עם הפופולריות של כלי רכב חשמליים, טכנולוגיית הטעינה הפכה לאחד ממרכיבי הליבה לקידום פיתוח התחבורה החשמלית. ביניהם, תקן הטעינה CCS (Combined Charging System), כתקן טעינה עולמי, נמצא בשימוש נרחב במערכת הטעינה המהירה של כלי רכב חשמליים בשוק האירופאי והאמריקאי. ככל שחברות סיניות נכנסות בהדרגה לשוק האירופאי והאמריקאי, תקן טעינת CCS משך בהדרגה את תשומת לבם של מהנדסים נוספים.
מאמר זה ידון בעקרונות הבסיסיים, במאפיינים ובסטנדרטים הקשורים לבדיקת עקביות של תקן הטעינה CCS בצורה קלה להבנה.
היסטוריית הפיתוח ועיצוב הממשק של תקן הטעינה CCS:
ניתן לעקוב אחר ההיסטוריה של תקן הטעינה של CCS ל-2011. באותה תקופה הופיעו תקני טעינה שונים בשווקי הרכב החשמלי באירופה, צפון אמריקה ואסיה, מה שהביא בעיות של יכולת פעולה הדדית ונוחות טעינה לפיתוח כלי רכב חשמליים ברחבי העולם. כדי לפתור בעיה זו, הציע איגוד יצרני הרכב האירופי (ACEA) את הצעת תקן הטעינה CCS, שמטרתה לשלב טעינת AC ו-DC למערכת אחידה. הממשק הפיזי של המחבר מעוצב כשקע משולב עם ממשקי AC ו-DC משולבים, שיכולים להיות תואמים ל-3 מצבי טעינה: טעינת AC חד פאזי, טעינת AC תלת פאזי וטעינת DC. זה יכול לספק אפשרויות טעינה גמישות יותר עבור כלי רכב חשמליים. תקן CCS Combo 1.0 שוחרר רשמית בשנת 2012.
ב-2014, שוחרר CCS Combo 2.0, שהוא שדרוג חשוב לגרסה הקודמת, המשפר עוד יותר את כוח הטעינה ותומך בטעינת DC מהירה יותר. גרסה זו של תקן CCS אומצה באופן נרחב גם בשווקים באירופה ובצפון אמריקה. מאז, תקן ה-CCS הוחזר פעמיים (CCS Combo 2.0.1 ו-CCS Combo 2.0.2) בשנים 2017 ו-2020, תוך שיפור נוסף בעוצמת הטעינה ושיפור הבטיחות.
מסיבות היסטוריות, CCS כולל שני עיצובי תקע פיזיים. הצד השמאלי של התמונה לעיל הוא תקע CCS Type 2 (בקיצור CCS2), המשמש בעיקר בשוק האירופי. הצד הימני הוא CCS Type 1 (בקיצור CCS1), המשמש בעיקר בשוק הצפון אמריקאי, כולל ארה"ב וקנדה. האות הראשונה C ב-CCS מייצגת Combined. זה נקרא "משולב" מכיוון שיציאת הטעינה משלבת את החלק AC (החלק העליון) ואת החלק DC (החלק התחתון). רק החלק העליון של הממשק משמש במהלך טעינת AC, וממשק DC התחתון משמש להעברת אנרגיה במהלך טעינת DC, וכמה פינים של התקע העליון משמשים לתקשורת. ראוי להזכיר שבניגוד לתקשורת CAN המשמשת בתקן הלאומי טעינת DC, התקשורת בין הרכב החשמלי (EV) לערימת הטעינה (EVSE) בטעינת CCS AC ו-DC מושגת באמצעות ממשק Control Pilot (CP) . הפינים הקשורים לבקרת טעינה הם:
CP - טייס בקרה:
משדר אותות PWM עבור אותות בקרת טעינת AC ואפנון המבוססים על תקשורת קווי מתח (PLC) ליצירת תקשורת ברמה גבוהה בטעינת AC או DC.
PP - טייס קרבה:
ישנו נגד מוגדר מראש בין פין זה לבין PE, המאפשר ל-EV לזהות שראש אקדח הטעינה מחובר ואת יכולת נשיאת הזרם המקסימלית של הכבל.
PE - כדור הארץ מגן:
הוא משמש להגנת הארקת EV ומשמש גם כקרקע ייחוס עבור CP ו-PP.
