Aplicații de încărcare cu curent alternativ a vehiculelor electrice
De la încărcarea unidirecțională AC la provocările aplicațiilor bidirecționale și tehnologiei V2X
Infrastructura pentru vehiculele electrice (EV) evoluează, iar piața încărcătoarelor de perete AC crește rapid. În același timp, apar noi provocări, în special în cazul vehiculelor electrice, datorită creșterii aplicațiilor de încărcare bidirecțională și a celor V2X (Vehicle to Everything). Conform acestor tendințe, monitorizarea curentului rezidual (RCM – Residual Current Monitoring) ocupă un loc central în aplicațiile de încărcare AC.
Articolul analizează piața actuală, tendințele emergente și importanța monitorizării curentului rezidual, atât în încărcătorul de perete, cât și în EV, pentru a asigura conformitatea cu reglementările și standardele de siguranță, permițând, totodată, un timp competitiv de lansare pe piață.
Maturitatea pieței de încărcare AC și tendințe emergente
Piața încărcătoarelor de perete și a cablurilor de curent alternativ a înregistrat o creștere substanțială, determinată de răspândirea tot mai mare a vehiculelor electrice la nivel mondial. Aceste piețe s-au maturizat rapid și sunt caracterizate de specificații bine definite și de standarde stricte care asigură siguranța și eficiența încărcării cu curent alternativ a vehiculelor electrice.
Figura 1: Apariția sistemelor OBC bidirecționale
Cu toate acestea, apar noi provocări chiar în interiorul vehiculelor electrice.
În primul rând, încărcătorul de la bordul vehiculului (OBC – on-board charger) fără transformator este următoarea mare tendință în domeniul încărcării cu curent alternativ, deoarece producătorii de automobile trebuie să reducă greutatea și volumul, precum și să îmbunătățească eficiența fiecărui sistem dintr-un vehicul electric, controlând costurile atunci când producția se realizează în volume mari. Aceste cerințe de performanță și provocări de siguranță datorate tensiunilor și curenților mari înseamnă că RCM devine o parte din ce în ce mai importantă a sistemului.
A doua provocare este dată de creșterea gradului de complexitate prin introducerea tehnologiei V2X (Vehicle to Everything). V2X permite ca energia stocată în bateriile vehiculelor electrice să alimenteze alte vehicule, locuințe, aparate și chiar rețeaua, și nu doar să alimenteze vehiculul. Această schimbare de paradigmă are implicații semnificative pentru proiectarea și funcționarea infrastructurii de încărcare a vehiculelor electrice, precum și pentru circuitele/sistemele de încărcare de la bord. Sistemele OBC bidirecționale sunt esențiale pentru activarea capabilităților V2X, iar aceste sisteme necesită soluții avansate de siguranță pentru a proteja utilizatorii finali ai vehiculelor electrice împotriva șocurilor electrice. Sistemele OBC bidirecționale necesită soluții RCM extrem de fiabile și precise, care pot gestiona atât curenți alternativi, cât și curenți continui și respectând cele mai recente reglementări, precum ISO5474.
Siguranța utilizatorului
Principala preocupare în încărcarea vehiculelor electrice este asigurarea siguranței utilizatorilor împotriva șocurilor electrice. Infrastructura tradițională de încărcare cu curent alternativ are standarde solide și specificații clare. Tranziția către sistemele OBC fără transformator și bidirecționale la bordul vehiculelor electrice crește nivelul de complexitate, impunând standarde mai ridicate de detectare a curentului rezidual. În special, senzorii RCM trebuie să fie imuni la câmpurile magnetice și electrice din mediu, să gestioneze eficient suprasarcinile și să evite decuplările false care perturbă procesul de încărcare.
Senzorii RCM joacă un rol esențial în ceea ce privește protecția utilizatorilor împotriva șocurilor electrice, prin detectarea curenților de scurgere și declanșarea mecanismelor de protecție. În aplicațiile de încărcare a vehiculelor electrice, cerințele sunt deosebit de stricte. Senzorii trebuie să detecteze atât curenții de scurgere în curent alternativ, cât și în curent continuu și trebuie să fie foarte sensibili pentru a evita alertele false, care pot întrerupe procesul de încărcare.
Apariția sistemelor OBC bidirecționale (figura 1) adaugă un alt nivel de complexitate. Aceste sisteme trebuie să respecte noul standard ISO5474, care specifică cerințele de siguranță funcțională pentru transferul de curent alternativ în vehiculele electrice. Senzorii RCM utilizați în sistemele OBC bidirecționale trebuie să fie în conformitate cu acest standard, care impune detectarea curenților de scurgere AC și DC cu o precizie ridicată pentru a garanta siguranța în timpul operațiunilor V2X.
Figura 2: Nu puteți utiliza orice soluție RCM, deoarece componentele de detectare a curentului de scurgere de tip AC, A și F nu pot asigura nivelul corect de siguranță, singurul care poate măsura și detecta AC și DC neted fiind cel de tip B.
IEC 62752, UL2231, IEC62955 și noul standard ISO5474 impun detectarea scurgerilor de curent alternativ și de curent continuu fără sincope. După cum se observă în figura 2, nu puteți utiliza orice soluție RCM, deoarece componentele de detectare a curentului de scurgere de tip AC, A și F nu pot asigura nivelul corect de siguranță, singurul care poate măsura și detecta AC și DC neted fiind cel de tip B.
Soluții de ultimă oră pentru monitorizarea curentului rezidual
CDSR
Tehnologia Fluxgate oferă performanțe superioare în detectarea curenților de scurgere AC și DC, ceea ce o face alegerea preferată pentru monitorizarea curentului rezidual în aplicațiile de încărcare EV. Senzorii RCM de la LEM, seriile CDSR și CDT, beneficiază de tehnologia fluxgate proprie companiei, permițând o precizie și o lățime de bandă remarcabile.
Este esențial, totodată, să ne asigurăm că senzorii RCM funcționează corect și, din acest motiv, familiile CDSR și CDT oferă autotestare și diagnosticare integrate (temperatură, detectarea supracurenților, protecție la supra/subtensiune etc.). Angajamentul LEM față de calitate și inovare, precum și angajamentul său pentru respectarea standardelor internaționale, stabilește repere în industrie și face ca soluțiile sale să fie atractive pentru inginerii auto responsabili cu încărcarea vehiculelor electrice și alte aplicații.
CDT
Cabluri de încărcare și încărcătoare de perete de curent alternativ
Senzorii de curent ideali pentru încărcătoarele de perete de curent alternativ trebuie să fie în conformitate cu standardele internaționale de declupare automată a alimentării (IEC 62752/62955/UL 2231), să fie potriviți pentru o gamă largă de niveluri de putere de ieșire și să suporte arhitecturi monofazate și trifazate, pentru a permite adaptarea aceluiași proiect la sisteme de încărcare AC cu puteri cuprinse între 3,3 kW și 22 kW.
Tehnologia fluxgate dezvoltată de LEM este cea mai exactă tehnologie de măsurare fără contact disponibilă în prezent și permite senzorilor CDSR să ofere o precizie excepțională atunci când monitorizează curentul alternativ sau continuu și permite detectarea scurgerilor de curent de până la 5 mA. Senzorii sunt disponibili în versiuni monofazate și trifazate, ceea ce îi face potriviți pentru diverse sisteme de încărcare. Designul lor compact și integrarea ușoară, precum și forma lor verticală, simplifică procesul de proiectare pentru inginerii de sistem și îi transformă într-o alegere ideală pentru producătorii OEM și furnizorii Tier One care doresc să îmbunătățească siguranța și performanța soluțiilor lor de încărcătoare de perete AC.
Senzorul CDT lansat recent se bazează, de asemenea, pe tehnologia fluxgate brevetată de LEM și se distinge ca o soluție pentru detectarea scurgerilor de curent în cablurile de încărcare, cu precizia sa fără precedent de ±0,5 mA @ 5 mA, precum și cea mai bună calitate auto din clasa sa. CDT oferă detectarea dinamică a avariilor și funcții avansate de diagnosticare, respectând, totodată, toate standardele relevante, facilitând procesul de proiectare pentru inginerii de sistem.
Senzorul CDT este disponibil în versiuni monofazate și trifazate, ceea ce îl face potrivit pentru diverse configurații de cabluri de încărcare. Funcțiile sale avansate de diagnosticare și capabilitățile dinamice de decuplare automată în caz de avarie oferă inginerilor de sistem instrumente valoroase pentru a optimiza performanța și siguranța soluțiilor lor de încărcare.
Trecerea la sisteme OBC (On-Board Charging) fără transformator și bidirecționale
Figura 3
Trecerea la sistemele OBC bidirecționale, care permit utilizarea bateriilor EV ca surse de energie pentru diverse aplicații (V2X), subliniază nevoia de senzori RCM de tip B, de calitate auto, cu conformitate ISO 26262 ASIL B și respectarea noului standard ISO5474. Senzorul CDT-SF de la LEM îndeplinește toate aceste cerințe și oferă două canale de măsurare independente, capabilități de autodiagnosticare, nivelul de precizie revoluționar descris mai sus și raportare detaliată a erorilor prin SPI. Cele două canale de măsurare independente oferă redundanță și sporesc fiabilitatea, în timp ce capabilitățile sale de autodiagnosticare și raportarea detaliată a erorilor asigură performanțe optime și siguranță. Senzorul permite, de asemenea, derularea de teste externe complete pentru teste de siguranță și altele.
Caracteristica de decuplare dinamică permite inginerilor de sistem să seteze pragul de decuplare în funcție de cerințele regionale și normative specifice. Această flexibilitate asigură că senzorul poate fi utilizat în diferite piețe și aplicații și poate fi folosit, de asemenea, pentru a adapta sistemul și a îmbunătăți eficiența la trecerea de la încărcarea de la vehicul la sarcină (V2L) la încărcarea de la vehicul la rețea (V2G).
Concluzie
Într-o lume a încărcării vehiculelor electrice cu curent alternativ, aflată în evoluție rapidă, LEM continuă să fie lider cu soluțiile sale inovatoare RCM (figura 3). Prin abordarea provocărilor nuanțate ale aplicațiilor bidirecționale și V2X și prin asigurarea conformității cu cele mai recente standarde, LEM oferă inginerilor de sistem senzori fiabili, de înaltă calitate, care simplifică procesele de proiectare și sporesc siguranța. Pe măsură ce piața progresează, LEM rămâne un jucător esențial, stimulând progresul și stabilind repere în tehnologia măsurătorilor electrice.
Odată cu adoptarea tot mai frecventă a vehiculelor electrice și complexitatea tot mai mare a aplicațiilor de încărcare AC, nevoia de soluții avansate de monitorizare a curentului rezidual este fără precedent. Senzorii CDSR și CDT de la LEM oferă inginerilor de sistem instrumentele de care au nevoie pentru a garanta siguranța și performanța soluțiilor lor de încărcare, în timp ce senzorul CDT-SF abordează provocările unice ale sistemelor OBC bidirecționale și ale aplicațiilor V2X. Pe măsură ce industria continuă să evolueze, angajamentul LEM față de inovare și excelență va asigura menținerea companiei în fruntea tehnologiei de măsurare electrică, oferind soluții fiabile și precise pentru viitorul încărcării vehiculelor electrice.
Autor:
Clément Amilien,
Head of Global Product Management Automotive
