Application and Layout of Solar Energy and Electric Vehicle recharge System from the Trend of Transportation Electrification in India

Il est bien connu que le Gouvernement indien encourage l'électrification des véhicules dans tout le pays et encourage activement les véhicules électriques. L'industrie électronique est optimiste quant au développement des véhicules électriques locaux. Les grands OEM développent des véhicules électriques et les écosystèmes des véhicules électriques sont en construction constante. Les entreprises existantes et diverses start - up ont commencé à développer des chargeurs de véhicules électriques, des stations de recharge, des logiciels et des services d'informatique en nuage. Des progrès considérables ont été accomplis. Toutefois, il existe de nombreuses possibilités d'améliorer les systèmes électroniques. Cet article prendra l'Inde comme exemple & # 39; En prenant comme exemple la tendance à l'électrification du trafic s, on discute de l'application et de la disposition de l'énergie solaire et du système de recharge des véhicules électriques.

Avec l'aide de la BRI, de l'Arai, de l'eesl et d'autres organisations, le Gouvernement indien a publié des spécifications techniques pour les stations de recharge; Certaines spécifications originales, comme les chargeurs AC - 001 et DC - 001, ont été mises au point et déployées à certains endroits dans les stations de recharge. Les dernières lignes directrices exigent que les stations de recharge soient équipées d'une variété de chargeurs standard, c'est - à - dire des connecteurs CCS AC type 2 et chademo, ainsi que des chargeurs AC et DC - 001 de faible puissance. Toutefois, l'alimentation électrique de ces systèmes dépend entièrement du réseau électrique. L'emplacement des stations de recharge pose problème dans les grandes villes et les zones semi - urbaines. La question de savoir si le réseau électrique réserve de la charge aux véhicules électriques demeure.

Ces problèmes peuvent être résolus par l'énergie solaire.Énergie solaireLa production et le stockage d'énergie peuvent non seulement compléter la capacité d'alimentation du réseau, mais aussi être installés dans tout le pays et recharger les véhicules électriques même s'ils ne sont pas raccordés au réseau. Heureusement, la promotion de l'énergie solaire en Inde a été un grand succès et l'emplacement géographique a permis à l'Inde d'être riche en énergie solaire. Étant donné que la durée de vie de la station de recharge solaire est d'au moins 20 à 25 ans, les frais d'installation ponctuels et l'investissement en capital de la station de recharge solaire sont relativement raisonnables et rentables, et le rendement de l'investissement peut être obtenu en quelques années. Après la mise en service de la centrale, l'alimentation électrique est presque gratuite. On trouvera ci - après une description d'une solution viable pour la recharge des véhicules électriques à l'aide de l'énergie solaire et du stockage de l'énergie, qui portera sur les méthodes de production et de stockage de l'énergie solaire, la gestion des cellules distribuées, la conversion de l'énergie, les connexions de communication et les modules de base nécessaires au développement d'une station de recharge modulaire extensible pour les véhicules électriques à énergie solaire.

La figure ci - dessous est un schéma fonctionnel d'une station de recharge solaire typique d'un véhicule électrique.

Schéma de bloc fonctionnel de la station de recharge solaire EV

Le terminal utilisateur affiche principalement les fonctions visibles par l'utilisateur final et est responsable de l'échange d'informations et de l'interaction homme - ordinateur. Ces composants comprennent généralement un écran tactile TFT et un lecteur NFC pour l'authentification ou le paiement. Pour une fonctionnalité plus avancée, il peut y avoir une interface bluetooth. Les connecteurs de recharge supportent différentes normes de recharge: recharge lente en courant alternatif pour les petits tramways et les tricycles électriques, recharge rapide en courant alternatif et en courant continu pour les véhicules électriques. Avant de commencer à charger, l'utilisateur doit s'authentifier et définir les préférences de charge. Des fonctions plus complexes sont exécutées en arrière - plan, tandis que le Contrôleur central et d'autres modules surveillent les opérations en arrière - plan.

