Kombine Şarj Sistemi - Combined Charging System

Konektörler: Combo 2 (sol), IEC Tip 2 (sağ) ile karşılaştırıldığında. Aşağıya iki büyük doğru akım (DC) pimi eklenir ve nötr ve üç faz için dört alternatif akım (AC) pimi çıkarılır.
Tip 1 J-plug araç girişi
Tipik Kombine Şarj Sistemi (Combo 2) araç girişi

Kombine Şarj Sistemi ( CCS ) için bir standarttır şarj elektrikli araçlar . 350 kilowatt'a kadar güç sağlamak için Combo 1 ve Combo 2 konektörlerini kullanır . Bu iki konektör, IEC 62196 Tip 1 ve Tip 2 konektörlerin uzantılarıdır ve yüksek güçlü DC hızlı şarjı sağlamak için iki ek doğru akım (DC) kontağı içerir.

Birleşik Şarj Sistemi, coğrafi bölgeye bağlı olarak Tip 1 ve Tip 2 konektörü kullanarak AC şarjına izin verir. 2014'ten beri Avrupa Birliği , Avrupa elektrikli araç ağı içinde Tip 2 veya Combo 2'nin sağlanmasını şart koşuyor . Bu şarj ortamı, şarj bağlantılarını, şarj iletişimini, şarj istasyonlarını, elektrikli aracı ve şarj işlemi için yük dengeleme ve şarj yetkilendirme gibi çeşitli işlevleri kapsar.

Elektrikli araçlar veya elektrikli araç besleme ekipmanı, CCS tarafından listelenen standartlara göre AC veya DC şarjı destekliyorsa CCS özelliğine sahiptir. CCS'yi destekleyen otomobil üreticileri arasında BMW, Daimler, FCA, Ford, Jaguar, General Motors, Groupe PSA, Honda, Hyundai, Kia, Mazda, MG, Polestar, Renault, Tesla, Tata Motors ve Volkswagen Group yer alıyor.

Amerika Birleşik Devletleri'nde BMW ve VW, Nisan 2016'da Doğu Sahili ve Batı Sahili koridorlarının "tam" CCS ağlarına sahip olduğunu iddia etti. Yüksek güçlü DC şarjı için rakip şarj sistemleri arasında CHAdeMO (Japonca), Guobiao tarafından önerilen standart 20234 (Çince) ve Tesla Supercharger (Tesla'ya özel) bulunur.

Tarih

Elektrikli arabalar ilgi canlanma dağıtım teşvik istasyonları şarj . Başlangıçta, bunlar dünya çapında çeşitli fişler kullanarak bol miktarda AC şebeke elektriğine eriştiler . IEC 62196'da daha yüksek akım şarj konektörleri için standardizasyon, çeşitli sistemleri beraberinde getirdi: Tip 1, öncelikle Kuzey Amerika ve Japonya'da ve Tip 2 varyantları başka yerlerde kullanıldı. DC şarj için, SAE ve Avrupa Otomobil Üreticileri Birliği (ACEA), tüm DC şarj istasyonlarına uyan tek bir "küresel zarf" olacak şekilde mevcut AC konektör türlerine ortak DC kabloları eklemeyi planladı.

DC şarjı için birleşik konektör (yalnızca Tip 2 sinyal pinlerini kullanarak) ve araçtaki Combo girişi (AC şarjına da izin verir)
CCS ile elektrikli araba şarjı

Bir "Birleşik Şarj Sistemi" (CCS) önerisi , 12 Ekim 2011'de Baden-Baden'de düzenlenen Alman Mühendisler Birliği'nin 15. Uluslararası VDI-Kongresinde yayınlandı . CCS, araç tarafında Tip 1 veya Tip 2 konektör için yeterli alan sunan ve 200  ampere kadar şarja izin veren iki pinli DC konektör için alan sunan tek bir konektör düzeni tanımlar . Yedi otomobil üreticisi (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche ve Volkswagen), 2012 yılının ortalarında CCS'yi tanıtmak için 2011'in sonlarında anlaştılar. Mayıs 2012'de ACEA, Combo 2 konektörünün Avrupa Birliği genelinde standardizasyonunu onayladı . ACEA'ya o ayın ilerleyen saatlerinde Avrupa Otomotiv Tedarikçileri Birliği (CLEPA) ve Elektrik Endüstrisi Birliği (EURELECTRIC) katıldı . Yine o ay, 100 kW'a kadar olan prototip uygulamaları Los Angeles'taki EVS26'da gösterildi . IEC 62196-3 taslağında DC şarj özellikleri, 850 V'a kadar 125 A'ya kadar bir aralık sağlar.