תקנים בינלאומיים הקשורים ל-CCS:
התקנים הקשורים לטעינה גדולים ומורכבים. בשל מגבלות המקום, מאמר זה יסביר בקצרה כמה תקנים הקשורים קשר הדוק לטעינת CCS AC ו-DC.
חברת החשמל 61851-1
סדרת התקנים IEC 61851 היא תקן מערכות הטעינה הבינלאומי המוקדם ביותר שפותח על ידי ארגון חברת החשמל, וניתן לכנותו אבן היסוד של תקני הטעינה. יש לו משמעות התייחסות חשובה לגיבוש תקני מערכות טעינה במדינות אחרות או לגיבוש תקני טעינה עוקבים כגון DIN70121 או ISO15118.
IEC61851-1 קובעת את הדרישות הכלליות של מערכת הטעינה, במיוחד את המפרט של טעינת AC. כולל תקן טעינת AC במדינה שלי GB/T18487.1-2015, הוא גם מתבסס על אותה שיטת הנחיית בקרה.
במילים פשוטות, הנחיית בקרת טעינת AC היא להשיג את השינוי במתח נקודת הזיהוי בקו ה-CP על ידי חיבור ראש אקדח הטעינה ושליטה בפתיחה וסגירה של מתג S2 בקצה הרכב, כדי לממש את הזיהוי והמיתוג של מצב הטעינה בין הרכב לערימה. בנוסף, ערימת הטעינה מודיעה לרכב על הזרם המרבי שניתן לספק על ידי הפקת אותות PWM עם מחזורי עבודה שונים.
מכיוון שאסטרטגיית הטעינה בפועל במהלך טעינת AC מיושמת על ידי המטען המשולב OBC. לכן, הדרישות לאינטראקציית מידע בין הרכב והערימה יכולות להתקיים רק על ידי שינוי מתח נקודת הזיהוי ומחזור העבודה. בכל הנוגע לטעינת DC, עקב העלייה הברורה בדרישה לאינטראקציה מידע בין הרכב לערימה, אותות אנלוגיים פשוטים כבר לא יכולים לענות על הצרכים. לכן, IEC 61851-1 מגדירה במצב 4 שתקשורת ברמה גבוהה (HLC) מושגת דרך קו ה-CP כדי לשדר את פרוטוקול הטעינה של DC המוגדר ב-IEC 61851-23.
התקשורת הדיגיטלית ברמה גבוהה של CCS מאמצת תקשורת קו מתח (PLC) המבוססת על HomePlug GreenPHY כפרוטוקול שכבת קישור הנתונים. במילים פשוטות, אות התדר הגבוה המאופנן OFDM מחובר לקו האות CP דרך מודם המותקן במעגל האות CP של ערימת הטעינה או הרכב, ומפורק על ידי המודם בקצה השני. זה מאפשר קצב תקשורת של עד 10 Mbit/s ללא הוספת פיני תקשורת נוספים, ומספק ערוץ אינטראקציית מידע ברוחב פס גבוה לאינטראקציית מידע טעינת DC ופונקציות מתקדמות כגון טעינת הכנס-הפעל ואפילו אינטראקציה בין רכב לרשת.
BPT (V2G) יהיה מוקד הפיתוח העתידי של שוק הטעינה באירופה ובארצות הברית. בשל המאפיינים של מבנה האנרגיה באירופה ובארצות הברית, אנרגיה מבוזרת (DER) הפכה לכיוון פיתוח מקובל ומוכר. כאמצעי אחסון אנרגיה באיכות גבוהה באופן טבעי, סוללות EV חייבות להשתתף ברגולציה של רשתות חכמות. שחרור התקנים החדשים הקיימים רק הסירה מבחינה טכנית את המכשולים מהמכונית לערימת הטעינה, אבל מהערימה לפלטפורמת ההפעלה ועד למפיץ החשמל, עדיין קיימות בעיות רבות של תקנים לא עקביים.
בנוסף, בשל מאפייני התקשורת של CCS, המבוססים על הטכנולוגיה הקיימת, לא רק שניתן לממש שידור כוח דו-כיווני של DC, אלא גם AC V2G ניתן לממש. לכן, בדיקות עקביות הקשורות לחיבור לרשת AC עשויות להפוך גם למוקד של אנשי מו"פ עתידיים לרכבי אנרגיה חדשים.