Wraz z popularnością pojazdów elektrycznych technologia ładowania stała się jednym z głównych elementów promujących rozwój transportu elektrycznego. Wśród nich standard ładowania CCS (Combined Charging System), jako globalny standard ładowania, jest szeroko stosowany w systemie szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych na rynkach europejskim i amerykańskim. Wraz ze stopniowym wkraczaniem chińskich firm na rynki europejskie i amerykańskie, standard ładowania CCS stopniowo przyciągnął uwagę większej liczby inżynierów.
W tym artykule w sposób łatwy do zrozumienia omówiono podstawowe zasady, charakterystykę i powiązane z nią standardy testów spójności standardu ładowania CCS.
Historia rozwoju i projekt interfejsu standardu ładowania CCS:
Historia standardu ładowania CCS sięga 2011. W tym czasie na rynkach pojazdów elektrycznych w Europie, Ameryce Północnej i Azji pojawiły się różne standardy ładowania, co spowodowało problemy z interoperacyjnością i wygodą ładowania w rozwoju pojazdów elektrycznych na całym świecie. Aby rozwiązać ten problem, Europejskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów (ACEA) zaproponowało propozycję standardu ładowania CCS, której celem jest zintegrowanie ładowania prądem przemiennym i stałym w ujednolicony system. Fizyczny interfejs złącza został zaprojektowany jako gniazdo ze zintegrowanymi interfejsami prądu przemiennego i stałego, które może być kompatybilne z 3 trybami ładowania: ładowaniem prądem przemiennym jednofazowym, ładowaniem prądem przemiennym trójfazowym i ładowaniem prądem stałym. Może zapewnić bardziej elastyczne opcje ładowania pojazdów elektrycznych. Standard CCS Combo 1.0 został oficjalnie wydany w 2012 roku.
W 2014 wydano CCS Combo 2.0, co stanowi ważną aktualizację poprzedniej wersji, jeszcze bardziej zwiększającą moc ładowania i obsługującą szybsze ładowanie prądem stałym. Ta wersja standardu CCS została również szeroko przyjęta na rynkach europejskim i północnoamerykańskim. Od tego czasu standard CCS był dwukrotnie iterowany (CCS Combo 2.0.1 i CCS Combo 2.0.2) w 2017 i 2020 roku, jeszcze bardziej zwiększając moc ładowania i bezpieczeństwo.
Ze względów historycznych CCS obejmuje dwa fizyczne projekty wtyczek. Lewa strona powyższego obrazka to wtyczka CCS typu 2 (w skrócie CCS2), która jest głównie używana na rynku europejskim. Prawa strona to wtyczka CCS typu 1 (w skrócie CCS1), która jest głównie używana na rynku północnoamerykańskim, w tym w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie. Pierwsza litera C w CCS oznacza Combined. Nazywa się ją „combined”, ponieważ port ładowania integruje część AC (górna część) i część DC (dolna część). Tylko górna część interfejsu jest używana podczas ładowania AC, a dolny interfejs DC jest używany do przesyłania energii podczas ładowania DC, a niektóre piny górnej wtyczki są używane do komunikacji. Warto wspomnieć, że w przeciwieństwie do komunikacji CAN używanej w standardowym ładowaniu DC, komunikacja między pojazdem elektrycznym (EV) a ładowarką (EVSE) w ładowaniu CCS AC i DC jest realizowana za pośrednictwem interfejsu Control Pilot (CP). Pinami związanymi ze sterowaniem ładowaniem są:
CP - Pilot sterujący:
Przesyła sygnały PWM do sterowania ładowaniem prądem przemiennym i sygnałów modulacyjnych w oparciu o komunikację linii energetycznej (PLC), umożliwiając komunikację wysokiego poziomu podczas ładowania prądem przemiennym lub stałym.
PP - Pilot zbliżeniowy:
Między tym pinem a PE znajduje się wstępnie ustawiony rezystor, który pozwala EV rozpoznać, że głowica ładowarki jest podłączona i określić maksymalną obciążalność prądową kabla.
PE - Uziemienie ochronne:
Służy do ochrony uziemienia pojazdów elektrycznych i pełni funkcję uziemienia odniesienia dla CP i PP.
