Subyek:
- Inleiding
- Steker dan sambungan pengisi daya
- Peralatan Pasokan Kendaraan Elektronik (EVSE)
- Opsi pengisian daya
- Waktu pemuatan
- Harga untuk dimuat
- Komunikasi antara stasiun pengisian dan kendaraan
- Percontohan Kedekatan
- Kontrol Pilot
- Jaringan listrik
Perkenalan:
Baterai kendaraan listrik atau hibrida plug-in dapat diisi dengan fasilitas pengisian eksternal. Anda dapat menghubungkan mobil dengan kabel pengisi daya ke stasiun pengisian umum, stasiun pengisian umum, atau kotak dinding Anda sendiri (di fasad luar atau di garasi) untuk mengisi daya baterai melalui jaringan listrik. Seringkali juga tersedia pengisi daya seluler yang memungkinkan Anda mengisi daya melalui stopkontak di dinding, namun disarankan untuk menggunakan pengisi daya ini hanya untuk keadaan darurat.
Gambar berikut menunjukkan pengisian daya mobil listrik. Pada bagian samping kendaraan terdapat penutup yang bentuknya sangat mirip dengan penutup bahan bakar pada mobil bermesin pembakaran. Di belakang penutup kami menemukan sambungan steker tempat steker pengisi daya dapat dimasukkan.
Stiker pada penutup menunjukkan warna LED di sebelah steker yang akan menyala dalam status tertentu.
Steker dan sambungan pengisi daya:
Steker dan sambungan pengisi daya distandarisasi di Eropa. Kami menggunakan Mennekes (tipe 2) untuk pengisian AC (arus bolak-balik) dan colokan CCS2 untuk pengisian DC (arus searah).
Gambar berikut menunjukkan gabungan Mennekes Tipe 2 dengan colokan pengisi daya CSS2. Steker ini memungkinkan untuk mengisi daya (cepat) dengan arus searah.
Gambar di bawah menunjukkan colokan yang digunakan di belahan dunia lain. Ada perbedaan antara AC dan DC, dengan varian DC sering kali merupakan perpanjangan dari konektor AC.
Peralatan Pasokan Kendaraan Elektronik (EVSE):
Fasilitas pengisian umum selalu dilengkapi dengan antarmuka dengan EVSE (Peralatan Pasokan Kendaraan Elektronik). Ini memastikan keamanan dan komunikasi. Fungsi EVSE antara lain:
- Memeriksa koneksi: setelah memastikan bahwa semua colokan terhubung dan terkunci, mode pengisian daya dimulai;
- Diagnosis mandiri: ketika kesalahan terdeteksi, pasokan listrik terputus;
- Deteksi arus bocor: pasokan listrik terputus jika terjadi segala bentuk arus bocor;
- Kontrol arus: berkomunikasi dengan pengisi daya terpasang di mobil menggunakan sinyal PWM untuk membatasi arus.
Opsi pemuatan:
Saat mengisi daya dengan arus bolak-balik (AC), listrik dari jaringan listrik di mobil diubah menjadi arus searah (DC). Kerugian dari pengisian AC adalah tingginya risiko fenomena induksi dan kerugian akibat hambatan konduktor. Konversi dari AC ke DC juga terjadi di dalam mobil sebelum energi mencapai baterai, sehingga membatasi arus pengisian.
Pengisian daya arus searah (DC) memungkinkan pengisian daya “super” cepat. Konversi AC/DC tidak lagi dilakukan di pengisi daya terpasang, tetapi di luar kendaraan. Oleh karena itu, baterai dapat diisi dengan kapasitas pengisian yang lebih besar sehingga lebih cepat penuh. Ini ideal untuk mengisi daya saat rehat kopi di sepanjang jalan raya selama sisa perjalanan.
Cara dan kecepatan muatan kendaraan dapat dibagi menjadi empat mode berbeda. Mode 1, 2, 3 dan 4 menunjukkan bagaimana kendaraan terhubung ke titik listrik.
