Como as estações de carregamento rápido ajustam a velocidade de carregamento?

Se você já parou em uma estação de carregamento rápido com um carro elétrico morto ou morrendo, apenas para conectá-lo e ver a tela do carregador saltar de 150 kW para 80 kW um minuto depois, você provavelmente já se perguntou: por que a velocidade muda? Como fornecedor de estações de carregamento rápido, recebo constantemente esta pergunta de novos proprietários de veículos elétricos, de transeuntes curiosos e até de outros proprietários de empresas que procuram instalar a sua própria infraestrutura de carregamento. A verdade é que a velocidade de carregamento rápido não é fixa – é um vai e vem dinâmico entre a estação, seu carro e até mesmo fatores externos, como clima e demanda da rede. Vamos detalhar como isso funciona e por que é importante para quem depende deCarregamento rápido para carros Evpara manter suas jornadas no caminho certo.

Primeiro, vamos começar com o maior participante nesta dança: o sistema de gerenciamento de bateria do seu EV, ou BMS. Pense no BMS como o cérebro da sua bateria. Seu trabalho é monitorar cada célula da bateria – temperatura, estado de carga (SOC), tensão e até mesmo quanta corrente cada célula pode suportar com segurança em um determinado momento. Quando você conecta um carregador rápido, o BMS e a própria unidade de controle do carregador (geralmente chamada de unidade de controle de energia ou PCU) conversam rapidamente usando um protocolo padrão como CCS ou CHAdeMO. Este bate-papo não é negociável: diz ao carregador: “Ei, minha bateria pode consumir uma quantidade X de energia agora – não me dê mais do que isso, ou correrei o risco de superaquecer ou danificar as células”.

Por exemplo, quando você chega a uma estação com uma bateria completamente vazia, o BMS informará ao carregador que a bateria está pronta para receber energia total – digamos, 350 kW, o que é comum em veículos elétricos de longo alcance mais recentes. É por isso que os novos proprietários de veículos elétricos ficam frequentemente chocados quando passam de 0% a 50% em apenas 10 minutos. Mas quando a bateria atinge cerca de 80% do SOC, a química muda. As baterias de íons de lítio carregam mais rápido quando há um alto fluxo de íons do cátodo para o ânodo, mas uma vez que o ânodo está quase totalmente saturado com íons, ele não pode aceitar tantos íons sem arriscar o revestimento de lítio - um processo em que o metal de lítio se acumula no ânodo, o que pode causar curtos-circuitos ao longo do tempo. Para evitar isso, o BMS informa ao carregador para reduzir a energia. De repente, aquele carregador de 350 kW está bombeando 100 kW, e os 20% restantes da carga levam 20 ou 30 minutos em vez de 10. Isso não é uma falha no carregador – é o BMS protegendo sua bateria por um longo período. É por isso que qualquer pessoa que procura uma infraestrutura confiável e escalável deve conferirEstações de carregamento rápido para carros elétricosprojetado para funcionar com uma ampla gama de protocolos de comunicação BMS.

A seguir: o hardware e o design do carregador. Nem todos os carregadores rápidos são criados iguais e sua capacidade de ajustar a velocidade rapidamente depende de como são construídos. A maioria dos carregadores rápidos públicos modernos são carregadores rápidos DC (DCFC), que ignoram o carregador integrado do seu carro e enviam corrente contínua diretamente para a bateria – é isso que permite as altas velocidades das quais todos confiamos. Mas mesmo o DCFC mais poderoso tem limites e só pode fornecer energia na velocidade que seus componentes internos conseguem suportar. Por exemplo, um carregador de 50 kW é limitado pelos seus módulos de potência, sistema de refrigeração e fiação para fornecer apenas 50 kW no pico. Mas mesmo um carregador de 150 kW não despeja apenas 150 kW em cada carro conectado. Sua PCU está programada para ajustar a saída de energia em tempo real com base nos sinais que recebe do BMS, mas também em sua própria capacidade de hardware. Se a temperatura interna do carregador ficar muito alta – digamos, porque ele funcionou a 150 kW sem parar por três horas em um calor de 95 graus – ele reduzirá a energia para evitar superaquecimento e danos. É por isso que às vezes você verá um carregador que deveria ser capaz de atingir altas velocidades e funcionar mais devagar nos dias sufocantes de verão: ele está protegendo a si mesmo e, por sua vez, ao seu carro.

Para quem prefere carregar em casa, aplica-se a mesma lógica, embora em níveis de potência mais baixos. UMcarregador doméstico 50kwfunciona com seu BMS para ajustar a velocidade, mas como o carregamento doméstico geralmente é feito durante a noite, quando você não precisa tanto de velocidade, esses carregadores normalmente priorizam a eficiência em vez da potência de pico. Eles ainda se ajustam: se o seu BMS disser que a bateria está fria, eles poderão fornecer menos energia até que a bateria aqueça, para evitar danos. Se a rede estiver enfrentando pico de demanda (digamos, uma noite quente de verão, quando todos estiverem funcionando com CA), o carregador doméstico também poderá reduzir ligeiramente a energia para evitar sobrecarregar a rede local. É por issoPontos de carregamento em casaprojetados com funcionalidade de rede inteligente estão se tornando mais populares - eles podem coordenar com empresas de serviços públicos para ajustar a velocidade de carregamento com base nas necessidades da rede, muitas vezes permitindo que você carregue mais barato fora dos horários de pico, mantendo a bateria saudável.