Międzynarodowe normy dotyczące CCS:
Normy dotyczące ładowania są obszerne i złożone. Ze względu na ograniczenia miejsca, niniejszy artykuł pokrótce wyjaśni kilka norm ściśle związanych z ładowaniem CCS AC i DC.
IEC 61851-1
Seria norm IEC 61851 jest najwcześniejszą międzynarodową normą systemu ładowania opracowaną przez organizację IEC i można ją nazwać kamieniem węgielnym norm ładowania. Ma ona ważne znaczenie odniesienia dla formułowania norm systemów ładowania w innych krajach lub formułowania późniejszych norm ładowania, takich jak DIN70121 lub ISO15118.
Norma IEC61851-1 określa ogólne wymagania systemu ładowania, zwłaszcza specyfikacje ładowania prądem przemiennym. W tym norma ładowania prądem przemiennym mojego kraju GB/T18487.1-2015, opiera się również na tej samej metodzie sterowania.
Mówiąc prościej, sterowanie ładowaniem AC ma na celu osiągnięcie zmiany napięcia punktu detekcji na linii CP poprzez podłączenie głowicy pistoletu ładującego i sterowanie otwieraniem i zamykaniem przełącznika S2 na końcu pojazdu, aby zrealizować rozpoznanie i przełączanie stanu ładowania między pojazdem a stosem. Ponadto stos ładowania informuje pojazd o maksymalnym prądzie, który można dostarczyć, generując sygnały PWM o różnych cyklach pracy.
Ponieważ rzeczywista strategia ładowania podczas ładowania prądem przemiennym jest realizowana przez pokładową ładowarkę OBC. Dlatego wymagania dotyczące interakcji informacyjnej między pojazdem a akumulatorem mogą być spełnione tylko przez zmianę napięcia punktu detekcji i współczynnika wypełnienia. Jeśli chodzi o ładowanie prądem stałym, ze względu na oczywisty wzrost zapotrzebowania na interakcję informacyjną między pojazdem a akumulatorem, proste sygnały analogowe nie mogą już spełniać potrzeb. Dlatego IEC 61851-1 definiuje w trybie 4, że komunikacja wysokiego poziomu (HLC) jest osiągana przez linię CP w celu przesyłania protokołu ładowania prądem stałym zdefiniowanego w IEC 61851-23.
Cyfrowa komunikacja wysokiego poziomu CCS przyjmuje komunikację linii energetycznej (PLC) opartą na HomePlug GreenPHY jako protokole warstwy łącza danych. Mówiąc prościej, sygnał wysokiej częstotliwości zmodulowany OFDM jest sprzężony z linią sygnału CP przez modem zainstalowany na obwodzie sygnału CP stosu ładowania lub pojazdu i demodulowany przez modem na drugim końcu. Umożliwia to szybkość komunikacji do 10 Mbit/s bez dodawania dodatkowych pinów komunikacyjnych, zapewniając kanał interakcji informacji o dużej przepustowości do interakcji informacji o ładowaniu prądem stałym i zaawansowanych funkcji, takich jak ładowanie typu plug-and-play, a nawet interakcja pojazdu z siecią.
BPT (V2G) będzie stanowić centrum przyszłego rozwoju rynku ładowania w Europie i Stanach Zjednoczonych. Ze względu na cechy struktury energetycznej w Europie i Stanach Zjednoczonych, energia rozproszona (DER) stała się szeroko akceptowanym i rozpoznawalnym kierunkiem rozwoju. Jako naturalnie wysokiej jakości medium magazynowania energii, akumulatory EV muszą uczestniczyć w regulacji inteligentnych sieci. Wydanie istniejących nowych norm jedynie technicznie usunęło przeszkody od samochodu do stosu ładowania, ale od stosu do platformy operacyjnej do dystrybutora energii, nadal istnieje wiele problemów niespójnych norm.
Ponadto, ze względu na charakterystykę komunikacyjną CCS, w oparciu o istniejącą technologię, nie tylko można zrealizować dwukierunkową transmisję mocy DC, ale także AC V2G. Dlatego też testowanie spójności związane z połączeniem sieciowym AC może stać się również przedmiotem zainteresowania przyszłego personelu badawczo-rozwojowego nowych pojazdów energetycznych.