Aproveite as vantagens de um projeto modular para estações de recarga rápida de veículos elétricos

Os motoristas de automóveis movidos a gasolina estão cada vez mais acostumados a entrar em postos de gasolina e estacionamentos e ver estações de recarga de veículos elétricos (VE) que parecem estar surgindo em quase todos os lugares. No entanto, para os motoristas de VE em viagens longas ou para aqueles em viagens curtas que se esqueceram de abastecer recentemente, as estações de recarga disponíveis podem parecer poucas e distantes entre si. Esse é um indicador do aumento da demanda por produtos comerciais e industriais para atender à necessidade de opções convenientes de recarga de veículos elétricos.

A construção de uma infraestrutura de recarga é essencial para atender às metas governamentais de substituição de veículos movidos a combustíveis fósseis por VEs. Perto do final de 2021, nos EUA, o governo Biden anunciou uma estratégia para construir 500.000 carregadores públicos de veículos elétricos em todo o país até 2030, e um relatório do Departamento de Energia indicou que há uma necessidade de 1,2 milhão até essa data. O Reino Unido, a China e a União Europeia também estão subsidiando e promovendo investimentos em infraestrutura de carregadores públicos.

Projeta-se que os incentivos governamentais e as restrições de emissões impulsionem as vendas de VEs de 2 milhões em 2020 para 73 milhões de unidades em 2040, representando 61% das vendas mundiais de automóveis e ainda mais no Japão, nos EUA e na UE. A McKinsey estima que o custo do hardware, planejamento e instalação de carregadores públicos nos EUA (excluindo modernizações elétricas da rede e do local) seja de US$ 35 bilhões até 2030, e outros US$ 16 bilhões para os carregadores em locais de trabalho e depósitos de frota.

Projeto de solução de recarga comercial

Com o número de veículos elétricos nas ruas aumentando a cada dia, o mercado potencial para soluções de recarga é enorme, já que as estimativas do governo dos EUA para instalações públicas de portas de recarga no início de 2024 eram de menos de 200.000.

Espera-se que a demanda aumente à medida que a confiança do consumidor nos VEs cresça com a adoção da tecnologia de carregamento de alta potência (HPS), que fornecerá aproximadamente 30,5 km de autonomia por minuto de recarga. Isso se compara a cerca de 4 km por minuto de carregamento com as correntes de recarga de 200 kW do padrão do Sistema de Carregamento Combinado (CCS).

Há várias considerações de projeto para soluções de recarga comerciais e industriais, entre as quais a capacidade de se adaptar aos padrões de carregamento de VE em evolução. É essencial que os projetistas de produtos criem soluções vencedoras em torno das principais características, incluindo:

• Carregamento rápido e eficiente para uma variedade de veículos elétricos, incluindo carros, ônibus e caminhões
• Eficiência energética que garante que a potência máxima seja usada para carregar e minimiza a perda de calor
• Uma experiência de carregamento consistente, mesmo na presença de flutuações de tensão
• Longa vida útil e facilidade de manutenção
• Escalabilidade até a faixa de megawatts para acomodar a operação de grandes parques de recarga e o crescimento previsto de VEs nas ruas
• Operação segura e confiável, com proteção contra surtos, disjuntores e proteção contra superaquecimento

O fornecimento de energia rápida, conveniente e confiável para os veículos elétricos exige projetos de produtos que ofereçam alta eficiência e flexibilidade para uso em aplicações públicas e comerciais/industriais.

Fontes de alimentação modulares para carregamento mais rápido de VE

A Phoenix Contact oferece módulos de potência CHARX, projetados para carregamento rápido e eficiente de veículos elétricos. Eles também são adequados para carregamento fora de estrada para frotas e equipamentos pesados, microrredes de CA, redes de CC de alta tensão, armazenamento de energia e aplicações de eletrólise de hidrogênio.

Fundada na Alemanha em 1923, a empresa é líder mundial no mercado de componentes, sistemas e soluções em engenharia elétrica, eletrônica e automação. Ela adere à visão da Sociedade Totalmente Elétrica, na qual a crescente eletrificação, a formação de redes e a automação de setores andam de mãos dadas com uma dependência cada vez maior de soluções confiáveis de fornecimento de energia. Para isso, seu foco é fornecer pontos de recarga rápidos, seguros e em conformidade com os padrões e interfaces de recarga com as tecnologias mais recentes.