Gestion du courant et de l'énergie: le système de charge a 3 Sources d'énergie. Le premier est un panneau photovoltaïque solaire. Cet article ne traite pas du calcul de la surface des panneaux solaires. En général, la puissance de la station de recharge doit être d'au moins quelques kilowatts. Dans des conditions d'éclairage nominal, les panneaux solaires produisent normalement environ 150 W / m2 d'électricité. Les panneaux solaires envoient de l'énergie au module MPPT, un convertisseur DC - DC très efficace. L'algorithme de suivi des points de puissance maximale fonctionne à l'intérieur et l'efficacité de conversion est supérieure à 98%. Ces convertisseurs sont généralement des convertisseurs Buck ou Buck Boost multiphasés, fonctionnant à des centaines de volts à l'entrée et à la sortie. L'isolement électrique n'est peut - être pas obligatoire, mais la plupart des convertisseurs sont isolés électriquement pour des raisons réglementaires et de sécurité. L'extrémité de sortie est reliée à un bus à courant continu commun pour alimenter la charge en aval. La commande peut être analogique, purement numérique ou analogique - numérique.

La deuxième source d'énergie est le réseau électrique. Étant donné que la station de recharge est conçue pour maximiser l'utilisation de l'énergie solaire, la recharge du réseau est une source d'énergie alternative. Toutefois, dans certaines régions, le réseau est alimenté de façon intermittente. Dans d'autres régions, les panneaux solaires ne produisent pas d'électricité toute l'année en raison d'un manque de lumière du soleil. Le réseau électrique doit compléter l'énergie solaire pendant certaines saisons. Le système de charge est essentiellement une sorte de dispositif de stockage d'énergie solaire, qui peut compléter la capacité d'alimentation du réseau électrique par l'onduleur bidirectionnel connecté au réseau pendant la période de pointe de la consommation d'énergie et jouer le rôle de la centrale électrique. Grâce à une politique raisonnable de compensation de la quantité nette d'électricité, les centrales solaires ou autonomes peuvent légalement renvoyer l'électricité au réseau, de sorte qu'il s'agit d'une solution à double usage à guichet unique.

La troisième source d'énergie est la centrale de stockage d'énergie. La tendance actuelle est d'utiliser des batteries au lithium pour construire des stations, car elles ont une longue durée de vie, sont idéales pour une charge rapide et ont une profondeur de décharge et une densité d'énergie extrêmement élevées. Pour économiser de l'espace, les batteries peuvent être installées sous terre. Ces batteries au lithium sont connectées ensemble par mélange et en série, puis à l'unit é terminale de la boîte de jonction avec fonction de surveillance. Chaque batterie a un port de données, généralement can ou RS485. Les piles sont connectées ensemble par la méthode de la chaîne Daisy et finalement à la boîte de jonction de sorte que l'unit é terminale affiche l'état de fonctionnement de chaque pile, chaîne de piles ou bibliothèque de piles entière. Il s'agit essentiellement d'un concentrateur de données et d'une unit é de commutation pour contrôler l'état d'entrée et de sortie des circuits de la batterie. De plus, la boîte de jonction communique avec le Contrôleur central pour déterminer le fonctionnement de la charge et de la décharge de la batterie.

La figure ci - dessous montre l'architecture du système électrique. Il s'agit d'un système modulaire extensible. Les modules sont généralement extensibles, de 3 à 5 kW chacun, équipés d'un bus de communication, généralement can ou Modbus / RS485. Le Contrôleur central peut configurer les modules à tout moment en fonction des exigences fonctionnelles, telles que la gestion de la charge, la gestion de la charge et les contrôles diagnostiques. Le Contrôleur a un module ouvert pour surveiller la consommation d'énergie. Les paramètres de base comprennent la consommation d'énergie kWh, le stockage d'énergie kWh et la production / sortie d'énergie kWh. Les contrôleurs peuvent également communiquer avec les instruments standard de l'industrie pour la facturation et l'établissement des tarifs.

