7. Tổng quan về tài liệu nghiên cứu
1.4.3 Tiêu chuẩn CHAdeMO –Sạc nhan hở dòng điện một chiều
CHAdeMO là tên thương mại của một phương pháp sạc nhanh dành cho xe điện chạy bằng pin cung cấp dòng điện một chiều lên tới 62,5kW x 500V , 125A [1] thông qua một đầu nối điện đặc biệt . Đặc điểm kỹ thuật CHAdeMO 2.0 được sửa đổi cho phép tạo ra dòng điện một chiều lên đến 400kW x 1000V, 400A.
CHAdeMO là từ viết tắt của "CHArge de MOve", tương đương với "di chuyển bằng cách sạc" hoặc "di chuyển bằng cách sạc" hoặc "sạc 'n' đi", ám chỉ thực tế là bộ sạc nhanh. CHAdeMO có thể sạc ô tô điện tầm thấp (120 km hoặc 75 dặm) trong
triển với Hội đồng Điện lực Trung Quốc (CEC) tiêu chuẩn sạc điện siêu cao thế hệ tiếp theo với tên làm việc là “ChaoJi
Tiêu chuẩn CHAdeMO
Tiêu chuẩn CHAdeMO đưa ra các yêu cầu về an toàn đơn giản nhưng nghiêm ngặt để đảm bảo không xảy ra chạm chập điện trong suốt quá trình sạc ở mọi thời điểm.
Truyền thông sử dụng hai loại giao thức: tín hiệu tương tự và giao thức CAN- bus.
Các cơ chế chốt được thiết kế để ngăn chặn các việc mất kết nối bất ngờ trong quá trình sạc và ngược lại cơ cấu chốt sẽ không chốt kết nối giữa ổ cắm trên xe điện và đầu sạc từ trạm nếu có bất kỳ chân nào chưa được kết nối.
Cách thức vận hành của trạm sạc sử dụng tiêu chuẩn CHAdeMO
Các trạm sạc CHAdeMO sử dụng dòng điện một chiều ở Cấp 2 được trang bị một phích cắm CHAdeMO được thiết kế chỉ cho việc sạc dòng điện một chiều.
Hình 1.16. Chi tiết đầu sạc CHAdeMO [1-3]
Khi phích cắm Combo được đưa vào ổ cắm trên xe điện, kết nối được phát hiện bởi trạm sạc, tư đó trạm sạc gửi tín hiệu đến xe điện, mạch nạp DC đã được thiết lập trên chân công suất cao. Xe điện gửi tín hiệu phản hồi với khả năng đáp ứng với mức sạc và điện áp của hệ thống pin trên xe, cũng như khả năng của dòng điện mà nó có thể chấp nhận được. Sau khi đã đồng bộ, đầu nối và cáp được kích hoạt và bắt đầu quá trình sạc.Việc sạc điện được quản lý bằng bộ điều khiển trong trạm sạc dựa vào thông số phản hồi liên tục từ xe điện được sạc.
Hình 1.17. Chi tiết ổ các trên xe điện sử dụng tiêu chuẩn CHAdeMO [1-3]
1.4.4 Trạm sạc siêu nhanh của hãng Tesla
Tesla Supercharger là công nghệ sạc nhanh dòng điện một chiều 480 volt được nhà sản xuất xe hơi Tesla, Inc. của Mỹ, phát triển cho xe ô tô điện.
Tesla chịu trách nhiệm về việc lắp đặt các trạm sạc siêu nhanh (Supercharger)với tư cách là chủ sở hữu của các trạm sạc này. Nhà sản xuất ô tô tuy nhiên phải tuân theo các quy định về thiết kế cơ sở trong trạm sạc xe điện. Các trạm siêu nạp V1 và V2 nguyên bản của Tesla sạc với công suất lên tới 150kW được phân bổ giữa hai xe với mức tối đa 150 kW trên mỗi xe, tùy thuộc vào phiên bản. Trên Model S 85 kWh ban đầu, chúng mất khoảng 20 phút để sạc đến 50%, 40 phút đến 80% và 75 phút để 100%. Các trạm sạc cung cấp nguồn điện trực tiếp (DC) công suất cao sạc trực tiếp vào pin, bỏ qua nguồn điện sạc bên trong.
