A rendszer architektúrájának alapját egy moduláris felépítésű teljesítményelektronikai egység képezi, amely több, egyenként 30 kW névleges teljesítményű AC–DC konverziós modulból épül fel. A topológia lehetővé teszi a skálázhatóságot és a redundáns működést, miközben a CCS2 interfészen keresztül biztosítja a nagy teljesítményű elektromos járművek töltését. A konverziós lánc nagy hatásfokú kapcsolóüzemű inverterekre épül, amelyek 90 százalék feletti hatásfok mellett működnek, azonban még így is jelentős disszipációs teljesítményt generálnak.
A rendszer egyik kritikus tervezési kihívása az erősáramú és gyengeáramú alrendszerek koegzisztenciája volt. A több száz amperes DC áramkörök, valamint a nagyfrekvenciás kapcsolóüzemű tápegységek intenzív elektromágneses interferenciát (EMI) generálnak, ami közvetlen hatással van az adatkommunikációs és jelfeldolgozó rendszerek működésére. A hagyományos soros kommunikációs protokollok alkalmazása ilyen környezetben nem bizonyult életképesnek, így olyan robusztus, hibajavítást és újraküldési mechanizmusokat implementáló adatátviteli megoldások kerültek alkalmazásra, amelyek képesek zajos elektromágneses környezetben is stabil működést biztosítani.
Az interfészintegráció kihívásai
A rendszerhez integrált két darab 75 colos, 4K-felbontású érintőképernyős kijelző nem csupán felhasználói interfészként funkcionál, hanem egyben nagy sávszélességű adatátviteli és jelfeldolgozási követelményeket is támaszt. Az LVDS-alapú pixeladat-továbbítás esetében közel 500 Mbps adatsebességű jelátvitel valósul meg alacsony jelszinteken, amely különösen érzékeny az elektromágneses zavarokra. Ennek kezelésére komplex árnyékolási és földelési stratégiák, valamint optimalizált kábelvezetési struktúrák kerültek kialakításra.
A teljesítményelektronikai és kijelzőalrendszerek integrációja jelentős hőmenedzsment-problémát eredményezett. A hat darab, egyenként 30 kW-os tápegységből álló rendszer veszteségi teljesítménye megközelíti a 9 kW-ot, amelyhez további, mintegy 4 kW hőterhelés adódik az egyéb elektronikai egységekből. A teljes, ~13 kW nagyságrendű hőtermelés egy kompakt, kültéri kabinetben koncentrálódik, amelynek hatékony hűtése egyedi légtechnikai megoldásokat igényelt. A hagyományos axiális ventilátorok helyett nagy nyomásemelésű, radiális karakterisztikájú ventilátorok és optimalizált légcsatornák kerültek alkalmazásra a megfelelő hőelvezetés biztosítása érdekében.
A kültéri alkalmazás további komplexitást jelentett az IP-védelem, a vandálbiztosság, valamint a szélsőséges környezeti feltételek kezelése szempontjából. A kijelzők esetében a megfelelő napfényben való olvashatóság érdekében 3000 cd/m² fényerejű panelek kerültek alkalmazásra, amelyek azonban jelentős hőterhelést generálnak. Az LCD-technológia hőérzékenysége miatt a rendszer üzemi hőmérsékletének kontrollja kritikus fontosságú, különösen figyelembe véve, hogy 50 °C felett a kijelzők működési paraméterei jelentősen romlanak.
A rendszerfejlesztés során további nem triviális jelenségek is megjelentek, mint például a belső kondenzáció és párásodás, ami a külső és belső hőmérséklet-különbségekből adódik. Ennek kezelése célzott hőmérséklet-szabályozási és konvekciós légáramlási megoldások implementálását tette szükségessé, miközben az érintőképernyős interfész működési pontosságát is meg kellett őrizni.
Multidiszciplináris megközelítés szükséges
A fejlesztés piaci relevanciája szoros összefüggésben áll az elektromos járművek számának dinamikus növekedésével és a töltő-infrastruktúra relatív alulfejlettségével. Európai szinten az elektromos járművek és a nyilvános töltőpontok aránya jelenleg nem optimális, ami indokolja a nagy teljesítményű, skálázható töltőrendszerek fejlesztését és telepítését.
A bemutatott rendszer egyik lényegi innovációja a nagy teljesítményű töltéstechnológia és az infokommunikációs infrastruktúra konvergenciája. Az integrált architektúra lehetővé teszi nemcsak az energiaátadás optimalizálását, hanem a felhasználói interakciók, adatgyűjtés és digitális szolgáltatások egyidejű kezelését is.
Összességében megállapítható, hogy a nagy teljesítményű DC-töltőrendszerek fejlesztése ma már nem redukálható klasszikus villamosmérnöki feladatra. A sikeres implementáció multidiszciplináris megközelítést igényel, amely magában foglalja a teljesítményelektronika, az elektromágneses kompatibilitás, a hőmenedzsment, valamint az infokommunikációs rendszerek integrált tervezését. Az ilyen rendszerek jelentik az elektromobilitás infrastruktúrájának következő generációját, ahol a funkcionalitás és a digitális szolgáltatások szoros szinergiában jelennek meg.
A projekt a Széchenyi Terv Plusz program keretében valósult meg. Gazdaságfejlesztési és Innovációs Operatív Program Plusz – 2.1.1 – 21. Vállalati kutatási, fejlesztési és innovációs tevékenységek ösztönzése. Vissza nem térítendő támogatás összege: 119 395 053 millió forint. Forrás: GINOP_PLUSZ-2.1.1-21-2022-00193
Cikkünk eredetileg a GyártásTrend magazin májusi lapszámában jelent meg, amely ezen a linken olvasható.
