Sạc nhanh DC là gì

Bộ sạc nhanh DC , còn được gọi là Bộ sạc nhanh EV, có chức năng cung cấp và kiểm soát lượng năng lượng điện được truyền đến bộ pin của xe điện. Quá trình chuyển đổi sang xe điện (EV) đòi hỏi một cơ sở hạ tầng sạc bền vững. Vì vậy, một hệ thống sạc pin nhanh và hiệu quả là rất quan trọng đối với sự phát triển của xe chạy bằng pin.

Khi thế giới đang dần từ bỏ động cơ đốt trong đốt nhiên liệu hóa thạch và hướng tới phương tiện vận tải điện hiệu quả và thân thiện hơn với môi trường, sự phát triển của pin công suất cao đang diễn ra trên khắp thế giới. Pin mật độ công suất cao thường được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng và các ứng dụng của chúng. Chẳng hạn như: xe điện (EV) và ổn định điện áp của lưới điện tiện ích.

Nhu cầu về hệ thống sạc nhanh, hiệu quả có thể sạc lại những loại pin này trong vòng chưa đầy 2 đến 3 giờ đang tăng theo cấp số nhân. Một công nghệ mới và đang nổi lên đang trở nên phổ biến hơn trên đường phố và trong thành phố của chúng ta là bộ sạc nhanh DC .

Bộ sạc nhanh hơn DC

Bộ sạc nhanh DC là trạm sạc xe điện công suất cao, cung cấp trải nghiệm sạc nhanh hơn nhiều so với bộ sạc pin Cấp độ 1 hoặc Cấp độ 2 thông thường.

Những bộ sạc nhanh cấp độ 3 dòng điện một chiều này thường được tìm thấy tại các trạm sạc công cộng, nơi người lái xe có thể cần sạc nhanh để tiếp tục hành trình.

Trong khi hầu hết các hệ thống sạc tại nhà sử dụng dòng điện xoay chiều (AC) để sạc pin xe, bộ sạc nhanh DC sử dụng dòng điện một chiều. Sự khác biệt chính này về cách cung cấp điện cho phép bộ sạc nhanh DC bỏ qua hệ thống sạc trên xe và cấp điện trực tiếp vào pin, cho phép thời gian sạc nhanh hơn đáng kể.

Vì vậy, Kỹ sư điện cần hiểu cách thức hoạt động của các trạm sạc nhanh DC và lý do tại sao chúng cần thiết để duy trì hoạt động của xe điện (EV) trên đường.

Bộ sạc nhanh DC sạc nhanh như thế nào

Có một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sạc của EV khi sử dụng phương pháp sạc DC. Sạc nhanh EV thường được định nghĩa là phương pháp sạc pin lưu trữ thứ cấp trở lại dung lượng đầy đủ trong vòng 4 giờ. Nhưng để hiểu bộ sạc nhanh DC hoạt động nhanh như thế nào, điều cần thiết là phải nắm được sự khác biệt giữa nguồn điện AC và DC.

Hầu hết các lưới điện và ổ cắm gia dụng đều cung cấp nguồn điện xoay chiều, sau đó được bộ sạc tích hợp của EV chuyển đổi thành nguồn điện một chiều để lưu trữ trong pin. Thật không may, quá trình chuyển đổi nguồn điện này có thể chậm với một trạm sạc gia đình thông thường mất vài giờ để sạc đầy một chiếc EV.

Tuy nhiên, với sạc nhanh DC, bản thân bộ sạc sẽ xử lý việc chuyển đổi từ nguồn AC sang nguồn DC vì pin chỉ chấp nhận nguồn DC. Điều này có nghĩa là dòng điện một chiều có thể được đưa thẳng vào pin của xe, bỏ qua bộ chuyển đổi nguồn chậm hơn trên xe. Bộ sạc kết nối trực tiếp với hệ thống quản lý pin (BMS) của EV, cho phép điện áp và dòng điện cao hơn chảy vào bộ pin nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Sau đó, sự khác biệt chính giữa hệ thống sạc AC và DC là bộ chuyển đổi nguồn điện đó nằm trên hay ngoài xe điện. Sạc pin lưu trữ thứ cấp, cho dù là cho xe điện hay ứng dụng năng lượng tái tạo, chỉ đơn giản là thay thế năng lượng đã cạn kiệt trong quá trình sử dụng (xả) bằng năng lượng mới.

