ใช้ประโยชน์จากการออกแบบโมดูลสำหรับสถานีชาร์จเร็ว EV

ผู้ขับขี่รถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงก๊าซมีความคุ้นเคยมากขึ้นในการขับรถเข้าไปในสถานีบริการและลานจอดรถ และมองเห็นสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ที่ดูเหมือนจะปรากฏขึ้นเกือบทุกที่ อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้ขับขี่รถยนต์ EV ในการเดินทางระยะไกลหรือผู้ที่เดินทางระยะสั้นซึ่งอาจลืมเติมไฟฟ้าตอนนี้นั้นสถานีชาร์จที่มีอยู่อาจดูเหมือนมีอยู่ไม่มากนัก นั่นเป็นตัวบ่งชี้ความต้องการผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมที่เพิ่มขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการตัวเลือกการชาร์จ EV ที่สะดวกสบาย

การก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานในการชาร์จถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้บรรลุเป้าหมายของรัฐบาลในการเปลี่ยนรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นรถยนต์ไฟฟ้า ช่วงปลายปี 2021 ในสหรัฐอเมริกา ฝ่ายบริหารของ Biden ได้ประกาศกลยุทธ์ที่จะสร้างที่ชาร์จ EV สาธารณะ 500,000 เครื่องทั่วประเทศภายในปี 2030 และรายงานของกระทรวงพลังงานระบุว่าภายในปี 2030 จำเป็นต้องมีที่ชาร์จ EV 1.2 ล้านเครื่อง สหราชอาณาจักร จีน และสหภาพยุโรปก็ให้เงินอุดหนุนและส่งเสริมการลงทุนในโครงสร้างพื้นฐานเครื่องชาร์จสาธารณะเช่นกัน

มาตรการจูงใจของรัฐบาลและข้อจำกัดในการปล่อยมลพิษคาดว่าจะผลักดันยอดขายรถยนต์ไฟฟ้าจาก 2 ล้านคันในปี 2563 เป็น 73 ล้านคันในปี 2583 คิดเป็น 61% ของยอดขายรถยนต์ทั่วโลก และสูงกว่าในญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และสหภาพยุโรป McKinsey ประมาณการค่าใช้จ่ายสำหรับฮาร์ดแวร์เครื่องชาร์จสาธารณะของสหรัฐอเมริกา การวางแผน และการติดตั้ง (ไม่รวมการอัพเกรดระบบไฟฟ้าของโครงข่ายและไซต์งาน) อยู่ที่ 35 พันล้านดอลลาร์จนถึงปี 2030 และอีก 16 พันล้านดอลลาร์สำหรับอุปกรณ์ในสถานที่ทำงานและคลังยานพาหนะ

การออกแบบโซลูชันการชาร์จเชิงพาณิชย์

เนื่องจากจำนวนรถยนต์ไฟฟ้าบนท้องถนนเพิ่มขึ้นในแต่ละวัน ตลาดที่มีศักยภาพสำหรับโซลูชันการชาร์จจึงมีมหาศาล เนื่องจากรัฐบาลสหรัฐฯ ประมาณการว่าการติดตั้งพอร์ตชาร์จสาธารณะในต้นปี 2567 มีจำนวนน้อยกว่า 200,000 แห่ง

คาดว่าความต้องการจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากความเชื่อมั่นของผู้บริโภคต่อรถยนต์พลังงานไฟฟ้าเติบโตขึ้นพร้อมกับการนำเทคโนโลยีการชาร์จพลังงานสูง (HPS) มาใช้ ซึ่งจะทำให้สามารถขับขี่ได้ระยะทางประมาณ 19 ไมล์ต่อนาทีของการชาร์จ ซึ่งเปรียบเทียบกับการชาร์จ 2.5 ไมล์ต่อนาทีด้วยกระแสไฟชาร์จ 200 กิโลวัตต์ของมาตรฐานระบบการชาร์จแบบรวม (CCS)

มีข้อควรพิจารณาในการออกแบบมากมายสำหรับโซลูชันการชาร์จเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม อย่างน้อยที่สุดก็คือความสามารถในการปรับให้เข้ากับมาตรฐานการชาร์จ EV ที่พัฒนาแล้ว จำเป็นอย่างยิ่งที่นักออกแบบผลิตภัณฑ์จะต้องสร้างโซลูชันที่ชนะเลิศโดยคำนึงถึงคุณลักษณะที่สำคัญ ได้แก่:

• การชาร์จที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าหลายประเภท รวมถึงรถยนต์ รถโดยสาร และรถบรรทุก
• ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่รับประกันว่าจะใช้พลังงานสูงสุดในการชาร์จและลดการสูญเสียความร้อนให้เหลือน้อยที่สุด
• ประสบการณ์การชาร์จที่สม่ำเสมอ แม้ในสภาวะแรงดันไฟฟ้าที่ผันผวน
• อายุการใช้งานยาวนานและบำรุงรักษาง่าย
• ความสามารถในการขยายได้ถึงช่วงเมกะวัตต์เพื่อรองรับการดำเนินงานของสถานีชาร์จขนาดใหญ่และการเติบโตของ EV บนท้องถนนที่คาดการณ์ไว้
• การทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ พร้อมระบบป้องกันไฟกระชาก เซอร์กิตเบรกเกอร์ และการป้องกันความร้อนสูงเกินไป

การให้พลังงานที่รวดเร็ว สะดวก และเชื่อถือได้แก่ EV จำเป็นต้องมีการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นสูงสำหรับการใช้งานสาธารณะและเชิงพาณิชย์/อุตสาหกรรม

แหล่งจ่ายไฟแบบโมดูลาร์เพื่อการชาร์จ EV ที่เร็วขึ้น

Phoenix Contac นำเสนอโมดูลพลังงาน CHARX แบบแยกส่วนที่ออกแบบมาเพื่อการชาร์จ EV ที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการชาร์จนอกทางหลวงสำหรับยานพาหนะและอุปกรณ์หนัก ไมโครกริด AC กริด DC ไฟฟ้าแรงสูง การจัดเก็บพลังงาน และการใช้งานไฮโดรเจนอิเล็กโทรลิซิส

บริษัทก่อตั้งขึ้นในประเทศเยอรมนีในปี พ.ศ. 2466 และเป็นผู้นำตลาดทั่วโลกในด้านส่วนประกอบ ระบบ และโซลูชันในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และระบบอัตโนมัติ โดยปฏิบัติตามวิสัยทัศน์ของ All Electric Society ซึ่งการเพิ่มการใช้พลังงานไฟฟ้า เครือข่าย และระบบอัตโนมัติของภาคส่วนต่าง ๆ ควบคู่ไปกับการพึ่งพาโซลูชันแหล่งจ่ายไฟที่เชื่อถือได้มากขึ้น ด้วยเหตุนี้ บริษัทจึงมุ่งเน้นไปที่การส่งมอบจุดชาร์จที่รวดเร็ว ปลอดภัย และได้มาตรฐานและอินเทอร์เฟซการชาร์จด้วยเทคโนโลยีล่าสุด

โมดูลพลังงาน CHARX (รูปที่ 1) เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมสำหรับการสร้างโซลูชันการชาร์จ โดยมีจำหน่ายในรุ่น AC/DC และ DC/DC ซึ่งสามารถติดตั้งได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้ราง DIN ในตู้ขนาด 19 นิ้วมาตรฐาน ซึ่งใช้กันทั่วไปใน EV สถานีชาร์จ การออกแบบปลั๊กแอนด์เพลย์โมดูลาร์ CHARX ช่วยลดความยุ่งยากและเร่งความเร็วกระบวนการติดตั้งและบำรุงรักษาด้วยเทคโนโลยีการเชื่อมต่อที่รวดเร็วแบบพุชอินและ T-LOX ขนาดโมดูลกว้าง 483 mm สูง 134 mm และลึก 550 mm

รูปที่ 1: ตู้ไฟ CHARX แบบโมดูลาร์ มีจำหน่ายในรุ่น AC/DC และ DC/DC (แหล่งที่มาภาพ: Phoenix Contact)

ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการชาร์จ DC ที่มีแรงดันไฟฟ้าและกระแสสูง โมดูลพลังงานแต่ละโมดูลสามารถจ่ายพลังงานการชาร์จได้สูงสุด 360 kW โดยให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน 95% ที่โหลด 50% และการกระจายพลังงานต่ำภายใต้ 14 W ในโหมดสแตนด์บาย ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความคุ้มค่าเมื่อไม่ได้ใช้งาน

กำลังชาร์จสามารถปรับขยายได้ผ่านการเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นของโมดูลและตู้ระบบ ด้วยเทคโนโลยีระบายความร้อนที่เหมาะสม โมดูล CHARX จึงสามารถชาร์จพลังงานได้สูงสุดถึงกระแส HPC ที่สูงถึง 500 กิโลวัตต์ ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการชาร์จสวนสาธารณะที่มีช่วงเมกะวัตต์