- Mode 1: pengisian daya dilakukan langsung melalui jaringan listrik sambungan rumah tangga. Pada kendaraan tegangan diubah dari AC (arus bolak-balik) menjadi DC (arus searah). Perangkat pengisi daya memberikan keamanan karena tidak ada batasan arus atau umpan balik dari kendaraan ke soket. Metode pemuatan ini jarang digunakan karena terdapat risiko bahaya dan cacat, sehingga dilarang di banyak negara.
- Mode 2: sama seperti mode 1, stopkontak sambungan rumah digunakan dan arus pengisian dibatasi hingga 16 A dengan a kekuatan sebesar 3,68 kW. Namun, untuk mencegah kelebihan beban, daya melalui kabel pengisi daya biasanya dibatasi hingga 2,3 kW (kira-kira 10 A). Dengan mode pengisian daya 2, stasiun pengisian daya dirancang sebagai pengisi daya ponsel, yang dapat dibawa bersama Anda. Di dalam kendaraan, pengisi daya terpasang mengubah AC menjadi DC.
- Mode 3: pengisian daya menggunakan stasiun pengisian tetap atau kotak dinding, yang, seperti mode 2, terhubung ke jaringan listrik gedung. Pengisi daya mode 3 cocok untuk pengisian daya AC dan daya dari 3,68 hingga 22 kW. Sekali lagi, AC diubah menjadi DC di elektronik daya kendaraan.
- Mode 4: Sementara mode pengisian daya 1 hingga 3 menggunakan arus bolak-balik dan ini harus diubah menjadi arus searah di dalam kendaraan, dengan mode 4 pengisian daya, konversi dari arus bolak-balik ke arus searah terjadi di stasiun pengisian itu sendiri. Arus searah disuplai langsung ke baterai. Ini dikenal sebagai pengisian DC atau pengisian cepat. Stasiun pengisian DC untuk pengisian mode 4 memerlukan tegangan input minimal 480 volt dan menghasilkan daya 43 kW.
Waktu pemuatan:
Waktu pengisian daya kendaraan hibrida dan listrik dapat ditentukan oleh kapasitas baterai untuk dibagi dengan jumlah yang dikirimkan kekuatan dari pengisi daya.
Daya pengisian daya yang tersedia tidak hanya ditentukan oleh jenis pengisi daya dan kabel pengisi daya, namun juga oleh daya pengisian maksimum yang sesuai dengan elektronika daya di dalam kendaraan. Mobil mewah baru semakin banyak mendapatkan baterai yang lebih besar dengan kapasitas yang lebih besar untuk jangkauan yang lebih luas, namun karena kapasitas pengisian meningkat, hal ini bahkan dapat berarti waktu pengisian berkurang. Sebagai contoh, kita ambil VW e-Golf (32 kWh) dibandingkan dengan Mercedes EQS SUV 500 (108,4 kWh). Tidak semua kendaraan dapat mengisi daya hingga 100% dengan DC. Pengisian DC berhenti pada 80%. 20% terakhir menggunakan kapasitas pengisian daya yang lebih rendah melalui AC. Ini untuk melindungi baterai HV.
VW e-Golf (32 kWh)
Pengisian daya AC:
Dengan colokan pengisi daya Tipe 2, baterai dapat diisi melalui AC. Daya pengisian maksimum pengisi daya terpasang adalah 3,7 kW. Saat baterai diisi dari 20% melalui stasiun pengisian daya (mode 3), ini memerlukan waktu sekitar 7 jam. Penjelasan: 80% (pengisian) dari 32 kWh = 25,6 kWh. Kami menghitung waktu pengisian daya dengan membagi daya yang dibutuhkan dengan daya yang disalurkan: (25,6 / 3,68) = 6,96 jam (6 jam 58 menit).
Saat mengisi daya melalui soket (mode 2), daya dibatasi hingga 2,3 kW dan waktu pengisian 11,13 jam (11 jam 8 menit).
Pengisian DC:
Saat pengisian cepat menggunakan arus searah dengan daya 44 kW, baterai terisi penuh setelah 0,58 jam (35 menit).