Bên cạnh Tesla Superchargers, chủ sở hữu Tesla cũng có thể tận dụng mạng lưới các bộ sạc đích của công ty . Bộ sạc đích được lắp đặt bởi 'Đối tác sạc' của Tesla.
Bộ sạc đích có tốc độ sạc chậm hơn Bộ sạc siêu tốc. Tùy thuộc vào lượng pin còn lại trong pin Tesla của bạn, Sạc Đích có thể mất từ một đến 12 giờ để sạc đầy xe của bạn.
Hình 1.18. Chi tiết đầu sạc của hãng Tesla [1-3]
1.4.5 Ví dụ về sơ đồ điện sạc EV
Dưới đây là hai ví dụ về sơ đồ điện cho mạch sạc EV ở chế độ 3 , tuân theo IEC 60364-7-722.
Hình 1.20. Ví dụ về sơ đồ điện cho một trạm sạc ở chế độ 3 (@ nhà - ứng dụng dân cư)
Mạch chuyên dụng để sạc EV, với bảo vệ quá tải MCB 40A
Bảo vệ chống điện giật với 30mA RCD loại B (cũng có thể sử dụng RCD 30mA loại A / F + RDC-DD 6mA)
RCD ngược dòng là RCD loại A. Điều này chỉ có thể thực hiện được do các đặc tính nâng cao của Schneider Electric RCD này : không có nguy cơ bị chói mắt bởi dòng điện rò rỉ qua RCD loại B
Hình.1.21. Ví dụ về sơ đồ điện cho một trạm sạc (chế độ 3) với 2 điểm kết nối (ứng dụng thương mại, bãi đậu xe ...)
Mỗi điểm kết nối có mạch chuyên dụng riêng
Bảo vệ chống điện giật bằng 30mA RCD loại B, một cho mỗi điểm kết nối (30mA RCD loại A/F + RDC-DD 6mA cũng có thể được sử dụng)
Bảo vệ quá áp và RCD loại B có thể được lắp đặt trong trạm sạc. Trong trường hợp đó, trạm sạc có thể được cấp nguồn từ tổng đài bằng một mạch 63A duy nhất
iMNx: một số quy định của quốc gia có thể yêu cầu chuyển đổi khẩn cấp cho EVSE ở các khu vực công cộng
Bảo vệ chống sét lan truyền không được hiển thị. Có thể được thêm vào trạm thu phí hoặc trong tổng đài ngược dòng (tùy thuộc vào khoảng cách giữa tổng đài và trạm thu phí)
1.4.6 Trạm sạc công cộng
Trạm sạc công cộng đặc biệt thích hợp cho việc lắp đặt các trạm thu phí công cộng như: bãi đỗ xe phục vụ nhà ga xe lửa, sân bay, trung tâm mua sắm, nhà hàng, khách sạn và khi nghỉ dưỡng.
+ Giao thông thích hợp, khối lượng lắp đặt dựa trên số lượng dự kiến từ người sử dụng
+ Thời gian hoạt động của xe điện tại trạm sạc
+ Khu vực xung quanh xe di chuyển – xe điện dừng để sạc điện phải không cản trở giao thông.
+ Sử dụng vào mùa đông – vị trí phải được dọn sạch và có thể tiếp cận trong mùa đông và không được cản trở hoạt động dọn tuyết.
+ Bảo vệ chống va chạm.