Parte de um portfólio abrangente de produtos para a criação de soluções de recarga, os módulos de potência CHARX (Figura 1) estão disponíveis nas versões CA/CC e CC/CC que podem ser montados diretamente sem trilhos DIN em um gabinete padrão de 19 polegadas, comumente usado em estações de recarga de veículos elétricos. O design modular plug-and-play do CHARX simplifica e acelera os processos de instalação e manutenção com a tecnologia de conexão rápida push-in e T-LOX. As dimensões do módulo são 483 mm de largura, 134 mm de altura e 550 mm de profundidade.

Figura 1: O gabinete de energia modular CHARX, disponível nos modelos CA/CC e CC/CC. (Fonte da imagem: Phoenix Contact)

Otimizado para carregamento de CC com altas tensões e correntes, cada módulo de energia pode fornecer uma potência de recarga de até 360 kW. Eles oferecem 95% de eficiência energética com 50% de carga e baixa dissipação de potência, abaixo de 14 W, no modo de espera, garantindo economia quando não estão em uso ativo.

A potência de carga é escalonável por meio da conexão flexível de módulos e gabinetes de sistema. Com a tecnologia de resfriamento adequada, os módulos CHARX permitem o carregamento de energia até a corrente HPC de até 500 kW, ideal para parques de recarga na faixa de megawatts.

O módulo de potência trifásico CA/CC 1232243 CHARX PS-M2/3CA/1000CC/30KW tem uma faixa de entrada de 340 V_CA a 530 V_CA. O módulo de potência CC/CC 1296467 CHARX PS-M2/825CC/1000CC/30KW tem uma faixa de entrada de 300 V_CC a 825 V_CC para uso em várias configurações de tensão CC. Ambos os módulos de potência têm uma faixa de saída de 30 V_CC a 1.000 V_CC.

Os módulos CC/CC fornecem rastreamento contínuo do ponto de potência máxima (MMPT) que ajusta a tensão e a corrente de entrada de um painel solar para otimizar a potência de saída. Isso ajuda a obter a saída mais eficiente para o dispositivo, apesar dos níveis variados de radiação solar, temperatura e tipos de painéis fotovoltaicos.

Controlador único para vários gabinetes

A operação eficaz de vários módulos de potência e gabinetes é fornecida com o protocolo CAN (rede de área do controlador) baseado em mensagens do barramento, permitindo comunicações entre dispositivos sem um computador host. O GCP (Grid Charge Protocol) baseado em CAN fornece comunicação entre um ou mais módulos de potência e um controlador de carregamento, e aceita métodos de comunicação peer-to-peer, multicast e broadcast.

O módulo controlador de carregamento programável 1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 (Figura 2) funciona com módulos de potência CA/CC ou CC/CC para estações de recarga CC. É o componente central do sistema de carregamento elétrico, fornecendo comunicação de rede, autenticação de usuário, gerenciamento de carga e funções de segurança. Sua interface de barramento CAN gerencia a distribuição de energia e a comunicação para aplicações de carregamento rápido.

Figura 2: O controlador de carregamento programável EV-PLCC-AC1-DC1 para uso com os módulos de potência CHARX CA/CC e CC/CC. (Fonte: Phoenix Contact)

O controlador funciona de acordo com as normas IEC 61851-1, IEC 61851-23, DIN SPEC 70121 e CHAdeMO, proporcionando versatilidade para diferentes exigências de carregamento. Ele inclui duas interfaces Ethernet e um modem sem fio integrado, incluindo uma opção 4G.

A capacidade de usar um único controlador para vários gabinetes simplifica a manutenção e reduz os custos de instalação e operação. O controlador CHARX pode se conectar a até 48 módulos de potência. Ele é compatível com o OCPP 1.6J (Core-Profile) para comunicação com sistemas de gerenciamento de estações de recarga, bem como com os protocolos de comunicação Modbus/TCP ou MQTT para integração com sistemas e plataformas externos.

O controlador aceita 16 entradas digitais e utiliza conectores COMBICON para montagem flexível e conexões seguras com os módulos de potência. A operação contínua durante as interrupções de energia é fornecida por uma bateria recarregável integrada.

Conclusão

Os módulos de potência e o controlador CHARX da Phoenix Contact oferecem opções versáteis e confiáveis para projetar estações de recarga de alta potência. Com flexibilidade e escalabilidade, o portfólio de produtos CHARX permite soluções que proporcionam um gerenciamento eficiente e econômico de vários gabinetes e módulos de potência para diferentes aplicações de carregamento, bem como uma integração perfeita com diferentes protocolos de comunicação e sistemas externos.