Mercedes EQS SUV 500 4MATIC (108,4 kWh)
Pengisian daya AC:
Dengan colokan pengisi daya Tipe 2, baterai dapat diisi melalui AC. Daya pengisian maksimum pengisi daya terpasang adalah 11 kW. Sekali lagi kami berasumsi bahwa kami akan mengenakan biaya mulai 20%. Daya yang akan disuplai oleh alat pengisi daya tersebut adalah 86,72 kW. Saat mengisi daya melalui stasiun pengisian daya, waktu pengisian daya adalah 7,88 jam (7 jam 53 menit).
Pengisian DC:
Dengan mode 4 dimungkinkan untuk mengisi daya hingga 207 kW. Waktu pengisiannya adalah: (86,72 / 207) = 0,42 jam (25 menit).
Harga untuk memuat:
Ada banyak penyedia kartu pengisian daya. Berbagai situs web menawarkan ikhtisar tarif. Pada bagian ini kami mengasumsikan tarif energi yang berlaku pada bulan Maret 2023 dan tidak memperhitungkan biaya berlangganan atau tarif awal per sesi pengisian daya, namun hanya harga energi.
- AC Belanda €0,60/kWh
- Belanda DC €0,85/kWh
- Belgia dan Luksemburg €0,65/kWh
- Eropa: AC €0,51/kWh
- Eropa: DC €0,87/kWh
Pada contoh VW e-Golf dan Mercedes EQS, kami menghitung harga pengisian daya berdasarkan kapasitas pengisian daya dan fakta bahwa kami akan mengenakan biaya dari kisaran 20%.
- VW e-Golf: berdasarkan daya pengisian 25,6 kW, biayanya €15,36 untuk pengisian daya AC di Belanda dan €21,76 untuk pengisian daya DC. Jarak tempuh total: 190 km.
- Mercedes EQS: dengan kapasitas pengisian daya 86,72 kW, biayanya €52 di Belanda untuk pengisian daya AC dan €73,70 untuk pengisian daya DC. Jangkauannya sekitar 485 km.
Komunikasi antara stasiun pengisian dan kendaraan:
Modul antarmuka pengisian daya menyediakan komunikasi antara stasiun pengisian daya dan kendaraan. Yang disebut “Proximity Pilot” dan “Control Pilot”, disingkat “PP” dan “CP” menunjukkan bahwa steker pengisi daya terhubung dan menentukan berapa banyak arus pengisian yang diizinkan. Dua paragraf berikutnya menjelaskan cara kerja PP dan CP.
Pada gambar kita melihat CP dan PP pada colokan Mennekes Tipe 1 Amerika (kiri) dan Steker Mennekes Tipe 2 Eropa (kanan), keduanya dikombinasikan dengan colokan pengisi daya DC. Kami berkonsentrasi pada colokan kanan dengan CP, PP, tiga fase (L1 hingga L3) dengan kabel netral (N) dan yang disebut Pembumian Pelindung (PE).
Bagian ini menggunakan diagram berikut, yang didasarkan pada standar Eropa (IEC 62196-2). Ini menyangkut konektor Tipe 2, juga disebut Mennekes. Dalam diagram kita melihat (dari kiri ke kanan) komponen-komponen berikut:
- Pengontrol EVSE: ini adalah modul yang terpasang di stasiun pengisian daya atau kotak dinding;
- Steker pengisi daya: selain arus pengisian, komunikasi terjadi antara pengontrol EVSE dan pengontrol kendaraan melalui PP dan CP;
- Pengontrol kendaraan: perangkat elektronik di dalam kendaraan mengaktifkan proses pengisian daya segera setelah beberapa kondisi terpenuhi.
Percontohan Kedekatan:
Proximity pilot memiliki dua fungsi: mendaftarkan apakah kabel pengisi daya tersambung dan mendaftarkan jenis kabel pengisi daya yang tersambung, sehingga arus pengisian maksimum dapat ditentukan.
Pada diagram di bawah, rangkaian PP berwarna merah. Di sini kita melihat pembagi tegangan antara R1 dan R2, yang ditenagai oleh 5 volt. Unit kontrol mengukur tegangan antara R1 dan R2 (ini ditunjukkan dengan voltmeter untuk kejelasan). Resistor R1 berfungsi sebagai resistor pull-up.
