Seminário sobre tecnologia de carregamento para a eletromobilidade

Princípios da tecnologia de carregamento para eletromobilidade Conhecimentos básicos sobre o carregamento de veículos elétricos

A mobilidade do futuro obedece a diversas condições básicas específicas do país. Nós transmitimos para você os conhecimentos básicos – de forma clara e compreensível:

  • Resumo padrões de carga, conectores de carga e modos de carga
  • Vídeos mostram como funciona uma estação de carga
  • Glossário com explicações simples de termos técnicos

Que padrões de carregamento e tipos de conectores existem? Resumo dos padrões comuns e das respectivas frentes de encaixe

A partir da América do Norte, da Europa e da China – a nível internacional se estabeleceram três padrões de carga com suas geometrias de conector específicas para conectores de carga do veículo e tomadas de carga. Além disso, o conector para o carregamento AC (modo 3, casos B e C) tem uma configuração diferente para o carregamento DC (modo 4). Com nosso abrangente portfólio CHARX cobrimos todos os casos de aplicação:

Padrões de carga comuns e suas frentes de encaixe

O padrão tipo 1 para a América do Norte não prevê um conector de carga do lado da infraestrutura. Neste caso, na Europa é utilizado um cabo adaptador, composto do lado do veículo por um conector de carga tipo 1 e do lado da infraestrutura por um conector de carga tipo 2.

Onde se aplica cada padrão de carga? A distribuição atual no mapa do mundo

Mapa de imagem interativo: distribuição dos padrões de carga tipo 1 (azul), tipo 2 (verde) e GB/T (cinza escuro) no mapa do mundo
Tipo 1
Introduzido nos EUA, o padrão tipo 1 se estabeleceu nos países assinalados a azul. Baseia-se nas normas SAE J1772 e IEC 62196. O carregamento AC e DC é realizado através de uma tomada de carga CCS tipo 1 no veículo.
Tipo 1
Tipo 2
Introduzido na Europa, o padrão tipo 2 se estabeleceu nos países assinalados a verde. Baseia-se na norma IEC 62196. O carregamento AC e DC é realizado através de uma tomada de carga CCS tipo 2 no veículo.
Tipo 2
GB/T
O padrão de carga GB/T se aplica exclusivamente na China e se baseia na norma GB/T 20234. Para o mercado chinês ainda não se estabeleceu um padrão CCS. Por isso, são necessárias tomadas de carga do veículo separadas para o carregamento AC e DC.
GB/T
Não definido
Nos países assinalados a cinza claro ainda não foi oficialmente definido qualquer padrão de carga – ou ainda não temos dados sobre isso.
Não definido
Tipo 1 e tipo 2
Nos países com sombreado azul e verde são atualmente utilizados em paralelo os tipos 1 e 2. É provável que no futuro se estabeleça aqui um dos dois padrões.
Tipo 1 e tipo 2

Carregamento AC e DC: qual é a diferença? E o que é recomendado em cada situação?

Carregamento AC
A corrente alternada (AC, Alternating Current) da rede de alimentação flui inicialmente pela estação de carga e o cabo de carga para o veículo – de forma controlada, mas sem transformação. Somente um transformador AC/DC montado no veículo, o chamado carregador de bordo, transforma depois essa corrente em corrente contínua (DC, Direct Current), permitindo carregar a bateria. Como as estações de carga AC não necessitam de qualquer eletrônica de transformação, elas são assim geralmente mais econômicas que as estações de carga DC e mais atrativas para utilizações privadas. Dependendo da estação de carga, do cabo de carga e do carregador e bordo, podem ser alcançadas potências de carga de até 22 kW. Graças a estas potências comparativamente mais reduzidas, o carregamento com corrente alternada protege mais a bateria e, por isso, é sempre recomendado se o veículo ficar durante mais de 30 minutos estacionado a carregar, p. ex., durante a noite no abrigo para carros, na garagem ou no hotel, bem como durante o dia em restaurantes e supermercados.

Carregamento DC
Neste caso, os contatos de potência e as bitolas de condutor do conector de carga são maiores do que os utilizados no carregamento AC. Podem ser transmitidas potências de carga claramente superiores de até 500 kW (High Power Charging, HPC), reduzindo de forma significativa o tempo de carga. Por isso, se fala de carregamento rápido ou ultrarrápido. Ao contrário do carregamento AC, a transformação AC/DC ocorre logo na estação de carga, onde está montada uma eletrônica de potência correspondente. Entre outros, é por isso que o carregamento DC é mais complexo e caro, sendo principalmente utilizado para fins comerciais. É recomendado para percursos longos com pausas curtas, para voltar a aumentar o alcance em poucos minutos como, p. ex., em estações de serviço de autopistas.