Fatores externos também desempenham um papel importante na rapidez com que as estações de carregamento ajustam sua velocidade, e um dos mais subestimados é a temperatura. As baterias são enjoadas: elas não carregam bem quando estão muito frias ou muito quentes. Em temperaturas congelantes, os íons de lítio se movem muito mais lentamente, portanto, mesmo que o seu BMS esteja pronto para aceitar alta potência, a reação química não consegue acompanhar. Como resultado, o BMS limitará a velocidade de carregamento para evitar danos. É por isso que, no meio de um dia frio de inverno, você poderá notar que seu carregador rápido fornece apenas metade de sua energia normal nos primeiros 10 minutos de carregamento. Por outro lado, se a bateria estiver muito quente – como depois de dirigir 30 minutos em uma rodovia sob um calor de 100 graus – o fluxo de íons pode se tornar instável, então o BMS irá retardar o carregamento até que a bateria esfrie. Alguns carregadores rápidos avançados também possuem pré-condicionamento de bateria integrado, que aquece ou esfria a bateria antes do início do carregamento, usando energia da rede. Se você chegar a um carregador público com uma bateria fria, o carregador poderá atrasar o pico de potência por alguns minutos para levar a bateria à temperatura ideal (cerca de 20-25°C) antes de aumentar a velocidade, economizando tempo a longo prazo.

A procura da rede é outro fator externo importante, especialmente para estações públicas de carregamento rápido. As empresas de serviços públicos cobram frequentemente mais pela electricidade durante as horas de ponta (normalmente ao meio-dia e início da noite) e, para evitar sobrecarregar a rede, muitos operadores de estações de carregamento instalam carregadores que podem ajustar a produção de energia com base na capacidade da rede. Por exemplo, se uma rede local puder suportar apenas 1 MW de energia para um grupo de carregadores e houver 10 DCFCs cada um com capacidade de 150 kW, o sistema de gestão da rede alocará energia dinamicamente. Se apenas um carro estiver carregando, ele poderá obter 150 kW completos. Se dois carros forem ligados ao mesmo tempo, o sistema dividirá a potência disponível – digamos, 100 kW cada – para que nenhum deles passe fome e a rede não fique sobrecarregada. Esta é uma grande razão pela qual os carregadores públicos modernos são mais inteligentes do que os modelos mais antigos; eles podem se comunicar não apenas com o seu carro, mas também com a rede local para ajustar a velocidade em tempo real, garantindo que o carregamento seja eficiente para todos. Como fornecedor deEstação de carregamento rápido pública DCsoluções, projetamos nossas unidades com módulos integrados de gerenciamento de rede que tornam esse ajuste dinâmico perfeito, para que as operadoras não precisem se preocupar com restrições de rede que prejudicam a velocidade de carregamento de seus clientes.

Também é importante acabar com um mito comum: um carregador de maior potência nem sempre é mais rápido. Um carregador de 350 kW é tão rápido quanto a bateria pode aceitar energia. Se o BMS do seu EV puder suportar apenas 100 kW em um determinado estado de carga, conectar um carregador de 350 kW fornecerá apenas 100 kW no máximo, não importa quão potente seja o carregador. É por isso que os veículos elétricos mais recentes, com baterias maiores e mais avançadas, são concebidos para suportar níveis de potência mais elevados, para que possam tirar partido dos carregadores mais rápidos do mercado. Por exemplo, um Tesla Model 3 com uma bateria de 75 kWh pode consumir até 250 kW, enquanto um Nissan Leaf mais antigo com uma bateria de 40 kWh atinge o máximo em cerca de 50 kW. Portanto, quando um Leaf é conectado a um carregador de 350 kW, ele carrega apenas 50 kW durante a maior parte da carga, até atingir o limite superior do SOC, e então desacelera ainda mais. Essa incompatibilidade é intencional e tem tudo a ver com longevidade e segurança da bateria.

Então, o que isso significa para você, como motorista de VE, ou para uma empresa que deseja instalar uma infraestrutura de carregamento? Para os motoristas, entender como a velocidade de carregamento se ajusta pode aliviar o estresse em viagens longas. Se você chegar a um carregador e ele estiver funcionando mais lentamente do que o anunciado, quase nunca é um carregador com defeito – é o seu BMS protegendo sua bateria, o carregador esfriando sozinho ou um fator como a temperatura em jogo. Para as empresas, escolher as estações de carregamento certas significa fazer parceria com fornecedores que construam carregadores que possam comunicar eficazmente com todos os sistemas EV BMS modernos, lidar com as exigências da rede externa e adaptar-se às condições do mundo real.

Se você está pronto para investir em infraestrutura de carregamento rápido para sua empresa, propriedade ou frota, estamos aqui para ajudar. Nossa linha de estações de carregamento rápido para carros elétricos foi projetada com protocolos de comunicação de última geração, ajuste inteligente de energia e recursos de segurança integrados para garantir um carregamento confiável para cada EV, sempre. Esteja você procurando carregadores rápidos CC públicos, soluções de carregamento doméstico, como nosso carregador doméstico de 50 kW, ou precise de orientação sobre como escolher a configuração certa para suas necessidades, nossa equipe pode orientá-lo em cada etapa do processo. Entre em contato conosco para saber mais sobre como nossas soluções de cobrança podem atender às suas necessidades e manter seus clientes ou motoristas carregados e em movimento.

Referências

1. Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL). (2022). Desempenho de carregamento rápido DC e segurança da bateria. Departamento de Energia dos EUA.
2. Agência Internacional de Energia (AIE). (2023). Infraestrutura de carregamento rápido para veículos elétricos: tecnologia, implantação e política.
3. Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE). (2021). Padrão para Sistema de Carregamento Condutivo de Veículos Elétricos (SAE J1772/CCS).
4. Universidade de Baterias. (2022). Fundamentos do carregamento de baterias de íons de lítio. Cadex Eletrônica Inc.
5. Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC). (2020). Requisitos de segurança da estação de carregamento rápido DC (IEC 61851-23).