A, nie pokrywają one w wystarczającym stopniu potrzeb przyszłej infrastruktury ładowania. W związku z tym późniejsza edycja standardu obsługuje prądy do 500 A. Tak wysokie prądy wymagają jednak dużych przekrojów poprzecznych kabli, co prowadzi do ciężkich i sztywnych kabli, lub wymagają chłodzenia, jeśli pożądane są cieńsze kable. Ponadto rezystancja styku prowadzi do większego rozpraszania ciepła. Aby poradzić sobie z tymi problemami technicznymi, norma IEC TS 62196-3-1 opisuje wymagania dotyczące sprzęgaczy prądu stałego dużej mocy, w tym wykrywanie termiczne, chłodzenie i posrebrzanie styków. CharIN bada wersje powyżej 2 MW dla ciężarówek elektrycznych, a sprzęt jest testowany.
Rywalizacja o globalną akceptację
Combined Charging System jest napędzany głównie przez europejskich i północnoamerykańskich producentów samochodów. Ładowarki Type 1 i Combo 1 można znaleźć głównie w Ameryce Północnej i Środkowej, Korei i na Tajwanie, natomiast ładowarki Type 2 i Combo 2 można znaleźć w Europie, Ameryce Południowej, Afryce Południowej, Arabii, Indiach, Singapurze, Tajwanie, Hong Kongu, Oceanii i Australia. w Chinach używany jest konkurencyjny standard GB/T 20234-2015 , podczas gdy w Japonii używany jest CHAdeMO .
W Unii Europejskiej, zgodnie z dyrektywą 2014/94/UE, wszystkie punkty ładowania DC dużej mocy zainstalowane po 18 listopada 2017 r. miały być wyposażone do celów interoperacyjności co najmniej w złącza Combo 2. [ potrzebne źródło ] Nie zabrania to jednak udostępniania innych punktów ładowania wykorzystujących np. CHAdeMO lub AC Rapid.
Większość [ potrzebne źródło ] pojazdów elektrycznych sprzedawanych w Stanach Zjednoczonych jest produkowana przez Teslę i dlatego nie obsługuje natywnie ładowania CCS, ale zamiast tego korzystała z zastrzeżonego złącza Tesli od początku 2010 r. do 2022 r., chociaż nowsze samochody Tesli również obsługują CCS z adapter sprzedawany oddzielnie. W wielu pozostałych krajach żaden standard nie jest jeszcze preferowany, chociaż CharIN zalecił zaawansowany Type 2 i Combo 2 w 2018 r. W listopadzie 2022 r. Tesla zmieniła nazwę swojego wcześniej zastrzeżonego złącza ładowania na North American Charging Standard (NACS), udostępniając specyfikacje innym pojazdom elektrycznym producentów jako alternatywy dla standardu CCS, który jest używany przez większość konkurentów w Ameryce Północnej.
Linki zewnętrzne
- Inicjatywa interfejsu ładowania (CharIN)