Yedi otomobil üreticisi ayrıca HomePlug GreenPHY'yi iletişim protokolü olarak kullanmayı kabul etti . Eşleşen fişin prototipi, 10.000 bağlantı döngüsüne dayanma hedefiyle Phoenix Contact tarafından geliştirilmiştir . Standardizasyon önerisi Ocak 2011'de IEC'ye gönderildi. Vehicle2Grid iletişimi için bir PLC protokolü kullanma talebi , Eylül 2009'da California Hava Kaynakları Kurulu ZEV Teknoloji Sempozyumunda BMW, Daimler ve VW'nin ortak sunumunda işaretlendi . Bu , Japonya'dan ( CHAdeMO dahil ) ve Çin'den (GB/T 20234.3, ayrı bir DC konektör standardı) gelen CAN veri yolu teklifiyle rekabet etti ve otomobil üreticilerinin hiçbiri CCS'ye kaydolmadı. Ancak Çin, ekstra DC pinlerinin geliştirilmesinin ilk aşamalarında yer almıştı.

Volkswagen, CCS için bir DC hızlı şarj konektörü ile teslim edilecek olan VW E-Up'ı test etmek için Haziran 2013'te Wolfsburg'da 50 kW DC sağlayan ilk halka açık CCS hızlı şarj istasyonunu kurdu. İki hafta sonra BMW, yaklaşmakta olan BMW i3'ü desteklemek için ilk CCS hızlı şarj istasyonunu açtı . Haziran 2013'teki en azından ikinci EV Dünya Zirvesi'nden bu yana, CHAdeMO birliği, Volkswagen ve Nissan, çift protokollü bir istasyonun ek maliyeti yalnızca %5 olduğu için çok standartlı DC şarj cihazlarını savunuyor.

Almanya'da, Şarj Arayüzü Girişimi e. V. (CharIN), CCS'nin benimsenmesini teşvik etmek için otomobil üreticileri ve tedarikçileri (Audi, BMW, Daimler, Mennekes, Opel, Phoenix Contact, Porsche, TÜV SÜD ve Volkswagen) tarafından kuruldu. Bir basın açıklamasında, çoğu otomobilin 50 kW'dan daha hızlı şarj edemeyeceğini, bu nedenle, CCS istasyonlarının 2015 yılında inşa edilecek ilk ortak güç çıkışı olduğunu belirttiler. Bir sonraki adım, Ekim ayında gösterdikleri 150 kW çıkışlı istasyonların standartlaştırılmasıydı. 2015, 350 kW çıkışlı bir gelecek sistemi arıyor. Volvo, CharIN'e 2016 yılında katıldı; Mart 2016'da Tesla; Lucid Motors (önceden Atieva) Haziran 2016; Faraday Gelecek Haziran 2016; Mart 2017'de Toyota .

Volkswagen emisyon skandalının 2016 yılındaki çözümünün bir parçası olarak VW, takip eden 10 yıl içinde Amerika Birleşik Devletleri'nde yan kuruluş Electrify America aracılığıyla CCS ve diğer şarj altyapısına 2 milyar ABD Doları harcamayı taahhüt etti . Bu kapsamda, topluluk temelli lokasyonlarda 150 kW'a kadar, otoyol lokasyonlarında ise 350 kW'a kadar şarj istasyonları inşa edilecek. CCS'nin yanı sıra CHAdeMO şarj istasyonları inşa edilecek.

Kasım 2016'da Ford, Mercedes, Audi, Porsche ve BMW , Avrupa'da 400 istasyonlu 350 kW (500 A ve 920 V'a kadar) şarj ağı ( IONITY ) kurduğunu ve her birinin fiyatı 200.000 € (220.000 $) olduğunu duyurdu .

Teknik tasarım

Bileşenleri şarj etmek için terminoloji

Spesifikasyonların sürümleri

Kombine Şarj Sistemi, müşterinin ihtiyaçları doğrultusunda gelişmek içindir. Sürüm 1.0, AC ve DC şarjın şu anda ortak özelliklerini kapsıyordu ve sürüm 2.0, yakın ve orta vadeli geleceği ele aldı. CCS 1.0 ve CCS 2.0 için spesifikasyonlar ve temel standartlar DC şarj için Tablo 1'de ve AC şarj için Tablo 2'de açıklanmıştır.