Một trong những lý do chính khiến bộ sạc nhanh DC rất phổ biến đối với xe điện chạy bằng pin là tốc độ sạc của chúng. Nhưng có nhiều yếu tố khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tốc độ sạc của EV. Bao gồm trạng thái sạc hiện tại (SOC) của pin, nhiệt độ, lượng năng lượng mà pin giữ (tức là dung lượng) và công suất đầu ra của trạm sạc. Do đó, thời gian sạc có thể dao động từ dưới 1 giờ khi sử dụng bộ sạc nhanh DC đến 20 giờ hoặc hơn khi sử dụng bộ sạc AC, tùy thuộc vào những yếu tố này và các yếu tố khác.

Các mức sạc pin khác nhau là gì

Về cơ bản, có 3 cấp độ sạc pin xe điện khác nhau: Cấp độ 1 , Cấp độ 2 và Cấp độ 3 với khoảng chín loại phích cắm khác nhau để bao phủ tất cả các cấp độ. Mỗi loại phích cắm dành riêng cho một nhà sản xuất xe điện cụ thể để hỗ trợ các loại sạc khác nhau (AC hoặc DC). Sau đó, điều quan trọng là phải hiểu cách các cấp độ sạc pin khác nhau này hoạt động như thế nào và chúng hoạt động như thế nào ở các tốc độ sạc khác nhau.

Sạc xe điện cấp độ 1

Sạc Cấp độ 1 là phương pháp sạc chậm nhất tại nhà bằng ổ cắm điện một pha AC 120 volt dân dụng thông thường và do đó không yêu cầu lắp đặt đặc biệt. Bộ sạc Cấp độ 1 cung cấp mức công suất dưới 2 kilowatt (kW) với dòng điện lên đến 12 Ampe thông qua đầu nối sạc SAE J1772 tiêu chuẩn. Chuyển đổi năng lượng được thực hiện bởi bộ chuyển đổi EV trên xe.

Vấn đề chính với bộ sạc EV cấp độ 1 là có thể mất hơn 24 giờ để sạc đầy bộ pin của xe điện tùy thuộc vào dung lượng pin, trạng thái sạc và công suất đầu ra của bộ sạc cấp độ 1. Tốc độ sạc chậm này giúp bộ sạc EV cấp độ 1 có thể đi được khoảng 3-7 dặm (5-11 km) cho mỗi giờ sạc.

Sạc xe điện cấp độ 2

Sạc Cấp độ 2 cung cấp khả năng sạc thông qua ổ cắm điện một pha AC dân dụng 208 hoặc 240 vôn hoặc kết nối 3 pha 400 vôn bằng cách sử dụng trạm sạc gia đình chuyên dụng. Bộ sạc Cấp độ 2 sử dụng cùng đầu nối J1772 mà bộ sạc Cấp độ 1 sử dụng nhưng có thể cung cấp ở mức lên đến 80 Ampe, cung cấp 19,2 kW (240V) điện năng. Lưu ý rằng cả bộ sạc Cấp độ 1 và Cấp độ 2 đều cung cấp điện AC.

Thời gian sạc nhanh hơn nhiều so với cấp độ 1, mất khoảng 4-8 giờ để sạc đầy một chiếc EV thông thường tùy thuộc vào mức tải và trạng thái sạc pin ban đầu. Không có giao tiếp giữa trạm sạc và xe điện để xác định công suất hoạt động tối đa bằng cách sử dụng các chân cắm bổ sung trong phích cắm sạc.

Điều này làm cho phương pháp sạc cấp độ 2 trở nên lý tưởng cho việc sạc qua đêm hoặc sạc ban ngày khi đi làm hoặc đi mua sắm. Trung bình, một trạm sạc cấp độ 2 có thể cung cấp phạm vi khoảng 15-30 dặm (24-50 km) cho mỗi giờ sạc, nhưng có thể nhiều hơn đối với bộ sạc có công suất cao hơn.

Bộ sạc nhanh cấp độ 3 công suất cao

Sạc EV Cấp độ 3 là phương pháp sạc pin nhanh nhất hiện nay. Phương pháp này được thiết kế để cung cấp nhiều điện năng hơn ở tốc độ sạc nhanh. Trạm sạc Cấp độ 3 thường sử dụng đầu vào AC 3 pha để cung cấp đầu ra nguồn điện một chiều (DC) được cấp trực tiếp vào bộ pin, do đó bỏ qua bộ chuyển đổi AC sang DC trên xe để sạc nhanh hơn nhiều.

