S rýchlou popularizáciou elektrických vozidiel (EV) v posledných rokoch priťahujú nabíjačky jednosmerným prúdom (rýchlonabíjacie piloty) ako kritická infraštruktúra pre rýchle dopĺňanie energie širokú pozornosť pre ich technické zloženie a princípy fungovania. Medzi ich hlavné zložky patrí Merače jednosmernej energie slúžia ako nevyhnutné meracie zariadenie, ktoré hrá kľúčovú úlohu v procese nabíjania. Aby sme pochopili, prečo musia byť nabíjacie hromady jednosmerného prúdu vybavené špeciálnymi meračmi jednosmernej energie namiesto konvenčných meračov striedavého prúdu, je potrebná hĺbková analýza z viacerých hľadísk, vrátane princípov nabíjania, presnosti merania a komerčnej prevádzky.

1. Princípy nabíjania konverzie AC-DC Určite bod merania

Základnou funkciou nabíjacej hromady jednosmerného prúdu je premena a prenos elektrickej energie v rôznych formách. Energia dodávaná sieťou nabíjacej hromade je striedavý prúd (AC), zatiaľ čo napájacia batéria EV prijíma a uchováva jednosmerný prúd (DC). Preto musí vnútorná štruktúra nabíjacej hromady najprv využívať jednotky na konverziu AC/DC, ako sú usmerňovače a výkonové moduly, na konverziu vstupného striedavého prúdu na jednosmerný, ktorý zodpovedá napäťovým a prúdovým charakteristikám batérie. Až po tomto procese konverzie je elektrická energia dodávaná do nabíjacieho rozhrania EV. Použitie merača striedavého prúdu na meranie po tejto premene by bolo rovnako chybné ako použitie merača surovej vody na meranie objemu vyčistenej pitnej vody po filtrácii.

Elektromery jednosmerného prúdu sú zapojené do série vo výstupnom obvode jednosmerného prúdu za usmerňovačom a priamo merajú premenenú jednosmernú energiu, ktorá sa má nabíjať do batérie. Tento princíp „merania tam, kde sa spotrebúva energia“ zabezpečuje súlad medzi meraným objektom a skutočne spotrebovanou energiou, čím sa kladie fyzický základ pre spravodlivé meranie.

2. Nevyhnutná požiadavka na zabezpečenie spravodlivého obchodu a vysokej presnosti

Keďže ide o komerčné prevádzkové zariadenia, presnosť údajov merania energie z nabíjacích hromad má priamy vplyv na ekonomické záujmy prevádzkovateľov aj spotrebiteľov. Nabíjanie jednosmerným prúdom sa zvyčajne vyznačuje vysokým výkonom, krátkym časom nabíjania a vysokými nákladmi na jedno nabitie, čo kladie mimoriadne prísne požiadavky na presnosť merania.

Merače jednosmernej energie sú špeciálne navrhnuté a kalibrované na meranie DC parametrov. Môžu priamo merať jednosmerné napätie a prúd bez dodatočnej konverzie, čím počítajú výkon a kumulatívnu spotrebu energie a minimalizujú chyby merania spôsobené medzičlánkami.

Okrem toho je proces nabíjania EV dynamicky regulovaný systémom správy batérií (BMS), čo má za následok veľké kolísanie napätia a prúdu (napr. prúd sa môže pohybovať od niekoľkých ampérov až po stovky ampérov). Profesionálne merače jednosmerného prúdu sú navrhnuté tak, aby vyhovovali tejto charakteristike, pričom sa spoliehajú na vysokolineárne prúdové snímače (ako sú Hallove snímače s uzavretou slučkou alebo presné bočníky) a vysokorýchlostné, vysoko presné ADC (analógovo-digitálne prevodníky). Výborne presnosť merania v širokom dynamickom rozsahu. Udržiavanie presnosti počas celého procesu nabíjania – od udržiavacieho nabíjania až po nabíjanie pri špičkovom výkone – je hlavnou technickou zárukou pre budovanie dôvery spotrebiteľov a predchádzanie sporom pri urovnaní. Toto je tiež univerzálna požiadavka špecifikovaná v globálnych metrologických predpisoch s jasnými normami načrtnutými v medzinárodných normách, ako je IEC 62053-41 pre statické Merače jednosmernej energie .

3. Data Foundation for System Monitoring and Intelligent Management

Prevádzkové riadenie moderných nabíjacích batérií jednosmerným prúdom sa vyvinulo nad rámec základných funkcií nabíjania a posunulo sa smerom k inteligencii a vytváraniu sietí. V tomto procese poskytujú elektromery jednosmerného prúdu oveľa viac než len odčítanie konečnej spotreby energie. Ako presné meracie jednotky môžu v reálnom čase monitorovať kľúčové elektrické parametre na strane jednosmerného prúdu vrátane výstupného napätia, výstupného prúdu, okamžitého výkonu a kvality napájania (napríklad zvlnenie).

Tieto údaje v reálnom čase tvoria „senzorický systém“ pre inteligentné riadenie nabíjacích hromád. Platforma pre riadenie prevádzky môže tieto údaje využiť na posúdenie stability procesu nabíjania, vykonanie potrebnej diagnostiky porúch a včasného varovania (napr. spúšťanie ochranných odstávok v prípade zisteného prepätia alebo nadprúdu). Ešte dôležitejšie je, že tieto údaje slúžia ako kritický základ pre realizáciu dynamickej distribúcie energie medzi viacerými nabíjacími pištoľami v stanici, optimalizáciu nabíjacích kriviek na predĺženie životnosti batérie, vykonávanie prepracovanej analýzy energetickej účinnosti a prípravu na meranie v budúcich obojsmerných systémoch toku energie Vehicle-to-Grid (V2G). Bez presných údajov na strane jednosmerného prúdu, ktoré poskytujú elektromery na jednosmerný prúd, by nabíjacie hromady fungovali iba ako ovládače „čiernej skrinky“, čo by viedlo k významným kompromisom v ich bezpečnosti, ekonomickej efektívnosti a úrovni inteligencie.

Záver

Nevyhnutnosť použitia Merače jednosmernej energie v jednosmerných nabíjacích hromadách je spoločne určený ich základným pracovným princípom AC-to-DC, prísnymi požiadavkami na vyrovnanie spravodlivého obchodu a hĺbkovými potrebami inteligentného riadenia prevádzky. Elektromery na jednosmerný prúd fungujú nielen ako „štandardná stupnica“ pre spravodlivé nabíjanie, ale aj ako „monitor“ na zaistenie bezpečnej a stabilnej prevádzky systému, a čo je ešte dôležitejšie, ako „základný kameň údajov“ podporujúci budúci ekosystém inteligentného nabíjania. S pokrokom technológie rýchleho nabíjania smerom k ultra rýchlemu nabíjaniu (>350 kW) a dokonca nabíjaniu na úrovni megawattov sa presné meranie a vysoká spoľahlivosť meračov jednosmernej energie pri vyšších úrovniach výkonu a zložitejších prevádzkových podmienkach stanú čoraz dôležitejšími a nenahraditeľnejšími.