Quais os modos de carga estão disponíveis para o carregamento AC e DC? O processo de carregamento pode ser realizado de maneiras distintas

Modo de carga 1
Modo de carga 2
 Modo de carga 3, caso A
Modo de carga 3, caso B
 Modo de carga 3, caso C
Modo de carga 4
Modo de carga 1

O veículo é carregado em uma tomada doméstica com corrente alternada. Em uma rede monofásica podem ocorrer tensões até 250 V, em uma rede trifásica até 480 V. A corrente de carga máxima é de 16 A. Não ocorre nenhuma comunicação entre o veículo e o ponto de carregamento. Um pré-requisito obrigatório é proteção através de um disjuntor de corrente de fuga (FI). Como isto nem sempre é garantido em instalações mais antigas, a Phoenix Contact desaconselha este modo de carga.

Modo de carga 2

Como o modo 1, mas aqui a corrente de carga máxima é de 32 A e o cabo de carga está equipado com um dispositivo chamado In-Cable-Control-and-Protection-Device (IC-CPD). Este dispositivo inclui um dispositivo de proteção de corrente de fuga (FI), comunica com o veículo e controla assim o processo de carregamento.

 Modo de carga 3, caso A

No modo 3, o veículo é carregado com corrente alternada em uma estação de carga doméstica ou pública, onde já está integrado o disjuntor de corrente de fuga (FI) necessário. A estação de carga assume a comunicação com o veículo. O veículo pode ser carregado de forma monofásica com até 250 V ou trifásica com até 480 V e uma corrente de carga máxima de até 63 A. O modo 3 é dividido em três casos:

No caso A é utilizado um cabo de carga conectado de forma fixa no veículo. Desse modo, possui um dispositivo de encaixe em somente uma extremidade: o conector de carga da infraestrutura, que é encaixado na tomada de carga da estação de carga. Embora seja descrito na norma, o caso A quase não é utilizado na prática atual.

Modo de carga 3, caso B

No caso B, é necessário um chamado cabo de carga AC móvel, que é transportado, p. ex., no porta-malas. Este tem um dispositivo de encaixe nas duas extremidades: uma das extremidades, o conector de carga do veículo, é introduzida na tomada de carga do veículo. A outra extremidade, o conector de carga da infraestrutura, é encaixada na tomada de carga da estação de carga. O caso B é principalmente utilizado em estações de carga pública.

 Modo de carga 3, caso C

O caso C é inverso ao caso A, dado que aqui o cabo de carga é firmemente conectado à estação de carga. Na outra extremidade possui um dispositivo de encaixe: o conector de carga do veículo que é encaixado na tomada de carga do veículo. O caso C é muito frequentemente utilizado no setor privado.

Modo de carga 4

Este modo descreve o único modo de carga DC nas estações de carga rápida. Devido às altas correntes de carga de até 500 A se aplicam requisitos de segurança mais elevados. Por isso, aqui o cabo de carga é firmemente conectado à estação de carga. Uma conexão plugável só é prevista do lado do veículo – em forma do conector de carga do veículo que é inserido na tomada de carga do veículo. Assim, não ocorre uma subdivisão do modo 4 em três casos (como no modo 3). Adicionalmente, no conector de carga é necessário um monitoramento da temperatura dos contatos de potência e na estação de carga funções de proteção adicionais, como, p. ex., um monitoramento de isolamento.

O que é o Combined Charging System, abreviado CCS? Uma interface de carga universal para o carregamento AC e DC

Em conjunto com os principais fabricantes de automóveis desenvolvemos o Combined Charging System (CCS). A particularidade é a tomada de carga CCS no veículo, compatível tanto com conectores de carga AC como DC. Assim, o veículo elétrico apenas precisa de uma interface de carga para o carregamento AC e DC.

Na configuração de suas frentes de encaixe, os padrões de carga tipo 1 e 2 seguem o princípio CCS. Já em 2013 a Comissão Europeia definiu o CCS tipo 2 como padrão de carga oficial para toda a Europa. Entretanto, nosso objetivo de estabelecer o CCS como um padrão global de carregamento rápido se concretizou em muitas partes do mundo. E há cada vez mais países onde se impõe o CCS.

Modo de funcionamento do Combined Charging System (CCS)

Quais são as vantagens do CCS na prática?

  • Carregamento AC e DC flexível através de somente uma tomada de carga do veículo
  • Os fabricantes de automóveis economizam componentes, espaço e custos
  • Máxima segurança graças a travamento do atuador e monitoramento da temperatura
  • Grande aceitação e difusão em muitas partes do mundo
Travamento do atuador na tomada de carga CCS

Intertravamento do conector de carga Para a máxima segurança no processo de carregamento

Todas as tomadas de carga CCS estão equipadas com um atuador de travamento eletromagnético de acordo com as normas. Ele trava o conector de carga durante o processo de carregamento lateralmente ou diretamente no gancho de encaixe na frente de encaixe.