Vì bộ sạc cấp độ 3 chuyển đổi đầu vào AC thành đầu ra DC, thường là từ 50kW đến 350kW ở mức 400 đến 800 VDC bên trong bộ sạc, nên nó có thể sạc nhanh EV từ 20% đến 80% công suất trong khoảng 20-40 phút, tùy thuộc vào bộ sạc nhanh DC và dung lượng pin của xe. Điện áp sạc hoàn toàn phụ thuộc vào cấu hình của bộ pin xe EV do bộ sạc cấp độ 3 kết nối trực tiếp với nó.

Hiện nay, có ba loại phích cắm sạc nhanh DC, tùy thuộc vào loại xe: Hệ thống sạc kết hợp (CCS), CHAdeMO (Charge de Move) và đầu nối Tesla. Nhưng ngoài DC công suất cao, các phích cắm sạc này còn cung cấp tín hiệu điều khiển và giao tiếp cần thiết giữa xe và trạm sạc.

Bộ sạc nhanh DC Cấp độ 3 cung cấp phạm vi hoạt động khoảng 100-200 dặm (160-320 km) trong 30 phút sạc, lý tưởng cho xe tải thương mại, xe tải nhỏ và xe dịch vụ đường cao tốc đỗ trong thời gian ngắn khi sử dụng liên tục. Bộ sạc cực nhanh (XFC) có khả năng cung cấp công suất đầu ra trên 350 kilowatt.

Lưu ý rằng các phích cắm EV này không thể thay thế trực tiếp nếu không có bộ chuyển đổi vì mỗi nhà sản xuất EV đều tuân theo một tiêu chuẩn dựa trên khu vực hoặc thị trường nơi xe được bán. Ví dụ, một chiếc Tesla có phích cắm Tesla độc quyền không thể sạc trực tiếp tại trạm CHAdeMO nếu không có bộ chuyển đổi. Tương tự như vậy, các xe sử dụng đầu nối CCS không thể sử dụng bộ sạc CHAdeMO trừ khi trạm sạc hỗ trợ cả hai tiêu chuẩn hoặc có sẵn bộ chuyển đổi.

Xếp hạng công suất sạc nhanh EV

Công suất điện định mức cho bộ sạc nhanh EV có thể thay đổi đáng kể, tùy thuộc vào xe, loại bộ sạc và mục đích sử dụng. Hiện tại, bộ sạc nhanh DC có thể cung cấp hơn 350kW năng lượng trong các ứng dụng hạn chế với công suất định mức thông thường như sau:

Bộ sạc nhanh DC công suất thấp (24-50 kW):

Đây là loại bộ sạc cấp độ 2 thường thấy ở các khu vực thành thị hoặc tại các trạm sạc nhỏ hơn. Chúng lý tưởng để sạc nhanh hoặc sạc cho các loại xe nhỏ hơn có dung lượng pin thấp hơn. Điện áp đầu ra của bộ sạc nhanh DC công suất thấp này có thể thay đổi tùy thuộc vào định mức công suất của bộ sạc và loại xe mà nó đang sạc nhưng thường vào khoảng 200 đến 400 vôn, có thể tăng thêm khoảng 100-150 dặm phạm vi trong 30-60 phút sạc.

Bộ sạc nhanh DC công suất trung bình (50-150 kW):

Bộ sạc cấp độ 2 thường thấy ở nhiều trạm sạc công cộng. Chúng phù hợp với hầu hết các loại xe điện, cân bằng giữa tốc độ và chi phí. Một lần nữa, điện áp đầu ra của bộ sạc nhanh DC này thường vào khoảng 200 đến 600 vôn, cho phép sạc hầu hết các loại xe từ 20% đến 80% trong 30-40 phút, tùy thuộc vào kích thước pin.

Bộ sạc nhanh DC công suất cao (150-350 kW):

Đây chủ yếu là bộ sạc nhanh cấp độ 3 được thiết kế cho xe điện hiện đại có thể chấp nhận tốc độ sạc cao hơn ở điện áp từ 400 đến 800 vôn. Chúng sử dụng phích cắm CHAdeMO (Charge de Move) hỗ trợ sạc hai chiều cho phép xe điện cung cấp điện trở lại lưới điện tiện ích (công nghệ xe-lưới). Bộ sạc công suất cao có khả năng cung cấp phạm vi 200-300 dặm trong 20 đến 30 phút sạc hoặc ít hơn, tùy thuộc vào xe để di chuyển đường dài.