โมดูลไฟ AC/DC สามเฟส 1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW มีช่วงอินพุต 340 V_AC ถึง 530 โวลต์_AC โมดูลไฟ DC/DC 1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW มีช่วงอินพุต 300 V_DC ถึง 825 V_DC เพื่อใช้ในการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจำนวนมาก โมดูลพลังงานทั้งสองมีช่วงเอาต์พุตตั้งแต่ 30 V_DC ถึง 1,000 V_DC

โมดูล DC/DC ให้การติดตามจุดกำลังสูงสุด (MMPT) อย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะปรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตและกระแสของแผงโซลาร์เซลล์เพื่อปรับกำลังเอาต์พุตให้เหมาะสม ซึ่งช่วยในการเอาท์พุตที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับอุปกรณ์ แม้ว่าจะมีระดับการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ อุณหภูมิ และประเภทแผง PV ที่แตกต่างกันก็ตาม

ตัวควบคุมเดียวสำหรับหลายตู้

การทำงานที่มีประสิทธิภาพของโมดูลจ่ายไฟและตู้หลายตัวมาพร้อมกับโปรโตคอลข้อความบัส Controller Area Network (CAN) ซึ่งช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างอุปกรณ์โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์แม่ข่าย Grid Charge Protocol (GCP) ที่ใช้ CAN จัดให้มีการสื่อสารระหว่างโมดูลพลังงานตั้งแต่หนึ่งโมดูลขึ้นไปและตัวควบคุมการชาร์จ และรองรับวิธีการสื่อสารแบบเพียร์ทูเพียร์ มัลติคาสต์ และการออกอากาศ

โมดูลควบคุมการชาร์จแบบตั้งโปรแกรมได้ 1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 (รูปที่ 2) ทำงานร่วมกับโมดูลพลังงาน AC/DC หรือ DC/DC สำหรับสถานีชาร์จ DC เป็นองค์ประกอบหลักของระบบชาร์จไฟฟ้า ซึ่งให้การสื่อสารผ่านเครือข่าย การตรวจสอบผู้ใช้ การจัดการโหลด และฟังก์ชันด้านความปลอดภัย อินเทอร์เฟซ CAN บัสจัดการการกระจายพลังงานและการสื่อสารสำหรับการใช้งานการชาร์จที่รวดเร็ว

รูปที่ 2: ตัวควบคุมการชาร์จแบบตั้งโปรแกรมได้ EV-PLCC-AC1-DC1 สำหรับใช้กับโมดูลพลังงาน CHARX AC/DC และ DC/DC (ที่มา: Phoenix Contact)

ตัวควบคุมทำงานตามมาตรฐาน IEC 61851-1, IEC 61851-23, DIN SPEC 70121 และมาตรฐาน CHAdeMO ซึ่งให้ความคล่องตัวสำหรับข้อกำหนดการชาร์จที่แตกต่างกัน ประกอบด้วยอินเทอร์เฟซอีเทอร์เน็ตคู่และโมเด็มไร้สายในตัว รวมถึงตัวเลือก 4G

ความสามารถในการใช้คอนโทรลเลอร์ตัวเดียวสำหรับหลายตู้ช่วยลดความยุ่งยากในการบำรุงรักษาและลดต้นทุนการติดตั้งและการดำเนินงาน ตัวควบคุม CHARX สามารถเชื่อมต่อกับโมดูลพลังงานได้สูงสุด 48 โมดูล รองรับ OCPP 1.6J (Core-Profile) สำหรับการสื่อสารกับระบบการจัดการสถานีชาร์จ รวมถึงโปรโตคอลการสื่อสาร Modbus/TCP หรือ MQTT สำหรับการผสานรวมกับระบบและแพลตฟอร์มภายนอก

คอนโทรลเลอร์รองรับอินพุตดิจิตอล 16 ช่องและใช้ตัวเชื่อมต่อ COMBICON เพื่อการประกอบที่ยืดหยุ่นและการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยกับโมดูลพลังงาน การทำงานต่อเนื่องระหว่างไฟฟ้าดับมีแบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้ในตัว

สรุป

โมดูลพลังงาน CHARX และตัวควบคุมของ Phoenix Contact มอบตัวเลือกที่หลากหลายและเชื่อถือได้สำหรับการออกแบบสถานีชาร์จพลังงานสูง ด้วยความยืดหยุ่นและความสามารถในการปรับขนาด กลุ่มผลิตภัณฑ์ CHARX ช่วยให้เกิดโซลูชันที่ให้การจัดการตู้และโมดูลพลังงานหลายตัวที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าสำหรับการใช้งานการชาร์จที่แตกต่างกัน รวมถึงการบูรณาการอย่างราบรื่นกับโปรโตคอลการสื่อสารและระบบภายนอกที่แตกต่างกัน