Зарядная инфраструктура станции среднего напряжения повышена до мегаваттного класса 2025-02-07 05:47:19

В будущем зарядные станции вдоль автомагистралей, на парковках или в логистических центрах должны будут выдавать гораздо больше энергии за короткий промежуток времени, чем сегодня. По этой причине новые зарядные станции больше не могут быть просто подключены к низковольтной электросети.
В проекте MS-Tankstelle Fraunhofer ISE и партнёры из отрасли разработали технологию системы среднего напряжения для станций быстрой зарядки, которая в будущем позволит выдерживать пиковые нагрузки в несколько мегаватт. Технология , которая использует эффективные полупроводники из карбида кремния и более высокие напряжения, приводит к снижению использования материалов и снижению затрат на станции быстрой зарядки. Она была опубликована в материалах конференции 2024 Energy Conversion Congress & Expo Europe (ECCE Europe).
В то же время система очень эффективна и может гибко применяться на зарядных станциях разных размеров и разных типах транспортных средств. Демонстратор одной зарядной точки можно увидеть на стенде Fraunhofer Energy Alliance на выставке E-World с 11 по 13 февраля в Эссене, Германия (зал 5, D 126).
С ростом числа электромобилей растёт и потребность в станциях быстрой зарядки, которые одновременно обслуживают множество транспортных средств так же, как это делают сегодня типичные заправочные станции. Это требование особенно актуально вдоль автомагистралей, но также и на городских парковках и стоянках.
Средняя мощность быстрой зарядной системы для автомобиля составляет 150 кВт. Для автобусов, фургонов и небольших грузовиков она увеличивается до 350 кВт, а в будущем ожидается увеличение зарядных мощностей. Поскольку электрическая зарядка медленнее, чем процесс заправки, в будущем потребуется около 15–25 зарядных станций вместо типичных восьми бензоколонок на заправочных станциях сегодня.
Вместе эти зарядные станции будут потреблять около 1,5–3,5 мегаватт электроэнергии при параллельной быстрой зарядке, что означает, что будущие станции быстрой зарядки больше не смогут снабжаться через низковольтную сеть. Даже если зарядная станция будет недоиспользована, требуемая мощность превысит 300 кВт.
Кроме того, распределение электроэнергии в пределах зарядной станции или парковки не должно осуществляться в сети низкого напряжения. Это приведет к большим затратам на установку и большим потерям энергии в кабелях из-за длинных кабельных трасс, например, 100 метров или более для 25 парковочных мест, в сочетании с высокой мощностью.
Таким образом, силовая электронная система, разработанная в проекте с партнёрами Sumida Components & Modules GmbH, Infineon Technologies AG и AEG Powersolutions GmbH, опирается на сеть среднего напряжения, которая адаптирована к напряжению 1500 В постоянного тока с помощью выпрямителя. Более высокий уровень напряжения обеспечивает более высокую выходную мощность при том же токе без необходимости увеличения сечения кабеля.
Значительно более низкое потребление меди, которое получается в результате, вносит значительный вклад в защиту окружающей среды и сохранение ресурсов. Значение 1500 В постоянного тока было выбрано для этого блока, поскольку это предельный предел стандарта низкого напряжения. Выше этого значения будут применяться другие стандарты.
Модульный подход для зарядных станций разных размеров
Электрически изолированный преобразователь соединяет распределительную сеть постоянного тока (DC) с аккумулятором транспортного средства и управляет процессом быстрой зарядки. Преобразователи постоянного тока, каждый с выходной мощностью 175 кВт, спроектированы таким образом, что их можно легко подключать параллельно в системе. Этот модульный подход позволяет строить зарядные станции с точками зарядки меньшей мощности для легковых автомобилей и точками зарядки большей мощности для грузовиков.
В отличие от бытовых настенных коробок, зарядные станции должны быть в высокой степени совместимы с различными типами транспортных средств. Концепция центрального выпрямителя и распределения постоянного тока 1500 В, разработанная в проекте, выгодна тем, что компоненты подключения к сети (трансформатор и выпрямитель) могут быть рассчитаны и масштабированы более независимо от зарядной электроники. Ввиду высокого спроса на силовую электронику и компоненты, такие как кабели и трансформаторы, материальные требования для этой системы значительно снижены по сравнению с другими текущими решениями.
Для несложного процесса зарядки зарядная станция должна быть полностью совместима со стандартами CCS1 и CCS2, которые широко распространены в Европе для токов транспортных средств до 500 ампер и напряжений до 1000 вольт. Кроме того, концепция также поддерживает стандарт Megawatt Charging System (MCS). Для решения этой проблемы планируется второй модуль преобразователя. Для этого варианта необходимо адаптировать всего несколько компонентов.
«Топология, которую мы разработали в этом проекте, находит применение не только на зарядных станциях, но и для интеграции в гибридные электростанции на возобновляемых источниках энергии или стационарные системы хранения аккумуляторных батарей», — объясняет Андреас Хенсель, руководитель группы высокомощной электроники и системных технологий в Fraunhofer ISE.
Автор Константин Романов
Контакты, администрация и авторы