Inginerie electromecanică pentru stații de încărcare

25 IANUARIE 2021

Stații de încărcare pentru autovehicule electrice

Dezvoltarea unei infrastructuri de încărcare de înaltă performanță pentru ‘e-mobility’ a creat un domeniu de business complet nou, cu o rată de creștere foarte mare în ceea ce privește utilizarea componentelor electromecanice de înaltă calitate, care includ nu numai relee, ci și siguranțe, comutatoare și componente de management termic.

Protecția mediului – unul dintre cele mai importante subiecte ale societății noastre – și reducerea emisiilor reprezintă provocările cu care se confruntă industria auto în acest moment. Singurul mod prin care acestea pot fi soluționate este utilizarea motoarelor electrice. Potrivit unui studiu realizat de McKinsey, se estimează că, până în 2030, vor fi înmatriculate aproximativ 120 de milioane de vehicule electrice pentru utilizare rutieră în China, UE și Statele Unite. Cererea de energie va crește de la aproximativ 20 de miliarde de kilowați-oră în 2020, la 280 miliarde kilowați-oră în 2030, pentru care vor fi necesare aproximativ 40 de milioane de stații de încărcare, dintre care 15 milioane doar în Europa.

Principalii producători de automobile au anunțat deja un plan de investiții pentru dezvoltarea a 400 de stații de încărcare în Europa. Pachetul actual de stimulare economică oferit de Guvernul Federal German pune accent pe electromobilitate. Se așteaptă să se investească aproximativ 2,5 miliarde € în dezvoltarea infrastructurii cu stații de încărcare.

Dezvoltarea unei infrastructuri de încărcare de înaltă performanță, împreună cu toate schimbările care vor avea loc în acest sector impun producătorilor de autoturisme, precum BMW, VW, Mercedes și Audi să-și adapteze facilitățile de producție și să-și pregătească forța de muncă cu instruirea și certificările adecvate.

Tipuri de relee utilizate în stațiile de încărcare

O varietate de componente electromecanice este necesară atât pentru mașinile electrice, cât și pentru stațiile de încărcare.

Figura 1: Releul HFE18-200 de la Hongfa este perfect pentru aplicații auxiliare

Standardul IEC 61851-1 definește diferitele tipuri de stații de încărcare. Acestea sunt clasificate pe baza criteriilor de alimentare cu energie electrică și a comunicației electronice dintre stația de încărcare și mașina electrică. Alegerea componentelor electromecanice depinde de tipul stației de încărcare utilizate.

Stațiile de încărcare oferă diverse moduri de încărcare. Cele care corespund modurilor 1 și 2, care operează folosind curent alternativ, nu dispun de prea multă electronică. În aceste cazuri, încărcătorul integrat (OBC – On-Board Charger) al vehiculului se ocupă de managementul ciclului de încărcare.

Figura 2: Seria de siguranțe fuzibile PSR de la Littelfuse oferă protecție fiabilă pentru semiconductoarele de putere.

Modul 3 de încărcare necesită un releu pentru a comuta curentul alternativ. Ca și în cazul altor stații de încărcare, care utilizează AC, încărcătorul OBC limitează performanțele de încărcare. Cerințele plasate pe releu includ 230V/400V (conform IEC 60664-1) și categoria 4 de supratensiune. Aceasta înseamnă că trebuie întreținută o distanță de cel puțin 3 mm între contacte. Există furnizori care oferă (prin Rutronik) produse conforme acestor cerințe, precum Hongfa, care produce relee de 35A/3,6 mm (HF170F), 65A/3 mm (HF176F) și 90A/3 mm (HF167F) sau Omron, care furnizează modelul G6QE, de 36A/3,2 mm.

Tendința se îndreaptă către stațiile de încărcare rapidă DC (Modul 4), ca soluție pentru reducerea timpilor lungi de încărcare. Majoritatea componentelor electronice din aceste cazuri se află în stația de încărcare, nu în vehicul. Prin urmare, OBC-ul vehiculului este ocolit. Procesul de încărcare este gestionat direct de stația de încărcare, care furnizează tensiunea continuă. Stațiile de încărcare, care oferă acest mod de încărcare (Modul 4) utilizează o varietate de relee:

Releul principal suportă un interval de curent între 80 și 600A și este utilizat, de obicei, pentru a deconecta bateria. Asemenea modele le găsiți la Hongfa (HFE18V-300, HFE82V-250V) și la Omron (G9TB).

Releul pentru încărcare rapidă controlează procesul de încărcare rapidă, la curenți nominali aflați în gama 32 … 600A. Relee adecvate acestui tip de aplicație sunt disponibile, prin Rutronik, de la Hongfa (HFE18V-600).

Releul de preîncărcare HV este utilizat în circuitul de preîncărcare, iar unul dintre produsele care poate fi utilizat în acest scop este HFE80V-20B, de la Hongfa.

Releele pentru “aplicații auxiliare” (Figura 1) sunt utilizate, în principal, pentru sisteme de aer condiționat, sisteme de încălzire, convertoare DC-AC și alte aplicații. Tipic, acestea au o putere nominală cuprinsă între 20 și 40A, iar Hongfa are, din nou, în portofoliu, un produs adecvat pentru acest lucru și anume HFE18-200.

