利用模組化設計打造電動車快速充電站

汽油燃料車的駕駛對於進入加油站和停車場時發現電動車 (EV) 充電站的情況越來越習慣，充電站似乎猶如雨後春筍般在各地廣設。然而，對於長途旅程的 EV 駕駛或最近忘記加滿電的短程駕駛來說，可用的充電站似乎很少且距離遙遠。由此可證，為了滿足 EV 便利充電的需求，商業和工業產品的需求有所增加。

建設充電基礎設施對於政府用電動車取代化石燃料汽車的目標來說至關重要。大約在 2021 年底，美國拜登政府宣佈一項策略，要在 2030 年前在全國架設 50 萬個公共 EV 充電器，美國能源部的報告更指出，屆時的需求高達 120 萬個。英國、中國和歐盟也都在補貼和鼓勵對公共充電基礎設施進行投資。

政府的獎勵措施和排放限制預計將帶動電動車的銷量，從 2020 年的 200 萬輛增加到 2040 年的 7300 萬輛，佔全球汽車銷量的 61%，在日本、美國和歐盟甚至會更高。麥肯錫估計，美國公共充電器的硬體、規劃與安裝 (排除電網與場地電氣升級) 到 2030 年將花費 350 億美元，在工作場所和車隊倉庫的成本還要另外花費 160 億美元。

商用充電方案設計

道路上的 EV 數量與日俱增，充電解決方案的潛在市場相當龐大，因為美國政府估計 2024 年初公共充電座的安裝數量不到 20 萬座。

隨著消費者對電動車的信心不斷提升，加上高功率充電 (HPS) 技術的採用，充電需求也預計增加。HPS 技術每分鐘充電可提供約 19 英里的行駛里程。相較之下，組合充電系統 (CCS) 標準採用 200 kW 充電電流，每分鐘充電只提供 2.5 英里。

商業和工業充電解決方案有許多設計上的考量因素，其中最重要的就是要適應不斷演變的 EV 充電標準。產品設計人員必須以關鍵特色為基礎，打造成功的解決方案，包括：

• 為多種電動車輛 (包括汽車、公車和卡車) 提供快速高效的充電
• 講究能源效率，以確保使用最大功率進行充電並將熱損失降至最低
• 即使在電壓波動的情況下，也能達到一致的充電體驗
• 使用壽命長且容易維護
• 可擴充至高達兆瓦等級，以配合大型充電站的運作以及預期的電動車成長數量
• 安全可靠的運作，搭配突波保護、斷路器和過熱保護

為電動車提供快速、方便和可靠的電力，產品設計必須針對公共和商業／工業應用提供高效率和靈活性。

模組化電源供應器可加快電動車充電速度

Phoenix Contact 提供模組化的 CHARX 電源模組，專為快速高效的電動車充電而設計。也適用於車隊和重型設備的非公路充電、AC 微電網、高壓 DC 電網、儲能和氫電解應用。

該公司於 1923 年在德國成立，是電氣工程、電子和自動化領域元件、系統和解決方案的全球市場領導者。認同全電氣化社會的願景，即各行各業的電氣化、網路化和自動化程度不斷提高，同時對可靠電源解決方案的依賴程度也越來越高。為此，該公司專注於利用最新技術，提供快速、安全且符合標準的充電點和充電介面。

CHARX 電源模組 (圖 1) 就是打造充電解決方案全方位產品組合的其中一部分，可提供 AC/DC 和 DC/DC 款式，無需 DIN 軌道就可直接安裝在標準 19 英寸機櫃中，是電動車充電站常用的規格。CHARX 的模組化隨插即用設計，以推入式和 T-LOX 快接技術簡化並加快安裝和維護流程。模組尺寸為寬 483 mm、高 134 mm 和深 550 mm。

圖 1：CHARX 模組化電源機櫃提供 AC/DC 和 DC/DC 款式。(圖片來源：Phoenix Contact)

每個電源模組皆經過最佳化，可用高電壓和電流進行 DC 充電，可提供高達 360 kW 的充電功率。在 50% 負載下可提供 95% 的電源效率，在待機模式下僅有不到 14 W 的低功耗，可確保非運作期間的成本效益。

充電功率可透過模組和系統機櫃的靈活連接進行擴充。透過適當的散熱技術，CHARX 模組可達到最高 500 kW 的 HPC 充電功率，非常適合高達兆瓦等級的充電站。

三相 1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW AC/DC電源模組的輸入範圍為 340 V_AC 至 530 V_AC。1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW DC/DC 電源模組的輸入範圍為 300 V_DC 至 825 V_DC，可用於多種 DC 電壓設置。兩種電源模組的輸出範圍皆介於 30 V_DC 至 1,000 V_DC。

DC/DC 模組可提供連續最大功率點追蹤 (MMPT)，可調整太陽能陣列的輸入電壓和電流，將輸出功率最佳化。這有助於讓裝置在不同程度的太陽輻射、溫度以及 PV 面板類型下，達到最高效率的輸出。

多機櫃用的單一控制器

利用控制器區域網路 (CAN) 匯流排的訊息式通訊協定，就可讓多個電源模組和機櫃有效運作，無需主機就可達到裝置間通訊。CAN 架構的電網充電協定 (GCP) 可讓一個或多個電源模組與充電控制器之間進行通訊，並且支援點對點、多點傳播和廣播通訊作法。

1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 可編程充電控制器模組 (圖 2) 可搭配 DC 充電站的 AC/DC 或 DC/DC 電源模組使用。這屬於充電系統的核心元件，可提供網路通訊、使用者身份驗證、負載管理和安全功能。其 CAN 匯流排介面可管理快速充電應用的配電和通訊。

圖 2：EV-PLCC-AC1-DC1 可編程充電控制器，可搭配 CHARX AC/DC 和 DC/DC 電源模組使用。(資料來源：Phoenix Contact)

此控制器符合 IEC 61851-1、IEC 61851-23、DIN SPEC 70121 和 CHAdeMO 標準，具有多功能性，可因應不同的充電要求。含有雙重乙太網路介面和整合式無線數據機，包括 4G 選項。

將單一控制器用於多個機櫃就可簡化維護作業，並降低安裝和營運成本。CHARX 控制器最多可連接 48 個電源模組。可支援 OCPP 1.6J (Core-Profile) 與充電站管理系統進型通訊，也支援 Modbus/TCP 或 MQTT 通訊協定，以便整合外部系統和平台。

此控制器可支援 16 個數位輸入，並利用 COMBICON 連接器，達到靈活組裝和與電源模組的安全連接。利用整合式的充電電池在電力中斷期間達到持續運作。

結論

Phoenix Contact 的 CHARX 電源模組和控制器可針對大功率充電站的設計提供多功能且可靠的選項。憑藉靈活性和可擴充性，CHARX 產品組合能讓解決方案針對不同的充電應用，提供高效且符合成本效益的多機櫃和電源模組管理，還可與不同的通訊協定和外部系統順利整合。