Bộ sạc nhanh DC Extreme (350+ kW):

Thế hệ mới nhất của bộ sạc nhanh DC cấp độ 3 có khả năng cung cấp khả năng sạc cực nhanh ở điện áp lên đến hoặc thậm chí trên 1000 VDC. Các trạm sạc công suất cao này được thiết kế cho các loại xe có thể xử lý mức công suất cao hơn và có khả năng tăng thêm hàng trăm dặm phạm vi chỉ trong 15-20 phút sạc.

Hiện tại, chỉ một số ít xe điện có thể tận dụng tối đa mức công suất này, nhưng sẽ trở nên phổ biến hơn khi công nghệ và quản lý pin được cải thiện.

Sau đó, bộ sạc nhanh DC thường có công suất từ ​​24 kW đến 350+ kW, trong khi hầu hết các bộ sạc nhanh công cộng có công suất từ ​​50-150 kW, trong khi các bộ sạc nhanh nhất, như những bộ sạc trong danh mục 350+ kW, chuyên dụng hơn và chỉ giới hạn ở một số xe tải thương mại và xe điện van.

Tóm tắt về sạc nhanh DC

Vì pin là thiết bị lưu trữ năng lượng đáng tin cậy và thân thiện với môi trường . Vì vậy, một cách sạc pin nhanh chóng và hiệu quả là rất quan trọng đối với các loại xe điện chạy bằng pin hiện đại ngày nay. Khi việc áp dụng xe điện tăng tốc, vai trò của Bộ sạc nhanh DC có bộ chuyển đổi nguồn AC/DC và DC/DC tích hợp sẽ tiếp tục mở rộng.

Những tiến bộ trong công nghệ điện tử, công nghệ pin và cơ sở hạ tầng đã giúp tăng tốc độ sạc pin, với một số trạm cung cấp công suất lên đến 350 kW, có khả năng tăng thêm hàng trăm dặm phạm vi chỉ trong vài phút sạc. Việc giảm đáng kể thời gian sạc này khiến bộ sạc nhanh DC trở nên lý tưởng cho những chuyến đi đường dài, dừng trên đường cao tốc hoặc cho những chủ sở hữu xe điện không có tùy chọn sạc qua đêm tại nhà.

Bằng cách cung cấp khả năng sạc nhanh bộ pin của xe chỉ trong thời gian ngắn, bộ sạc nhanh DC cải thiện đáng kể sự tiện lợi và tính thực tế khi sở hữu xe điện. Bằng cách cung cấp các giải pháp sạc nhanh, công suất cao, chúng giải quyết được nhiều mối quan tâm của mọi người về EV. Chẳng hạn như: lo lắng về phạm vi hoạt động (sợ hết pin trước khi đến trạm sạc) và khả năng hoàn thành hành trình nhanh chóng khi cân nhắc đến việc di chuyển đường dài.

Những lo lắng này có thể dễ dàng được khắc phục bằng cách làm cho xe điện và bộ sạc DC trở nên thiết thực, khả thi và tiện lợi hơn cho những chuyến đi đường dài của người lái xe hàng ngày.

Tuy nhiên, trong khi bộ sạc nhanh DC cung cấp nhiều lợi thế, vẫn có một số thách thức đối với việc triển khai rộng rãi như: tốn kém để lắp đặt và bảo trì, nếu sử dụng quá thường xuyên, nó có thể dẫn đến tình trạng pin nhanh hơn theo thời gian khiến sạc nhanh DC không tốt cho tuổi thọ pin. Ngoài ra, không phải ai cũng có thể sạc tại nhà, đặc biệt là những người sống trong căn hộ hoặc khu vực thành thị không có chỗ đậu xe riêng.

Trong khi tất cả các bộ sạc nhanh DC đều thực hiện cùng một chức năng để sạc nhanh xe điện, phích cắm và ổ cắm khác nhau tùy theo khu vực và tiêu chuẩn. Khi ngày càng có nhiều xe điện lưu thông trên đường, nhu cầu về trạm sạc sẽ tăng lên, vì vậy, điều cần thiết là phải biết xe của bạn sử dụng tiêu chuẩn nào và tìm trạm sạc tương thích khi di chuyển hoặc có bộ chuyển đổi sẵn có.

Vì vậy, khi cơ sở hạ tầng sạc tiếp tục mở rộng và cải thiện, bộ sạc nhanh DC công suất cao sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi toàn cầu sang phương tiện giao thông chạy bằng điện bền vững.

‍