- Jika tidak ada steker pengisi daya yang tersambung, tidak ada pembagi tegangan. Resistor R1 tidak menyerap tegangan apapun, sehingga tegangan yang diukur adalah 5 volt;
- Saat steker pengisi daya tersambung, sambungan seri dibuat. Dengan nilai resistansi yang diberikan, unit kendali akan mengukur tegangan sebesar 3,1 volt.
Nilai resistansi pada steker pengisi daya menunjukkan arus maksimum yang melalui kabel pengisi daya. Nilai resistansi tersebut adalah sebagai berikut:
- 100 ohm: maksimum 63 A;
- 220 ohm: maksimum 32A;
- 680 ohm: maksimum 20 A;
- 1500 ohm: maksimum 13A.
Nilai resistansi pada contoh adalah 220 ohm, artinya arus yang melalui kabel charger ini maksimal 32 A. Resistansi yang lebih tinggi atau lebih rendah memastikan pembagian tegangan yang berbeda dan oleh karena itu tegangan input yang berbeda untuk pengontrol.
Konektor Amerika Utara termasuk dalam standar: SAE J1772. Steker pengisi daya Tipe 1 ini berbeda dari versi Eropa:
- Tegangan bolak-balik satu fasa, bukan tegangan bolak-balik tiga fasa pada steker Tipe 2 Eropa;
- Kait pengunci manual. Pembagi tegangan ekstra memungkinkan untuk membangun keamanan ekstra. Segera setelah tombol diketahui telah ditekan, sistem pengisian daya segera mati.
Diagram di bawah menunjukkan versi AS.
Kait pengunci khususnya memperluas sirkuit Proximity Pilot.
- Ada pembagi tegangan di konektor;
- Saklar S3 paralel dengan resistor R7. Saat diam, saklar ditutup dan resistansi R7 dijembatani;
- Saat melepas steker, pengemudi harus mengoperasikan kait pengunci untuk mencabut steker dari kendaraan. Sambil menekan kait ini, S3 terbuka. Resistor R7 merupakan bagian dari pembagi tegangan.
KontrolPilot:
CP memantau proses pengisian daya mulai dari permintaan untuk memulai pengisian daya hingga akhir pengisian daya saat baterai terisi penuh. CP memungkinkan komunikasi antara pengontrol EVSE di fasilitas pengisian daya dan kendaraan.
- Setelah menyambungkan kabel pengisi daya ke stasiun pengisian daya, pengontrol EVSE menerapkan tegangan 12 volt ke sambungan Control Pilot dari steker pengisi daya.
- segera setelah steker pengisi daya disambungkan ke kendaraan, tegangan turun menjadi sekitar 9 volt karena adanya pembagi tegangan antara R3 dan R4;
- Pengontrol mengukur tegangan masuk melalui ST2 (pemicu Schmitt).
Aliran arus dengan kabel pengisi daya yang terhubung ditandai dengan warna merah.
- Setelah mendaftarkan 9 volt, pengontrol EVSE memberi energi pada relai K2. Alih-alih catu daya 12 volt, osilator disertakan dalam rangkaian;
- osilator menghasilkan tegangan gelombang persegi dari -12 hingga +12 volt;
- dioda memastikan bahwa tegangan pada sambungan CP berubah antara +9 dan -12 volt;
- Dengan siklus kerja dalam sinyal PWM, pengontrol EVSE menunjukkan arus pengisian maksimum yang dapat dikonsumsi kendaraan.
Setelah sinyal PWM terbentuk, pengontrol kendaraan menyalakan relai K1 saat kendaraan siap untuk mulai mengisi daya.
- Relai K1 mengalihkan resistor R5 ke ground;
- karena hubungan paralel antara R4 dan R5, pulsa positif sinyal PWM turun menjadi 6 volt;
- Tegangan 6 volt diukur oleh pengontrol EVSE di perangkat pengisi daya dan sekarang menghubungkan catu daya ke kabel pengisi daya untuk mengisi daya baterai.