CCS'yi destekleyen otomotiv üreticileri, 2018'de CCS 2.0'a geçmeyi taahhüt ettiler. Bu nedenle, şarj istasyonu üreticilerinin 2018'den itibaren CCS 2.0'ı da desteklemeleri önerilir.

CCS 3.0'ın özellikleri henüz tam olarak tanımlanmamıştı. Geriye dönük uyumluluk sağlamak için önceki sürümlerin tüm özellikleri korunacaktır. Potansiyel ek özellikler şunları içerir:

  • Ters güç aktarımı
  • endüktif şarj
  • Kablosuz şarj iletişimi
  • "Pantograf" akım toplayıcı ile otobüs şarjı

Şarj iletişimi

Coğrafi konuma bağlı olan konektör ve girişin aksine, şarj iletişimi dünya çapında aynıdır. Genel olarak iki tür iletişim ayırt edilebilir.

  • Temel sinyalleşme (BS), IEC 61851-1'e göre kontrol pilotu (CP) kontağı üzerinden aktarılan bir darbe genişlik modülasyonu (PWM) sinyali kullanılarak yapılır . Bu iletişim, örneğin konektörün takılı olup olmadığını, kontaklar canlı hale getirilmeden (veya enerji verilmeden) önce ve hem şarj istasyonu hem de elektrikli araç şarj için hazır olup olmadığını gösteren güvenlikle ilgili işlevler için kullanılır. AC şarjı yalnızca PWM sinyali kullanılarak mümkündür. Bu durumda şarj istasyonu, yerleşik şarj cihazına şarj istasyonundaki mevcut maksimum akım hakkında bilgi vermek için PWM'nin görev döngüsünü kullanır (%5'lik bir darbe genişliği, HLC'nin kullanılacağını gösterir).
  • Yüksek seviyeli iletişim (HLC), örneğin DC şarj veya diğer hizmetler için kullanılabilecek daha karmaşık bilgileri aktarmak için CP kontağı (Güç Hattı İletişimi veya PLC olarak da bilinir) üzerinden yüksek frekanslı bir sinyalin modüle edilmesiyle yapılır. "tak ve şarj et" veya yük dengeleme . Üst düzey iletişim, DIN SPEC 70121 standardına ve ISO/IEC 15118 serisine dayanmaktadır .

Yük dengeleme

CCS, iki yük dengeleme yöntemi arasında ayrım yapar.

  • Reaktif yük dengeleme, Elektrikli Araç Tedarik Ekipmanından (EVSE) enerji akışının anında belirli bir sınıra kadar EV'ye değiştirilmesine olanak tanır.
  • Programlı yük dengeleme, reaktif yük dengelemeyi ve ayrıca EVSE'den EV'ye enerji akışının örneğin farklı güç limitleri ve zaman içindeki maliyet göstergeleri ile planlanmasını destekler. Örneğin, bir akıllı şebekede enerji dağıtımını optimize etmek için kullanılabilir.

Şarj yetkilendirme modları

Ücret yetkilendirmesi için genellikle iki yaklaşım öngörülmektedir.

  • "Tak ve şarj et" ile kullanıcı aracına takılır ve herhangi bir kullanıcı müdahalesi olmadan otomatik bir kimlik doğrulama ve yetkilendirme süreci başlatılır. Ödeme otomatik olarak gerçekleştirilir.
  • "Harici ödeme" ile, kullanıcının şarj işlemine devam etmeden önce terminalde bir RFID kartı ile tanımlaması veya bir ödeme kartı ile ödeme yapması gerekir.

Araç kuplörü

CCS Combo konnektörleri
Kombo 1
Kombo 2
Yaklaşık olarak ölçeğe göre görüntülenir.

Araç kuplörü, esnek bir kablonun ucuna monte edilen araç konnektörü ve araç içinde bulunan konnektörün karşılığı olan araç girişinden oluşur. CCS kuplörleri, IEC 62196-2'de açıklandığı gibi, Kuzey Amerika standardı olan Tip 1 kuplörü ve Avrupa standardı olan Tip 2 kuplörü temel almıştır. Kombine Şarj Sisteminin zorluklarından biri, hem mevcut AC araç konnektörleri hem de ek DC kontakları ile uyumlu bir araç girişi geliştirmekti. Hem Tip 1 hem de Tip 2 için bu, girişin mevcut AC ve iletişim kontaklarının altına iki ek DC kontağı ile genişletilmesiyle başarılmıştır. Ortaya çıkan yeni konfigürasyonlar genellikle Combo 1 ve Combo 2 olarak bilinir.