+ Ảnh hưởng đến giao thông dành cho người đi bộ - không được gây cản trở giao thông cho người đi bộ hoặc nằm tại vị trí mật độ số lượng người đi bộ qua khu vực cao có thể dẫn đến nguy cơ hư hỏng do liên quan đến lỗi con người.
+ Truy cập vào mạng di động nếu trạm sạc được yêu cầu + Địa chất tại khu vực được đào để lắp đặt trạm sạc + Lân cận với trạm phân phối điện
+ Khả năng hiển thị của trạm sạc để khuyến khích việc sử dụng nó cho người điều khiển phương tiện
Ngoài ra, xem xét thêm các yêu cầu lắp đặt như (Vị trí gắn cặp cực,…) và chiều dài của cáp sạc liên qua đến vị trí của ổ cắm sạc điện cho EV.
1.5 Sạc xe điện từ năng lượng mặt trời
Có hai lợi ích chính của việc sạc EV từ các hệ thống pin năng lượng mặt trời, đó là tính bền vững và kinh tế. Từ việc sử dụng nhiên liệu và tuổi thọ thiết bị, sạc EV từ năng lượng mặt trời mang lại hiệu quả năng lượng cao hơn nhiều và lượng khí thải tác động môi trường thấp hơn nhiều. Thứ hai, do chi phí đầu tư của hệ thống điện mặt trời ngày càng rẻ và tổng chi phí sở hữu một chiếc EV đã thấp hơn một chiếc xe động cơ đốt trong tương đương. Cuối cùng việc tính phí EV từ PV làm tăng mức tụ tiêu thụ của PV và đảm bảo hoàn vốn đầu tư cho hệ thống PV. Tất cả các yếu tố này làm cho sạc năng lượng mặt trời của EV thuận lợi từ môi trường, tính bền vững và chi phí.
Hình 1.22. PV và EV được kết nối với nhau trên nguồn DC (màu xanh lá cây) và nguồn AC (màu hồng) với lưới điện AC chỉ khi không có nguồn DC từ PV [5]
Việc sử dụng các tấm pin quang điện mặt trời để sạc EV là một lựa chọn hấp dẫn do một số lý do:
Điện mặt trời có khả năng tiếp cận cao đối với người dùng EV vì các mô đun điện mặt trời có thể được cài đặt trên các mái nhà và bãi đỗ xe sử dụng năng lượng mặt trời (Như hình 1.22). Tiềm năng điện mặt trời của các mái nhà hoặc nơi đỗ xe phần lớn chưa được tận dụng ngày nay, và điều này có thể được khai thác trong tương lai.
Có cả hai nhu cầu giảm thiểu điện năng trên lưới diện bởi vì sạc EV là sạc theo nguồn năng lượng tái tạo thông qua các tấm pin năng lượng mặt trời. Điều này sẽ giảm cho sự trang bị củng cố chất lượng cho lưới điện.
Thông thường, các hệ thống PV sử dụng ắc quy để lưu trữ nguồn điện mặt trời để sử dụng khi có biến đổi theo mùa và ngày, đêm trong phát điện mặt trời. Trong trường hợp sạc EV từ PV, ắc quy EV có thể hoạt động như một bộ lưu trữ năng lượng cho PV và không cần thêm ắc quy.
Chi phí sạc EV từ điện mặt trời là rẻ hơn so với sạc từ lưới điện và chi phí điện mặt trời liên tục giảm trong những thập kỷ qua.
Hệ thống PV có tiếng ồn thấp, không có bộ phận quay và chi phí bảo trì có thể coi như là miễn phí.
Từ đó, việc sạc EV từ các tấm pin năng lượng mặt trời có thể khiến EVs thật sự ổn định, bền vững và giảm chi phí ròng cho cơ sở hạ tầng sạc. Hệ thống kết nối
với dòng điện lưới (AC) được cung cấp để cấp nguồn cho nguồn điện mặt trời hoặc cấp nguồn sạc cho EV nếu nguồn điện mặt trời không đủ. Điều này đảm bảo rằng nguồn điện mặt trời cung cấp cho sạc EV không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết.