Gambar di bawah menunjukkan sinyal dari Control Pilot, yang menunjukkan perkembangan tegangan terhadap waktu. Tegangan ini profil dapat diukur pada sambungan Control Pilot dari steker pengisi daya saat tersambung.
- Status A: Tidak ada koneksi ke kendaraan. Selama tidak ada kabel pengisi daya yang tersambung, tegangan tetap 12 volt;
- Status B: Kendaraan Listrik terhubung. Relai K2 diberi energi. Tegangan turun menjadi 9 volt karena dioda di sirkuit;
- Status C: Relai K1 diberi energi. Ini adalah “sinyal” bagi unit pengisi daya untuk memulai proses pengisian daya.
Status D dan E menunjukkan kapan suatu tindakan diperlukan untuk ventilasi, atau untuk mengakhiri proses pengisian daya karena kesalahan telah terdeteksi.
Jaringan listrik:
Di bagian “opsi pengisian daya”, mode 1 hingga 4 ditampilkan. Anda dapat memilih untuk mengisi daya kendaraan di rumah melalui charger rumah, wallbox, stasiun pengisian daya, atau melalui pengisi daya cepat di sepanjang jalan raya. Mengisi daya di rumah melalui fasilitas pengisian daya Anda sendiri menjadi semakin populer. Pengisi daya rumah cukup disambungkan ke stopkontak, tetapi untuk mendapatkan waktu pengisian daya sesingkat mungkin dengan arus pengisian lebih banyak, kotak dinding Anda sendiri dapat dihubungkan dengan menyesuaikan kotak distribusi. Pertama kita melihat konsepnya: arus bolak-balik 1 dan 3 fasa.
Dengan koneksi 1 fase kita melihat kabel listrik “standar” dengan tiga inti:
- coklat: kawat fase;
- biru: kabel netral;
- kuning/hijau: kabel ground.
Dengan stasiun pengisian atau wallbox 1 fasa, listrik mengalir melalui dua kabel (kabel fasa dan kabel netral).
Kotak dinding atau stasiun pengisian daya 1 fase menggunakan sambungan standar 230 V elektronik rumah. Daya maksimumnya adalah 16 A, sehingga daya pengisian maksimum pengisi daya 1 fase menjadi 3,7 kW. Baterai berkapasitas 60 kW terisi dalam waktu kurang lebih 16 jam dengan kapasitas pengisian sebesar ini yang membutuhkan waktu relatif lama. Kebanyakan mobil listrik baru memiliki kapasitas lebih tinggi.
Dimungkinkan untuk meningkatkan arus maksimum pada kotak distribusi elektronik rumah tangga, sehingga ada lebih banyak kapasitas untuk pengisi daya 32 fasa 1 A. Dalam hal ini, pengisian daya dapat dilakukan dengan daya maksimum 7,4 kW. Namun, dengan pengisi daya 1 fasa, ada kemungkinan kotak distribusi kelebihan beban sehingga mengakibatkan listrik padam. Selain stasiun pengisian daya, masih banyak lagi peralatan listrik yang menggunakan jaringan listrik, antara lain mesin cuci, mesin pencuci piring, kompor, dan pompa panas. Dengan bantuan penyeimbangan beban, kapasitas maksimum dapat dimanfaatkan:
- Pada siang hari kemungkinan besar beberapa peralatan listrik digunakan. Arus pengisian kendaraan berkurang;
- Sebagian besar perangkat dimatikan pada malam hari, sehingga kendaraan memiliki kapasitas pengisian daya yang lebih besar.
Untuk mengisi daya lebih cepat, stasiun pengisian daya atau wallbox dapat dihubungkan ke kotak distribusi melalui koneksi 3 fase. Ini tidak harus berupa aliran listrik. Dengan koneksi 3 fase kita melihat dua kabel tambahan:
- hitam: kabel fase ekstra;
- abu-abu: kabel fase ekstra.
Dengan stasiun pengisian 3 fasa, listrik mengalir melalui empat kabel (kabel tiga fasa dan kabel netral).
