Szybkie i skuteczne wdrażanie elastycznych systemów ładowania pojazdów elektrycznych

Trend w kierunku elektromobilności opiera się na oczekiwanej dostępności infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych (EV) na publicznych stacjach, uzupełnionej o odpowiednie systemy ładowania w domach i miejscach pracy użytkowników. Ich podstawowe wymagania projektowe pozostają w dużej mierze spójne, jednak każdy typ systemu ma także własne, co jest komplikacją, którą dodatkowo potęgują regionalne różnice czynników - od platform komunikacyjnych po wymagania dotyczące zgodności.

Wyzwaniem dla projektantów infrastruktury ładowania jest zatem spełnienie podstawowych wymagań przy wystarczającej elastyczności w ich projektowaniu, aby spełnić możliwie najszerszy zakres wymagań końcowych i regionalnych, przy równoczesnym zrównoważeniu kosztów i czasu wprowadzenia na rynek.

W niniejszym artykule opisano zróżnicowany charakter wymagań projektowych stawianych publicznym stacjom ładowania. Następnie przedstawiona zostanie elastyczna platforma rozwiązań firmy NXP Semiconductors, którą można wykorzystać do uruchomienia projektów przygotowanych w sposób spełniający wspomniane wymagania.

Sprostać różnorodnym wyzwaniom projektowym

Wysiłki na rzecz przyspieszenia przejścia na pojazdy elektryczne wymagają łatwo dostępnych i wydajnych urządzeń do ładowania pojazdów elektrycznych (EVSE), powszechnie znanych jako systemy ładowania pojazdów elektrycznych (EV). Lokalne potrzeby związane z transportem kołowym można zaspokoić dzięki pokładowym ładowarkom prądu zmiennego-stałego wbudowanym w pojazdy, umożliwiającym ładowanie w domu lub w pracy, jednak te systemy ładowania nie są w stanie rozwiązać problemów związanych z zasięgiem pojazdów elektrycznych, które nadal ograniczają ich stosowanie. Elektromobilność dalekiego zasięgu zależy od dostępności publicznych systemów ładowania prądu stałego, które są w stanie naładować pojazd elektryczny znacznie szybciej niż wbudowane ładowarki prądu zmiennego-stałego. Jednocześnie te różne systemy ładowania pojazdów elektrycznych muszą być zgodne z wieloma normami i przepisami dotyczącymi bezpieczeństwa, zabezpieczeń i prywatności.

Dla deweloperów tworzących rozwiązania systemów ładowania pojazdów elektrycznych potrzeba dostarczania skutecznych rozwiązań dla każdego konkretnego przypadku użycia stanowi zarówno ogromne możliwości, jak i istotne wyzwanie techniczne. Jednym z wyzwań dla deweloperów jest konieczność dostarczenia szerokiego zestawu funkcji w różnych projektach, które są w stanie zapewnić wymagane parametry i sprawność, spełniając jednocześnie wymagania specyficzne dla poszczególnych zastosowań. Zaspokojenie tej potrzeby wymaga dostosowania podstawowej architektury bazowej dla wszystkich projektów systemów ładowania pojazdów elektrycznych (EV).

Dostosowanie podstawowej architektury systemu ładowania pojazdów elektrycznych

Niezależnie od konkretnego przeznaczenia, systemy ładowania pojazdów elektrycznych (EV) składają się z dwóch głównych, odizolowanych od siebie podsystemów: układu front-end dostarczającego zasilanie i kontrolera zapleczowego do zarządzania zasilaniem (ilustracja 1).

Ilustracja 1: Podstawowa architektura systemów ładowania pojazdów elektrycznych (EV) obejmuje oddzielne, odizolowane od siebie podsystemy dla interfejsu gniazda zasilania i sterownika. (Źródło ilustracji: NXP Semiconductors)

W układzie front-end zwróconym w stronę pojazdu i źródła energii, podsystem interfejsu gniazda zasilania zarządza dostarczaniem zasilania do pojazdu. Po drugiej stronie bariery izolacyjnej znajduje się podsystem sterownika, który dba o bezpieczeństwo, komunikację i inne funkcje wysokiego poziomu. Wdrożenie tych podsystemów zazwyczaj wykorzystuje kilka podstawowych elementów konstrukcyjnych pozwalających spełnić określone wymagania dotyczące metrologii, sterowania, bezpieczeństwa funkcjonalnego, zabezpieczeń i komunikacji powiązane z konkretnym zastosowaniem.

Każdy element konstrukcyjny wnosi do ogólnego projektu systemu ładowania pojazdów elektrycznych określoną krytyczną funkcjonalność. Jednostka metrologiczna musi zapewnić bezpieczny przesył energii, a także dokładny, odporny na nieautoryzowane ingerencje pomiar energii do celów rozliczeniowych. Jednostka sterująca zapewnia niezawodne działanie różnych protokołów wymaganych do przesyłania energii do pojazdu oraz pobierania z niego danych, wykorzystując elementy bezpieczeństwa funkcjonalnego i zabezpieczeń, przy jednoczesnym spełnieniu lokalnych i regionalnych wymagań dotyczących bezpiecznych płatności i protokołów komunikacyjnych używanych do komunikacji z zasobami w chmurze.

W przeszłości deweloperzy musieli dostosowywać podstawową architekturę ładowania pojazdów elektrycznych do swoich wymagań, wdrażając każdy potrzebny blok konstrukcyjny, zwykle przy użyciu niestandardowych projektów obejmujących szeroką gamę urządzeń ogólnego przeznaczenia. Grupa rozwiązań firmy NXP do ładowania pojazdów elektrycznych stanowi skuteczną alternatywę, umożliwiając deweloperom łączenie gotowych elementów konstrukcyjnych w celu szybkiego tworzenia projektów systemów ładowania pojazdów elektrycznych dla szerokiej gamy zastosowań docelowych.