O pino do atuador foi concebido para resistir a altas forças de extração. Assim é prevenido de forma segura ser possível puxar o conector de carga durante o processo de carregamento.

Sensores de temperatura Pt 1000 nos contatos de potência

Monitoramento de temperatura preciso Proteção segura contra sobreaquecimentos

De um processo de carregamento seguro também faz parte o monitoramento da temperatura no sistema de carga CCS. Conforme a IEC 62196, o aquecimento não pode ser superior a 105 °C. Por isso, sensores de resistência dependentes da temperatura, p. ex., Pt 1000 asseguram uma medição de temperatura precisa nos contatos de potência DC.

Os valores de temperatura são comunicados ao controlador de carregamento através de saídas de sinal correspondentes. Se ocorrer um sobreaquecimento, p. ex., devido a temperaturas exteriores muito altas ou a sobrecarga, o controlador de carregamento pode cancelar o processo de carregamento ou reduzir a potência de carga.

Como funciona uma estação de carga? Como funciona o processo de carregamento? O que deve ser observado durante a engenharia?

As estações de carga e estações de carga doméstica atuais têm de cumprir alguns elevados requisitos em termos de disponibilidade, segurança e conforto. Não é incomum terem uma estrutura complexa composta por inúmeros componentes. Nossos vídeos explicam de forma simples a estrutura e interação dos vários componentes e mostram como é possível cumprir todos os requisitos de uma infraestrutura de carregamento moderna e interligada.

Como é que a corrente de carga chega até o veículo elétrico?
Como é que a corrente de carga chega até o veículo elétrico? MovingImage

Como é que a corrente de carga chega até o veículo elétrico? A unidade funcional Carregar

  • Eletrônica de potência
  • Contator de potência
  • Fusível
  • Unidade de refrigeração
  • Cabo de carga
  • Tomada de carga da infraestrutura
  • Tomada de carga do veículo
Como é controlado e monitorado processo de carregamento?
Como é controlado e monitorado processo de carregamento? MovingImage

Como é controlado processo de carregamento? A unidade funcional Controlar e monitorar

  • Controlador de carregamento
  • Medição de energia
  • Medição de corrente de fuga
  • Monitoramento de isolamento
  • Medição de temperatura
Como comunicam as estações de carga com os usuários, etc.?
Como comunicam as estações de carga com os usuários, etc.? MovingImage

Como comunicam as estações de carga? A unidade funcional Interligação e comunicação

  • Autorização de usuários através de RFID
  • Indicação de estado LED
  • Operação tátil
  • Conexão sem fio via telefonia móvel
  • Ligação cabeada através de Ethernet
  • Proteção contra sobretensão para Ethernet
Como são evitadas falhas dispendiosas nas estações de carga?
Como são evitadas falhas dispendiosas nas estações de carga? MovingImage

Como são evitadas falhas dispendiosas? A unidade funcional Alimentar e proteger

  • Fonte de alimentação
  • Proteção contra sobretensão
  • Proteção de dispositivos
  • Medição de carga
  • Monitoramento de energia
Como são cabeadas e instaladas as estações de carga?
Como são cabeadas e instaladas as estações de carga? MovingImage

Como são efetuados o cabeamento e a instalação? A unidade funcional Conectar

  • Entrada de cabo
  • Conexão de potência para a alimentação
  • Jumpeamento e distribuição de potencial
  • Conexão de dados
  • Tomada e conexão USB para a manutenção

Glossário Explicação simples de termos técnicos e abreviaturas

Cada área de negócio desenvolve uma linguagem e terminologia próprias, quanto mais não sejam os nomes dados às novas tecnologias. Aqui você encontra explicações sobre termos e abreviaturas habitualmente utilizados na área da eletromobilidade:

Veículos

  • EV: Electric Vehicle: termo genérico utilizado para todos os veículos com motorização elétrica parcial ou total.
  • BEV: Battery Electric Vehicle: veículo com motorização totalmente elétrica cuja força motriz é armazenada de forma química em baterias.
  • HEV: Hybrid Electric Vehicle: veículo que dispõe de um motor de combustão interna e também de acionamento elétrico através de bateria.
  • PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle: semelhante ao HEV, mas a bateria também pode ser carregada externamente através de um conector de carga do veículo (Plug-in).

Conectores e tomadas de carga

  • Inlet: tomada de carga no veículo elétrico, em que é encaixado o conector de carga do veículo. Também designada tomada de carga do veículo.
  • Connector: conector de carga que é encaixado na tomada de carga do veículo elétrico. Também designado conector de carga do veículo.
  • Plug: conector de carga que é encaixado na tomada de carga da estação de carga. Também designado conector de carga da infraestrutura.
  • Socket Outlet: tomada de carga na estação de carga onde é conectado um veículo através de um cabo de carga AC móvel e carregado conforme o modo de carga 3, caso B. Também designada tomada de carga da infraestrutura.