Figure 2: système électrique en arrière - plan

Module principal de gestion de l'énergie: le module convertisseur DC - DC est connecté au bus DC. Selon le type de véhicule connecté au point de charge et les exigences de tension et de courant du BMS du véhicule, le Contrôleur central est configuré avec un convertisseur DC - DC via le bus de communication. Ce schéma est généralement utilisé pour la charge rapide en courant continu. Plusieurs modules de convertisseur DC - DC peuvent être connectés en série pour répondre aux exigences de charge. L'onduleur DC - AC est également connecté au même bus DC pour charger les véhicules qui ne peuvent accepter que la charge AC ou la charge lente normale. L'onduleur bidirectionnel a deux applications: fournir de l'énergie au bus à courant continu pour répondre à la demande d'énergie; Retourner l'énergie au réseau lorsque la station de recharge est inactive ou compléter la capacité du réseau pendant les périodes de pointe. Voici les principaux indicateurs d'efficacité énergétique que tout module de conversion d'énergie doit atteindre à l'heure actuelle:

Efficacité énergétique extrêmement élevée: l'efficacité énergétique réelle de bout en bout est maintenant supérieure à 95%

Densité de puissance extrêmement élevée: la taille du système devient de plus en plus petite en raison des coûts de performance plus élevés

Le développement et le progrès de la technologie du silicium peuvent répondre à ces deux exigences. Les matériaux semi - conducteurs à large bande Gap, en particulier les dispositifs au carbure de silicium, ont une fréquence de commutation élevée, une température de jonction élevée et une efficacité énergétique élevée. De plus, grâce aux progrès de la technologie du silicium, les composants passifs tels que les éléments magnétiques et les condensateurs deviennent plus petits. De meilleurs matériaux magnétiques peuvent également fournir une puissance de sortie plus élevée pour les conceptions à faible consommation d'énergie et à faible perte.

Le Contrôleur central principal est le cerveau de la station de recharge et est responsable de toutes les fonctions avant le rechargement, telles que l'authentification utilisateur / utilisateur réservé et l'interaction homme - ordinateur. Les composants comprennent des processeurs haute performance, des technologies de communication et des capteurs. Les principales fonctions sont les suivantes:

Authentification et paiement de l'utilisateur: il s'agit de la fonction la plus vue par l'utilisateur dans la station de recharge. L'authentification et le paiement de l'utilisateur peuvent être effectués par carte à puce, OTP, téléphone NFC et même Bluetooth. Ces sous - systèmes sont contrôlés par le MPU / mcu embarqué.

Gestion de l'énergie: il s'agit de l'élément le plus important de la station de recharge, mais l'utilisateur ne peut pas le voir. Le Contrôleur du système surveille en permanence l'offre et la demande d'énergie électrique, puis sélectionne le mode de charge en fonction de la situation: charge solaire pure, charge solaire mixte avec stockage d'énergie ou charge solaire assistée par le réseau. Il peut y avoir un approvisionnement excessif en électricité ou une demande excessive d'électricité. Le Contrôleur du système doit avoir une certaine intelligence. Selon la relation entre l'offre et la demande, le canal de transmission peut être modifié en modifiant les réglages des différents blocs de puissance susmentionnés.

Connexion de communication: actuellement, pour réaliser la surveillance à distance, la station de recharge et le point de recharge doivent être connectés au Cloud, communiquer régulièrement avec le CMS (système central de gestion), signaler les transactions, les paramètres, le diagnostic et les données d'exploitation, et recevoir les commandes d'exploitation du CMS et des paramètres. Par conséquent, le projet offre une variété de technologies de connectivité sans fil et filaire, telles que 3G / 4G, Wi - fi et Ethernet, et même l'utilisation de la technologie Lora pour la surveillance à distance.

Protection, diagnostic et rapport de défaillance: afin de prévenir les défaillances, le mécanisme de protection du système répond très rapidement et peut prévenir les événements externes tels que les surtensions ou les éclairs; Problèmes opérationnels, tels que mauvais fonctionnement involontaire ou mauvais fonctionnement / abus intentionnel; Ou des problèmes internes de court - circuit, de surchauffe ou de surchauffe, tels que la tension / courant excessif. Afin de réduire les coûts d'exploitation et de réduire au minimum les temps d'arrêt, le système peut automatiquement signaler les problèmes qui peuvent survenir de temps à autre. La structure modulaire peut afficher les circuits défectueux qui doivent être remplacés sur le terrain afin que le technicien de service puisse préparer les accessoires à l'avance.