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技术讨论|CharIN的兆瓦充电系统更新

2022/10/11
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CharIN 在前面几个月正式推出了用于重型车辆的兆瓦充电系统(MCS)直流快速充电连接器,并且给出了一些参考。和中国的换电方式平行在走的,就是MW级充电接口进入到加速落地的进程中了,欧洲和美国都在坚持走快速充电路线。

从欧美的观点来看:

重型车辆根据不同的梯度来配置不同的里程

围绕配电和储能网络构建快充系统

重卡和乘用车采用相似的可支持的结构发展

核心问题,还是要在不同国家去统一一个体系是很难得,而且也没办法局部去做尝试,所以只能统一基础设施和充电接口,让重型车辆具备一定的多样性。

从中国的观点来看:

设计专有的系统

需要完整的基础设施做支持,灵活部署

标准化过程是非常关键的,涉及整个换电底座和电池,需要有很强的协同效应

只要谁先跑通了,就能成为事实性标准,所以从换电重卡开始跑,到现在重点是在不同的应用范围,和不同的场景下去完善。有点像试验区的考虑方式。

▲图1.两种技术路线的差异

 

Part 1、MCS的部署

在看MCS的技术路线之前,首先看一下,一辆装满电池的重型卡车可以成为一个小型发电厂一样的存在,所以供给4个重卡充电的,需要配置典型的3.75MVA的容量。

▲图2.整体充电设施的布局

从物理布局上,由于重型车辆比较长,电池的更换会考虑电池布置的物理距离问题,从充电来看,把变压器功率器件然后把整个系统分离,从物理距离和布局考虑,这事情相对来说更加符合常理。

如果从重卡换电的设计来考虑,就涉及到电池组之间需要靠近,物理空间多个电池会靠近。

▲图3.整体充电设施的物理布局

 

Part 2、MCS连接器的设计

CharIN给出的MCS连接器的具体要求:

单导电插头

最大电压1.250V

最大电流3000A

PLC + ISO/IEC 15118

触摸安全(UL2251)

充电连接器手柄上的软件解释覆盖开关

遵守OSHA和ADA(及当地同等标准)标准

FCC A类EMI(和当地等效)

位于车辆左侧,大致与臀部高度

能够实现自动化(支持充电机器人

UL(NRTL)认证

网络安全

V2X(双向)

MCS的设计最大电流为3,000A(3kA),最高可达1,250V(1.25 kV),整体的设计规格最高的定义为3,750kW(3.75MW)峰值功率。这和CCS Combo(Type1和Type2)连接器的 350-500kW 高出接近10倍。

▲图4.MCS和Combo1和Combo2 的设计规格差异

 

目前MCS连接器的工作原型已=在Alpitronic充电系统和Scania电动卡车上进行了演示,能够接收超过1MW的功率(在充电桩电动汽车内部双向液冷的加持下,可以达到3MW+)。根据CharIN的网站:

▲图5.MCS 充电插座

 

在设计中,MCS从一开始就是考虑“基于全球统一的要求和制定全球标准要求的技术规范”,这意味着整个标准设计是希望MCS用在全球范围内用于卡车、公共汽车(6级、7级和8辆一般商用车辆和超过1兆瓦的充电率)和潜在的其他行业,包括海洋、航空航天、采矿或农业。

▲图6.MCS充电接口

我的理解这可能演变成为一种200kWh以上电池的一种共通的充电方案,最终的 MCS 标准预计在 2024 年发布,这个方案和特斯拉两个方案可能会继续竞争。

小结:我们关注这个领域,主要看全球在这个领域的发展,当然由于每台重型卡车和其他车辆对电池需求量比较大,LFP这种电池是比较好的选择。我估计下一步对于本国的电池需求拉动挺大的。

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笔者 朱玉龙,一名汽车行业的工程师,2008年入行,做的是让人看不透的新能源汽车行业。我学的是测试和电路,从汽车电子硬件开始起步,现在在做子系统和产品方面的工作。汽车产业虽然已经被人视为夕阳产业,不过我相信未来衣食住行中的行,汽车仍是实现个人自由的不二工具,愿在汽车电子电气的工程方面耕耘和努力,更愿与同行和感兴趣的朋友分享见解。