Cerințe pentru releu

Pentru a se califica pentru utilizarea în domeniul auto, aceste relee trebuie să aibă dimensiuni compacte și să corespundă specificațiilor tehnice speciale. Motoarele electrice necesită niveluri de putere foarte ridicate, ceea ce implică anumite riscuri, deci un comutator fiabil este esențial aici, cu alte cuvinte, contactele releului nu trebuie să fie expuse riscului de oxidare. Furnizorii au dezvoltat relee umplute cu gaz (de obicei, este utilizat hidrogenul) pentru a preveni acest lucru, menținând astfel o rezistență de contact mai mică, evitând pierderile de energie și prevenind defectarea releului. Releele de la furnizorii premium Omron și Hongfa îndeplinesc aceste cerințe și pot fi utilizate în aproape orice aplicație – în vehicule electrice sau hibride, în sisteme de baterii de 48V sau stații de încărcare.

Figura 3: Seria de siguranțe fuzibile JLLS de la Littelfuse.

Siguranțe fuzibile

Deoarece funcționarea stațiilor de încărcare implică tensiuni și curenți mari, este necesar să se protejeze atât oamenii, cât și componentele. Siguranțele fuzibile cu montare pe suprafață, cartuș și de înaltă tensiune sunt doar câteva dintre componentele necesare aici.

În funcție de tipul stației de încărcare, se pot aplica și alte cerințe. Stațiile de încărcare cu modurile de încărcare 1 – 3 sunt utilizate, de obicei, în gospodăriile private. Pe de altă parte, stațiile de încărcare rapidă – Modul 4 – sunt instalate în spații publice, cum ar fi supermarketuri și benzinării și necesită o conexiune de curent mare. Deoarece transformă tensiunea alternativă de la intrare într-o tensiune continuă la ieșire, ambele circuite necesită siguranțe fuzibile.

Stațiile de încărcare rapidă constau din semiconductoare de putere extrem de sensibile, care pot fi afectate de interferențe, cum ar fi impulsuri de tensiune și supracurenți. Siguranțele fuzibile speciale, de mare viteză, cum ar fi seria PSR de la Littelfuse (Figura 2) pentru ieșirea de curent continuu, au fost dezvoltate tocmai pentru această situație. Sunt extrem de eficiente la limitarea curentului și oferă rezistență la porniri/opriri dese și repetate. Seria de siguranțe fuzibile JLLS de la Littelfuse (Figura 3) sunt ideale pentru circuitele de intrare AC.

De asemenea, acestea limitează puternic curentul și previn curenții de scurtcircuit, mai repede decât alte sisteme mecanice de siguranță. Acest lucru le permite să protejeze dispozitive cu componente sensibile la supratensiuni, cum ar fi redresoarele. Ambele tipuri sunt printre cele mai compacte siguranțe fuzibile din segmentul de curenți mai mari de 30A. Pe lângă Littelfuse și Eaton oferă modele comparabile.

Figura 4: Tastaturi metalice robuste, ce pot fi personalizate.

Management termic eficient

Nivelurile ridicate de putere generează multă căldură în interiorul componentelor electronice, iar temperaturile din exteriorul stațiilor de încărcare pot crește și ele. Acest lucru poate avea un impact negativ important asupra funcției și duratei de viață a componentelor, motiv pentru care este esențial un management termic eficient. În acest scop, Rutronik oferă o varietate de soluții, inclusiv folii termice conductoare, radiatoare și ventilatoare de la furnizori de top, precum 3M, Delta Electronics, Fischer Elektronik, Assmann WSW, Jamicon și Adda. Specialiștii noștri în produse și aplicații vă pot ajuta în selectarea componentelor adecvate.

Comutatoare și tastaturi metalice

Figura 5: Buton cu apăsare, metalic, antivandal de la C&K (ATP22).

Comutatoarele și tastaturile metalice adecvate aplicațiilor auto permit utilizarea ușoară a stațiilor de încărcare. O tastatură metalică poate fi folosită, de exemplu, pentru a introduce un cod PIN pentru autentificare, iar microîntrerupătoarele pot fi utilizate, de exemplu, pe mânerul încărcătorului, pentru a porni procesul de încărcare.

Deoarece stațiile de încărcare (precum cele aflate în benzinării sau supermarketuri) trebuie să reziste condițiilor dure de mediu, acestea necesită o tastatură metalică foarte robustă, care funcționează în orice condiții de vreme. Tastatura IP-Line de la Knitter Switch este livrată cu indice de protecție de până la IP69K și o rezistență la impact de IK08. De asemenea, tastaturile pot fi personalizate. (Figura 4)

Pentru a le proteja împotriva actelor de vandalism, acestea au nevoie de butoane cu apăsare antivandal, cu elemente de acționare rezistente la zgârieturi și carcase robuste din oțel inoxidabil. Butoanele cu apăsare, metalice, de la C&K, de exemplu, pot rezista condițiilor extreme de mediu și actelor de vandalism, acestea oferind un grad de protecție IP67 și o rezistență la impact de IK10. Întrerupătoarele pot fi disponibile cu iluminare în diverse culori și cu etichetă pe actuator. (Figura 5)

Acest scurt rezumat arată modul în care componentele electromecanice din stațiile de încărcare ajută la realizarea e-mobilității prin orice, de la unitatea de comandă la conectorul mașinii electrice până la mufa încărcătorului – și, prin aceasta, contribuie la reducerea emisiilor de CO2.

Autori: Burak Duman, Technical Support Mechanics și Martin Unsöld, Senior Manager Product Marketing Mechanics
Rutronik |  https://www.rutronik.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre