תכנון אדריכלי של עמדות טעינה V2G DC בהתאם לתקנים אירופיים

העיצוב האדריכלי של V2Gתחנת טעינה DCתאימות לתקנים אירופיים (ממשק CCS2) כרוכה בתכנון מתואם של שלוש שכבות: חומרת הספק, אלקטרוניקת בקרה ופרוטוקולי תקשורת. מסגרת טכנית מקיפה מתוארת להלן שתשמש בסיס לשיפור נוסף.

א. ארכיטקטורת המערכת הכוללת

המערכת כוללת ארבעה מודולים פונקציונליים עיקריים:

• מודול המרת חשמל:מטפל בהמרה דו-כיוונית של AC/DC; משמש כליבה לזרימת אנרגיה דו-כיוונית של V2G.
• מודול בקרה והגנה:כולל את הבקר הראשי, נעילת בטיחות וניטור בידוד.
• מודול תקשורת:תקשורת בין רכב למטען (EVCC-SECC) ותקשורת בין מטען לענן (ניהול backend).
• מודול HMI/מדידה:תצוגה, חיוב ומדידת נתונים, ואימות מבוסס RFID/אפליקציה.

II. ארכיטקטורת חומרה (שלב הספק)

המאפשר העיקרי לתמיכה ב-V2G בתחנות טעינה CCS2 DC הוא קישור המרת חשמל דו-כיווני ומבודד; בהשוואה למטענים חד-כיווניים סטנדרטיים, ארכיטקטורה זו משלבת נתיב היפוך (פריקה) ודורשת בקרת איכות חשמל מחמירה יותר.

נקודות עיצוב מרכזיות

1. מתח זרם ישר/חלב תלת פאזי קדמי (שלב מיישר PFC)

• טופולוגיה:מיישר וינה תלת-מפלסי (יישומים חד-כיווניים נפוצים, אך תרחישי V2G משתמשים בדרך כלל בטופולוגיות תלת-כיווניות תלת-מפלסיות, כגון דרגת AC/DC תלת-פאזית עם מקור מתח תלת-פאזי עם טרנזיסטורי MOSFET מסדרת SiC לזרימת חשמל דו-כיוונית, או גשר תלת-מפלסי מסוג T).
• רכיבים:רכיבי MOSFET SiC (650V/1200V) נמצאים בשימוש נרחב עבור דירוגי הספק מעל 30 קילוואט; תדרי המיתוג נעים בין 20 ל-50 קילוהרץ כדי לאזן את היעילות ואת גודל הרכיבים המגנטיים.
• פונקציות:יישור AC/DC (G2V) + היפוך DC/AC (V2G) + בקרת הספק אקטיבית/ריאקטיבית מנותקת (לתרחישי תמיכה ברשת ויסות תדר/מתח).
• איכות החשמל:חייב לעמוד בתקנים כגון IEC 61000-3-12 (הרמוניות) ו-EN 50549 (הגנה על חיבור לרשת); THD נדרש בדרך כלל להיות <5% במהלך פריקת V2G.

2. שלב בידוד: ממיר DC-DC דו-כיווני

• טופולוגיות מועדפות:ממיר תהודה CLLC (סימטריה דו-כיוונית, יעילות מיתוג רך גבוהה, מתאים להגבר מתח קבוע או צר) או גשר פעיל כפול (DAB) (תגובה דינמית מעולה על פני טווח מתח רחב, מתאים לפלטפורמות מתח סוללה מ-150 וולט עד 1000 וולט בדגמי רכב שונים).
• יש לתכנן את שנאי הבידוד לפי דרגת הבידוד הגבוהה ביותר (בידוד בין הרכב למטען כדי למנוע צימוד בין פוטנציאל שלדת הרכב לפוטנציאל הרשת).
• שלב זה משמש גם כנקודת הבידוד החשמלי הנדרשת על פי תקן CCS2 (גם GB/T 27930 וגם IEC 61851-23 דורשים בידוד חשמלי בין הרכב לתחנת הטעינה).

3. אפיק DC ושלב פלט

• קבל אפיק + חישת מתח/זרם אפיק DC (עבור בקרת לולאת הספק V2G)
• מגעני DC (אחד לכל קטבים חיוביים ושליליים; חלק מהעיצובים כוללים נגד טעינה מוקדמת ומגען טעינה מוקדמת לצורך הפעלה רכה של אפיק ה-DC לאחר חיבור מחבר CCS2)
• HVIL (לולאת אינטרלוק מתח גבוה): משתרעת לאורך כל המסלול מהמחבר לאפיק הזרם הישר ולממיר; הפלט נחתך אם המעגל נשבר בכל נקודה.
• התקן ניטור בידוד (IMD): ניטור בזמן אמת של התנגדות הבידוד לאדמה עבור אפיקי DC חיוביים ושליליים כאחד; מפעיל הגנה בעת גילוי תקלה

ג. ארכיטקטורת תקשורת

תקשורת עבור CCS2 DC V2G כוללת שתי שכבות:תקשורת בין רכב למטען (EVCC↔SECC) ותקשורת בין מטען לענן (SECC↔CSMS); הראשון הוא קריטי כדי לאפשר שיגור V2G דו-כיווני.

הסבר מעמיק על ערימות פרוטוקולי תקשורת

1. שכבת מטען לרכב (EVCC ↔ SECC)

תוספת מרכזית בתקן ISO 15118-20 בהשוואה לתקן ISO 15118-2 היאBPT (העברת כוח דו-כיוונית)שירות. כדי להבטיח תאימות עם מערכת התקן המקומית GB/T, יש לקחת בחשבון גם את שכבת התאימות בין GB/T 27930 (גרסה נוכחית) לבין GB/T 27930-202x.

2. אפיק פנימי (בקר ראשי ↔ מודול חשמל)

• בדרך כלל משתמש ב-CAN 2.0B או CAN FD; הבקר הראשי שולח פקודות מתח/זרם למודולי ההספק, בעוד שהמודולים מדווחים על מצב וקודי תקלה.
• אם משתמשים בארכיטקטורת הספקת חשמל מודולרית, נדרשים גם פרוטוקולי בוררות מאסטר-עבד וחלוקת עומסים.

3. שכבת מטען-לענן (SECC ↔ CSMS)

• OCPP 2.0.1:כיום, זוהי הבחירה המרכזית; מודול העברת החשמל הדו-כיווני שלו תומך במיוחד בהעברת פרופילי הספק ובדיווח על נתוני מדידת אנרגיה עבור תרחישי V2G.
• עבור פרויקטים הכוללים ויסות תדר רשת או תגובת ביקוש, ניתן להשתמש ב-IEEE 2030.5 (CSIP) או ב-OpenADR.

נקודות עיקריות של בטיחות ותאימות (ספציפי ל-V2G)

• הגנה מפני אי-התחברות:במצב פריקה, המערכת חייבת לעמוד בתקן IEC 62116/UL 1741.
• מדידה דו-כיוונית:שבבי מדידה חייבים לתמוך במדידת אנרגיה דו-כיוונית ובחיוב נפרד.
• גורם הספק והרמוניות:יש לעמוד במגבלות ההרמוניות של חיבור לרשת במהלך הפריקה.
• הסמכה:יש לקחת בחשבון תאימות לתקנים CE, EN 61851-23 ו- EN 62477-1.