Kapasitas pengisian stasiun pengisian atau wall box pada sambungan 3 fasa lebih tinggi dibandingkan dengan sambungan 1 fasa, yang berarti pengisian daya kendaraan lebih cepat. Arus pengisian maksimum kendaraan tidak pernah terlampaui. Beberapa kendaraan hanya cocok untuk mengisi daya hingga 3,7 kW. Maka tidak masuk akal untuk membuat koneksi 3 fase. Kendaraan juga dapat cocok untuk 7,4 atau 11 kW: ada baiknya meningkatkan kapasitas (3 * 16 A) dari kotak distribusi.
Di rumah-rumah tua kita sering melihat sambungan 1 fasa (hingga 35 A) pada kotak distribusi. Ketiga fase tersebut ada, namun hanya satu yang terhubung.
Kotak distribusi dapat diubah sehingga ketiga fase digunakan. Rumah-rumah baru, di mana kotak distribusi disiapkan untuk lebih banyak konsumen listrik (seperti panel surya, kompor induksi, dan pompa panas), sudah dapat dilengkapi dengan sambungan 3 fase sejak pengiriman. Dalam hal ini, meteran listrik bertuliskan “3×220/230V atau 3×380/400 volt”. Ada juga total empat kabel - kabel tiga fasa dan kabel netral - yang berasal dari bagian bawah kotak distribusi. Tergantung pada kotak distribusinya, grup tersebut dilindungi hingga 1x25A, 1x30A, atau 1,35A. Semakin besar arus listrik yang dinyatakan, semakin banyak pula arus yang dapat digunakan pada saat yang bersamaan.
Gambar di bawah menunjukkan lima situasi dari sambungan 1 fasa hingga 3 fasa di kotak distribusi dan penggunaan pengisi daya 1 fasa atau 3 fasa.
1 fase: Dengan pengisi daya darurat Anda dapat mengisi daya kendaraan melalui soket. Dengan wallbox, grup 1 fase dapat mengisi daya hingga 16A tanpa penyeimbangan beban, dan 32A dengan penyeimbangan beban. Angka 32A hanya bisa dicapai jika tidak ada konsumen lain yang beraktivitas di dalam rumah.
Untuk daya hingga 7,4 kW, jaringan 1 fase dengan penyeimbangan beban dimungkinkan. Saat menggunakan beberapa peralatan listrik dengan konsumsi tinggi di rumah, termasuk mesin cuci/pengering, mesin pencuci piring, dan pompa panas, daya akan berkurang untuk melindungi dari beban berlebih. Dalam praktiknya, ini berarti daya bisa berkurang sebanyak 50%. Oleh karena itu, peralihan dari fase 1 ke fase 3 masuk akal.
3 fase: Jika terlalu banyak daya yang diminta pada saat yang bersamaan, hal ini dapat menyebabkan kelebihan beban dan memicu perlindungan sehingga menyebabkan pemadaman listrik. Oleh karena itu, penting agar jaringan dapat memasok listrik dalam jumlah yang cukup. Dengan sambungan 3 fasa, lebih banyak arus dapat disuplai secara bersamaan. Kelompok 3 fase dilindungi hingga 25A sebagai standar.
- 11 kW: penguatan lemari meteran diperlukan. Penyesuaian dari 1 fase ke 3 fase sudah cukup;
- 22 kW: selain penyesuaian dari 1 fasa ke 3 fasa, diperlukan peningkatan sebesar 35A.
Penyesuaian ke 22 kW dan 35A hampir tidak menarik bagi perorangan. Karena kenaikan tersebut, biaya tetap tahunan tambahan sebesar €1000 harus dibayar. Untuk setiap langkah yang lebih berat (3x63A atau 3x80A) harus dibayar biaya tambahan. Selain itu, banyak kendaraan listrik yang (belum) cocok untuk mengisi daya dengan arus bolak-balik yang tinggi:
Diperkirakan jumlah kendaraan yang dapat mengisi daya AC sebesar 22 kW akan meningkat di tahun-tahun mendatang.
