Com a popularidade dos veículos elétricos, a tecnologia de carregamento se tornou um dos elementos principais para promover o desenvolvimento do transporte elétrico. Entre eles, o padrão de carregamento CCS (Combined Charging System), como um padrão de carregamento global, é amplamente usado no sistema de carregamento rápido de veículos elétricos nos mercados europeu e americano. À medida que as empresas chinesas entram gradualmente nos mercados europeu e americano, o padrão de carregamento CCS atrai gradualmente a atenção de mais engenheiros.
Este artigo discutirá os princípios básicos, as características e os padrões de teste de consistência relacionados ao padrão de cobrança CCS de uma maneira fácil de entender.
Histórico de desenvolvimento e design de interface do padrão de carregamento CCS:
A história do padrão de carregamento CCS pode ser rastreada até 2011. Naquela época, diferentes padrões de carregamento surgiram nos mercados de veículos elétricos na Europa, América do Norte e Ásia, o que trouxe problemas de interoperabilidade e conveniência de carregamento para o desenvolvimento de veículos elétricos em todo o mundo. Para resolver esse problema, a European Automobile Manufacturers Association (ACEA) propôs a proposta do padrão de carregamento CCS, que visa integrar o carregamento CA e CC em um sistema unificado. A interface física do conector é projetada como um soquete combinado com interfaces CA e CC integradas, que podem ser compatíveis com 3 modos de carregamento: carregamento CA monofásico, carregamento CA trifásico e carregamento CC. Ele pode fornecer opções de carregamento mais flexíveis para veículos elétricos. O padrão CCS Combo 1.0 foi lançado oficialmente em 2012.
Em 2014, o CCS Combo 2.0 foi lançado, o que é uma atualização importante para a versão anterior, melhorando ainda mais a potência de carregamento e suportando carregamento DC mais rápido. Esta versão do padrão CCS também foi amplamente adotada nos mercados europeu e norte-americano. Desde então, o padrão CCS foi iterado duas vezes (CCS Combo 2.0.1 e CCS Combo 2.0.2) em 2017 e 2020, melhorando ainda mais a potência de carregamento e melhorando a segurança.
Por razões históricas, o CCS inclui dois designs de plugues físicos. O lado esquerdo da imagem acima é o plugue CCS Tipo 2 (CCS2 para abreviar), que é usado principalmente no mercado europeu. O lado direito é o CCS Tipo 1 (CCS1 para abreviar), que é usado principalmente no mercado norte-americano, incluindo os Estados Unidos e o Canadá. A primeira letra C em CCS significa Combinado. É chamado de "combinado" porque a porta de carregamento integra a parte CA (parte superior) e a parte CC (parte inferior). Apenas a parte superior da interface é usada durante o carregamento CA, e a interface CC inferior é usada para transmissão de energia durante o carregamento CC, e alguns pinos do plugue superior são usados para comunicação. Vale ressaltar que, diferentemente da comunicação CAN usada no carregamento CC padrão nacional, a comunicação entre o veículo elétrico (EV) e a pilha de carregamento (EVSE) no carregamento CCS CA e CC é obtida por meio da interface Control Pilot (CP). Os pinos relacionados ao controle de carregamento são:
CP - Piloto de Controle:
Transmite sinais PWM para controle de carregamento CA e sinais de modulação com base na comunicação por linha de energia (PLC) para estabelecer comunicação de alto nível em carregamento CA ou CC.
PP - Piloto de Proximidade:
Há um resistor predefinido entre este pino e o PE, que permite que o EV reconheça que o cabeçote da pistola de carregamento está conectado e a capacidade máxima de condução de corrente do cabo.
PE - Terra Protetora:
Ele é usado para proteção de aterramento de EV e também serve como aterramento de referência para CP e PP.
Normas internacionais relacionadas à CCS:
Os padrões relacionados ao carregamento são grandes e complexos. Devido a limitações de espaço, este artigo explicará brevemente vários padrões intimamente relacionados ao carregamento CCS AC e DC.
CEI 61851-1
A série de normas IEC 61851 é a primeira norma internacional de sistema de carregamento desenvolvida pela organização IEC e pode ser chamada de pedra angular dos padrões de carregamento. Ela tem importante significância de referência para a formulação de normas de sistema de carregamento em outros países ou a formulação de normas de carregamento subsequentes, como DIN70121 ou ISO15118.
O IEC61851-1 estipula os requisitos gerais do sistema de carregamento, especialmente as especificações de carregamento CA. Incluindo o padrão de carregamento CA do meu país GB/T18487.1-2015, ele também se baseia no mesmo método de orientação de controle.
Em termos simples, a orientação de controle de carga CA é atingir a mudança da tensão do ponto de detecção na linha CP conectando a cabeça da pistola de carga e controlando a abertura e o fechamento do interruptor S2 na extremidade do veículo, de modo a realizar o reconhecimento e a troca do estado de carga entre o veículo e a pilha. Além disso, a pilha de carga informa o veículo sobre a corrente máxima que pode ser fornecida gerando sinais PWM com diferentes ciclos de trabalho.
Como a estratégia de carregamento real durante o carregamento CA é implementada pelo carregador de bordo OBC. Portanto, os requisitos para interação de informações entre o veículo e a pilha podem ser atendidos apenas pela mudança da tensão do ponto de detecção e do ciclo de trabalho. Quando se trata de carregamento CC, devido ao aumento óbvio na demanda por interação de informações entre o veículo e a pilha, sinais analógicos simples não podem mais atender às necessidades. Portanto, a IEC 61851-1 define no modo 4 que a comunicação de alto nível (HLC) é obtida por meio da linha CP para transmitir o protocolo de carregamento CC definido na IEC 61851-23.
A comunicação digital de alto nível do CCS adota a comunicação de linha de energia (PLC) baseada no HomePlug GreenPHY como o protocolo da camada de link de dados. Em termos simples, o sinal de alta frequência modulado OFDM é acoplado à linha de sinal CP por meio de um modem instalado no circuito de sinal CP da pilha de carregamento ou veículo e demodulado pelo modem na outra extremidade. Isso permite uma taxa de comunicação de até 10 Mbit/s sem adicionar pinos de comunicação adicionais, fornecendo um canal de interação de informações de alta largura de banda para interação de informações de carregamento DC e funções avançadas, como carregamento plug-and-play e até mesmo interação veículo-rede.
O BPT (V2G) será o foco do desenvolvimento futuro do mercado de carregamento na Europa e nos Estados Unidos. Devido às características da estrutura energética na Europa e nos Estados Unidos, a energia distribuída (DER) se tornou uma direção de desenvolvimento amplamente aceita e reconhecida. Como um meio de armazenamento de energia naturalmente de alta qualidade, as baterias EV devem participar da regulamentação de redes inteligentes. O lançamento dos novos padrões existentes apenas removeu tecnicamente os obstáculos do carro à pilha de carregamento, mas da pilha à plataforma operacional ao distribuidor de energia, ainda há muitos problemas de padrões inconsistentes.
Além disso, devido às características de comunicação do CCS, com base na tecnologia existente, não só a transmissão bidirecional de energia de DC pode ser realizada, mas também o AC V2G pode ser realizado. Portanto, os testes de consistência relacionados à conexão de rede CA também podem se tornar um foco do futuro pessoal de P&D de veículos de nova energia.