1.6 Cấu trúc hệ thống EV-PV
Để sạc EV từ năng lượng mặt trời, các hệ thống có thiết kế khác nhau đã được sử dụng. Trong mọi trường hợp, hệ thống sạc EV-PV tích hợp các tấm pin mặt trời kết nối với nhau theo từng cụm PV, thiết bị cung cấp cho xe điện (EVSE) và lưới điện AC nguồn chủ yếu sạc trực tiếp EVs từ nguồn PV. Có hai loại bộ chuyển đổi được sử dụng để tích hợp PV, EV và lưới:
Một bộ chuyển đổi nhiều cổng (MPC) tích hợp lưới, PV và EV.
Bộ chuyển đổi nguồn riêng biệt cho lưới điện, PV và EV được liên kết với nhau trên một kết nối chung. Các bộ chuyển đổi nguồn có thể được kết nối với nhau bằng cách sử dụng kết nối AC hoặc DC. Sự kết nối giữa các bộ chuyển đổi nguồn được sử dụng để chia sẻ nguồn PV giữa các EVs khác nhau và nguồn trao đổi giữa EV và lưới điện. Sử dụng hai loại bộ chuyển đổi nguồn được đề cập ở trên, cấu trúc hệ thống có thể có bốn loại dựa trên nút liên kết là AC ( Lưới 1 Pha 230V 50Hz hoặc Lưới 3 Pha 400V 50Hz) hay DC:
Cấu trúc 1: Các bộ chuyển đổi riêng biệt cho PV, EV được liên kết với nhau trên AC
Hình (1.23) cho thấy sơ đồ của cấu trúc 1. Các bộ chuyển đổi nguồn riêng biệt được sử dụng cho các tấm PV và cho EV sạc / xả . Bộ chuyển đổi nguồn PV là biến tần DC/AC kết hợp theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) và bộ sạc EV là bộ chuyển đổi AC/DC. Lưới AC 50Hz hiện tại là cốt yếu trong cấu trúc này, tất cả công suất được truyền thông qua lưới điện. Điểm bất lợi là nguồn PV không thể được sử dụng trực tiếp ở dạng DC để sạc EV. Điều này dẫn đến chuyển đổi không cần thiết từ DC sang AC trong biến tần PV và ngược lại từ AC sang DC trong bộ sạc EV [5].
Hình 1.23. Sơ đồ PV-EV cấu trúc 1 [5]
Cấu trúc 2 – Các bộ chuyển đổi riêng biệt cho PV, EV được liên kết với nhau trên DC
Hình (1.24) cho thấy cấu trúc 2, sử dụng kết nối DC để kết nối các bộ chuyển đổi cho các tấm pin PV, EV, và lưới điện. Bộ chuyển đổi PV và EV là cả hai bộ chuyển đổi DC/DC có điều khiển MPPT và điều khiển sạc tương ứng. Kết nối DC tạo điều kiện cho việc sử dụng trực tiếp nguồn DC của PV để sạc DC của EV, kết quả là hiệu quả sẽ cao hơn. Biến tần trung tâm kết nối của kết nối DC với lưới AC. Biến tần trung tâm rất quan trọng đối với việc kết nối phương tiện lên lưới và cho phép nạp / xả nguồn do sự chênh lệch giữa nguồn PV và nhu cầu sạc EV. Tùy thuộc vào đánh giá công suất của số lượng kết nối DC và số lượng nguồn và tải kết nối với nó, kết nối DC có thể được mở rộng đến một mạng lưới DC nhỏ hơn. Điểm bất lợi của cấu trúc 2 là kết nối DC phải được xây dựng một cách riêng biệt thay vì sử dụng cơ sở hạ tầng lưới AC hiện có. Điều khiển và bảo vệ kết nối DC phải được thực hiện tùy thuộc vào số lượng, công suất định mực và công suất biến đổi có thể [5].