Tipos e padrões de carga

  • Carregamento AC: carregamento com corrente alternada monofásica ou trifásica (modo de carga 1, 2 ou 3).
  • Carregamento DC: carregamento com corrente contínua (modo de carga 4).
  • CCS: Combined Charging System: sistema de carregamento para tipo 1 e 2, no qual é possível o carregamento AC e também o carregamento DC com apenas uma tomada de carga do veículo.
  • Combinado: designação obsoleta do CCS.
  • Tipo 1: geometria do conector de carga para a América do Norte e noutras regiões, conforme como descrita nas normas SAE J1772 e IEC 62196-3.
  • Tipo 2: geometria do conector de carga para a Europa, conforme como descrita na norma IEC 62196-3.
  • GB/T: normas nacionais chinesas. A norma GB/T 20234 descreve a geometria do conector de carga para a China.
  • HPC: High Power Charging ou carregamento ultrarrápido: carregamento DC com potências a partir de 150 kW. Atualmente, a refrigeração líquida permite com CCS tipo 1 e CCS tipo 2 até 500 kW.
  • MCS: Megawatt Charging System: padrão de carga, padrão de carga em desenvolvimento para o carregamento DC de veículos utilitários com potências de 1 a 4,5 MW.
  • V2G: Vehicle-to-Grid, forma de carregamento bidirecional: o veículo não só pode ser carregado na rede de alimentação como, se necessário, também pode alimentar energia para a rede.
  • V2H: Vehicle-to-Home: semelhante a V2G, mas em que o veículo é utilizado como bateria doméstica. A energia transmitida não é devolvida à rede, sendo utilizada para maximizar a autossuficiência da habitação.

Infraestrutura de carregamento

  • Ponto de carregamento: possibilidade de conexão e carregamento de um veículo. Uma estação de carga possui um ou vários pontos de carregamento.
  • Sistema de carregamento: interação de todos os componentes técnicos no interior de uma estação de carga (eletromecânicos, eletrônicos, software) necessários para o carregamento de um veículo.
  • Wallbox: sistema de carregamento para montagem na parede com design e caixas específicos do fabricante. Também designada estação de carga doméstica. Habitualmente utilizada para o carregamento AC privado em casa com até 11 ou 22 kW, por exemplo na garagem ou no abrigo para carros. Também está sendo cada vez mais utilizada para o carregamento DC privado em conjunto com uma instalação fotovoltaica.
  • Estação de carga: sistema de carregamento autônomo com design e caixa específicos do fabricante. Habitualmente utilizado para o carregamento AC e/ou DC público ou semipúblico, incl. sistema de faturamento, por exemplo, em edifícios-garagem, hotéis ou supermercados.
  • EVSE: Electric Vehicle Supply Equipment: ver estação de carga doméstica e estação de carga.
  • Estação de recarga: conjunto de várias estações de carga públicas ou semipúblicas, por exemplo, em estações de serviço de autopistas, áreas de estacionamento ou edifícios-garagem.
  • CPO: Charging Point Operator: a empresa ou pessoa jurídica que opera os pontos de carregamento ou as estações de recarga e fatura a energia carregada aos usuários de automóveis.

Comunicação e controlador

  • CP: Control Pilot: contato de sinal ou cabo de sinal no cabo de carga tipo 1, tipo 2 e GB/T. É utilizado para a transmissão de informações de controle entre a estação de carga e o veículo.
  • PP: Proximity Pilot: contato de sinal ou cabo de sinal no cabo de carga tipo 2. Tem a função de comunicar ao veículo que está ocorrendo um carregamento com uma determinada corrente de carga, sendo ativado o imobilizador.
  • CC: Connection Confirmation: contato de sinal ou cabo de sinal no cabo de carga GB/T. Tem a função de comunicar ao veículo que está ocorrendo um carregamento com uma determinada corrente de carga, sendo ativado o imobilizador.
  • CS: Connection Switch: contato de sinal ou cabo de sinal no cabo de carga tipo 1. Informa a estação de carga sobre o acionamento da alavanca de travamento no conector de carga, de modo a interromper a corrente de carga.
  • IC-CPD: In-Cable-Control-and-Protection-Device: um dispositivo de proteção e controle integrado no cabo de carga. Permite o carregamento AC monofásico conforme o modo de carga 2 em tomadas domésticas com potências de até 3,6 kW.
  • Back-end: permite que o CPO opere seus pontos de carregamento do lado do software. Inclui o gerenciamento de usuários, o processamento de pagamentos (na maioria das vezes através de prestador de serviços terceiro ou de roaming), assim como o monitoramento técnico dos pontos de carregamento através de uma nuvem.
  • OCPP: Open Charge Point Protocol: se destina à comunicação entre a estação de carga e o back-end.