DC araç konnektörü için uygulama, Combo 1 ve Combo 2 arasında biraz değişir. Combo 1 durumunda, konnektör iki DC kontağı ile uzatılırken konnektörün Tip 1 kısmı AC kontakları ile aynı kalır (L1 & N) Kullanılmayan Combo 2 için AC kontakları (L1, L2, L3 & N) konnektörden tamamen çıkarılmıştır ve bu nedenle konnektörün Tip 2 kısmında sadece üç kontak kalmıştır – iki iletişim kontağı ve koruyucu toprak. Araç girişi, CCS olmayan AC şarjına izin vermek için AC kontaklarını tutabilir.

Her iki durumda da, iletişim ve koruyucu topraklama işlevleri, konektörün orijinal Tip 1 veya 2 kısmı kapsamındadır. Tip 1 ve Tip 2 konektörler IEC 62196-2'de açıklanırken, Combo 1 ve Combo 2 konektörler IEC 62196-3'te Konfigürasyon EE ve FF olarak tanımlanır.

Tablo 3. Tip 1 ve kombo 1 kuplör için çiftleşme tablosu
Giriş konektörü Tip 1 Kombo 1
Tip 1
AC şarj, tek faz
çiftleşmez
Kombo 1
AC şarj, tek faz
DC şarj
Tablo 4. Tip 2 ve birleşik 2 kuplör için çiftleşme tablosu
Giriş konektörü Tip 2 Kombo 2
Tip 2
AC şarj, tek fazlı veya üç fazlı
çiftleşmez
Kombo 2
AC şarj, tek fazlı veya üç fazlı
DC şarj

Yüksek güçlü şarj

IEC 62196-3:2014 Ed.1'e göre DC şarjı için araç kuplörleri, yalnızca 200 A'e kadar olan akımlarda DC şarjına izin verdiğinden, gelecekteki şarj altyapısının ihtiyaçlarını yeterince karşılamamaktadır. Sonuç olarak, standardın sonraki bir sürümü 500 A'ya kadar olan akımları destekler. Bununla birlikte, bu tür yüksek akımlar, ağır ve sert kablolara yol açan büyük kablo kesitleri gerektirir veya daha ince kablolar isteniyorsa soğutma gerektirir. Ek olarak, temas direnci daha fazla ısı dağılımına yol açar. Bu teknik sorunlarla başa çıkmak için IEC TS 62196-3-1 standardı, termal algılama, soğutma ve kontakların gümüş kaplaması dahil olmak üzere yüksek güçlü DC kuplörlerin gereksinimlerini açıklar. CharIN, elektrikli kamyonlar için 2 MW'a kadar olan sürümleri araştırıyor ve ekipman test ediliyor.

Küresel kabul

Kombine Şarj Sistemi, öncelikle Avrupa ve Kuzey Amerika otomobil üreticileri tarafından yürütülür. Tip 1 ve Combo 1 şarj cihazları öncelikle Kuzey ve Orta Amerika, Kore ve Tayvan'da bulunurken, Tip 2 ve Combo 2 Kuzey ve Güney Amerika, Avrupa, Güney Afrika, Arabistan, Hindistan, Okyanusya ve Avustralya'da bulunabilir. DC şarjı için Çin'de rakip standart GB/T kullanılırken Japonya CHAdeMO kullanıyor . Geri kalan birçok ülkede henüz bir standart tercih edilmemektedir, ancak CharIN'in bir tavsiyesi Tip 2 ve Combo 2'nin kullanılmasıdır. Avrupa Birliği'nde 2014/94/EU Direktifine göre 18 Kasım 2017'den sonra kurulan tüm yüksek güçlü DC şarj noktaları. birlikte çalışabilirlik amaçları için en az Combo 2 konektörlerle donatılacaktır. Ancak bu, örneğin CHAdeMO veya AC Rapid kullanan diğer şarj noktalarının sağlanmasını yasaklamaz .

Referanslar

Dış bağlantılar