Hình 1.24. Sơ đồ PV-EV cấu trúc 2 [5]
Cấu trúc 3 – Bộ chuyển đổi nhiều cổng cho PV, EV, lưới điện liên kết với nhau trên AC
Hình (1.25) cho thấy sơ đồ của cấu trúc 3 sử dụng bộ chuyển đổi nhiều cổng (MPC) như hình. Bộ chuyển đổi nhiều cổng kết nối bộ chuyển đổi cho cụm PV, EV và lưới điện AC sử dụng một liên kết chính DC. Nhiều MPC kết nối với nhau thông qua lưới điện AC. Tích hợp bộ chuyển đổi điện tử công suất cho PV, EV, và lưới vào một MPC dẫn đến mật độ công suất cao hơn, giảm chi phí và dễ dàng điều khiển, đếm các thành phần ít hơn. Điều khiển sạc EV từ PV có thể đạt được thông qua bộ điều khiển MPC trong khi hai cấu trúc trước, truyền thông phải được thiết lập giữa bộ chuyển đổi riêng biệt PV và EV. Nhược điểm duy nhất là Nguồn DC PV từ một MPC không được sử dụng để sạc EV của một MPC khác mà không cần chuyển đổi sang AC [5].
Cấu trúc 4 – Bộ chuyển đổi nhiều cổng cho PV, EV, lưới điện được liên kết với nhau trên DC
Hình (1.25) cho thấy sơ đồ của cấu trúc 4 là sự kết hợp của cấu trúc 2 và 3. Nó sử dụng một bộ chuyển đổi nhiều cổng (như trong hình (b) để tích hợp các bộ chuyển đổi cho cụm PV và EV. Nhiều MPC được kết nối với nhau sử dụng kết nối DC. Một biến tần trung tâm công suất cao được sử dụng để kết nối với lưới điện AC. Biến tần trung tâm này là tốt hơn so với sử dụng một số biến tần nhỏ được cài MPC như trong cấu trúc 3. Tương tự cấu trúc 2, kết nối DC có thể được mở rộng đến mạng lưới nhỏ DC phụ thuộc vào công suất định mức và các nguồn, tải khác được kết nối [5].
Hình1.26. Sơ đồ PV-EV cấu trúc 4 [5]
1.7 Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới
Hình 1.27. Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ [1]
Hệ thống bao gồm:
1: Hệ thống pin NLMT (Solar Panels) 2: Bộ nghịch lưu (Inverter/Charger) 3: Bảng điện phân phối chính (Main Distribution Panel)
4: Công tơ đếm từ lưới điện (Utility Meter) 5: Lưới điện (Utility Grid)
6: Bộ giám sát (Monitoring of your system and data logging)
7: Bộ phân bố công suất – điều phối điện năng (Critical Load Distribution Panel) 8: Trạm sạc xe điện (EV Charging Station)
Nguyên lý hoạt động:
Khi không có mặt trời, HTPMT không sản sinh ra điện [1]. Do đó, điện năng cấp cho các phụ tải sẽ được lấy từ lưới một cách bình thường.
Khi trời có nắng, các tấm PMT sẽ sản sinh ra nguồn điện một chiều DC và qua bộ biến đổi DC-AC biến thành nguồn điện xoay chiều AC có tần số, pha và điện áp trùng với lưới để hòa với lưới điện cung cấp cho phụ tải.
Khi mất điện lưới, hệ thống ngưng hoạt động đảm bảo sự an toàn cho lưới điện. - Ưu điểm:
Không sử dụng bình acquy: giảm được đáng kể chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho hệ thống acquy.
Khai thác điện năng hiệu quả nhất từ nguồn NLMT do có cơ cấu nổi bật là thu nhận, biến đổi và bổ xung trực tiếp ngay vào lưới điện và không bị tổn hao trên ắc