Mit der Popularität von Elektrofahrzeugen ist die Ladetechnologie zu einem der Kernelemente geworden, um die Entwicklung des Elektrotransports voranzutreiben. Unter ihnen wird der CCS-Ladestandard (Combined Charging System) als globaler Ladestandard häufig in Schnellladesystemen für Elektrofahrzeuge auf dem europäischen und amerikanischen Markt verwendet. Da chinesische Unternehmen nach und nach auf den europäischen und amerikanischen Markt drängen, hat der CCS-Ladestandard nach und nach die Aufmerksamkeit von mehr Ingenieuren auf sich gezogen.
In diesem Artikel werden die Grundprinzipien, Merkmale und zugehörigen Konsistenzteststandards des CCS-Ladestandards auf leicht verständliche Weise erläutert.
Die Entwicklungsgeschichte und das Schnittstellendesign des CCS-Ladestandards:
Die Geschichte des CCS-Ladestandards lässt sich bis ins Jahr 2011 zurückverfolgen. Damals traten auf den Märkten für Elektrofahrzeuge in Europa, Nordamerika und Asien unterschiedliche Ladestandards auf, was bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen weltweit Probleme hinsichtlich der Interoperabilität und des Ladekomforts mit sich brachte. Um dieses Problem zu lösen, schlug der Verband der europäischen Automobilhersteller (ACEA) den CCS-Ladestandard vor, der darauf abzielt, AC- und DC-Laden in ein einheitliches System zu integrieren. Die physische Schnittstelle des Steckers ist als kombinierte Buchse mit integrierten AC- und DC-Schnittstellen ausgelegt, die mit 3 Lademodi kompatibel ist: einphasiges AC-Laden, dreiphasiges AC-Laden und DC-Laden. Dies kann flexiblere Ladeoptionen für Elektrofahrzeuge bieten. Der CCS Combo 1.0-Standard wurde 2012 offiziell veröffentlicht.
Im Jahr 2014 wurde CCS Combo 2.0 veröffentlicht, ein wichtiges Upgrade der vorherigen Version, das die Ladeleistung weiter verbessert und schnelleres DC-Laden unterstützt. Diese Version des CCS-Standards wurde auch auf dem europäischen und nordamerikanischen Markt weithin übernommen. Seitdem wurde der CCS-Standard 2017 und 2020 zweimal überarbeitet (CCS Combo 2.0.1 und CCS Combo 2.0.2), wodurch die Ladeleistung weiter verbessert und die Sicherheit erhöht wurde.
Aus historischen Gründen umfasst CCS zwei physische Steckerdesigns. Die linke Seite des obigen Bildes ist der CCS-Stecker Typ 2 (kurz CCS2), der hauptsächlich auf dem europäischen Markt verwendet wird. Die rechte Seite ist der CCS-Stecker Typ 1 (kurz CCS1), der hauptsächlich auf dem nordamerikanischen Markt, einschließlich der Vereinigten Staaten und Kanada, verwendet wird. Der erste Buchstabe C in CCS steht für Combined (Kombiniert). Es wird „kombiniert“ genannt, weil der Ladeanschluss den AC-Teil (oberer Teil) und den DC-Teil (unterer Teil) integriert. Beim AC-Laden wird nur der obere Teil der Schnittstelle verwendet, und beim DC-Laden wird die untere DC-Schnittstelle zur Energieübertragung verwendet, und einige Pins des oberen Steckers werden zur Kommunikation verwendet. Es ist erwähnenswert, dass im Gegensatz zur CAN-Kommunikation, die beim nationalen Standard-DC-Laden verwendet wird, die Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug (EV) und der Ladesäule (EVSE) beim CCS-AC- und DC-Laden über die Control Pilot (CP)-Schnittstelle erfolgt. Die mit der Ladesteuerung verbundenen Pins sind:
CP - Kontrollpilot:
Überträgt PWM-Signale zur AC-Ladesteuerung und Modulationssignale basierend auf der Power Line Communication (PLC), um eine High-Level-Kommunikation beim AC- oder DC-Laden herzustellen.
PP - Proximity Pilot:
Zwischen diesem Pin und PE befindet sich ein voreingestellter Widerstand, der es dem Elektrofahrzeug ermöglicht, den Anschluss des Ladepistolenkopfes und die maximale Strombelastbarkeit des Kabels zu erkennen.
PE - Schutzerde:
Es wird zum Erdungsschutz des Elektrofahrzeugs verwendet und dient auch als Referenzerde für CP und PP.
Internationale Standards im Zusammenhang mit CCS:
Die Normen zum Laden sind umfangreich und komplex. Aus Platzgründen werden in diesem Artikel kurz einige Normen erläutert, die eng mit dem CCS-AC- und DC-Laden zusammenhängen.
IEC 61851-1
Die Normenreihe IEC 61851 ist der erste internationale Ladesystemstandard, der von der IEC-Organisation entwickelt wurde, und kann als Eckpfeiler der Ladestandards bezeichnet werden. Sie hat eine wichtige Referenzbedeutung für die Formulierung von Ladesystemstandards in anderen Ländern oder die Formulierung nachfolgender Ladestandards wie DIN70121 oder ISO15118.
IEC61851-1 legt die allgemeinen Anforderungen an das Ladesystem fest, insbesondere die Spezifikationen für das AC-Laden. Einschließlich des AC-Ladestandards GB/T18487.1-2015 meines Landes stützt es sich auch auf dieselbe Kontrollleitlinie.
Vereinfacht ausgedrückt besteht die AC-Ladesteuerung darin, die Änderung der Erkennungspunktspannung auf der CP-Leitung durch Anschließen des Ladepistolenkopfs und Steuern des Öffnens und Schließens des S2-Schalters am Fahrzeugende zu erreichen, um die Erkennung und Umschaltung des Ladezustands zwischen Fahrzeug und Säule zu realisieren. Darüber hinaus informiert die Ladesäule das Fahrzeug über den maximal verfügbaren Strom, indem sie PWM-Signale mit unterschiedlichen Arbeitszyklen erzeugt.
Da die eigentliche Ladestrategie beim AC-Laden vom On-Board-Ladegerät OBC implementiert wird, können die Anforderungen an die Informationsinteraktion zwischen Fahrzeug und Säule nur durch die Änderung der Erkennungspunktspannung und des Arbeitszyklus erfüllt werden. Beim DC-Laden können einfache analoge Signale den Anforderungen aufgrund der offensichtlich gestiegenen Anforderungen an die Informationsinteraktion zwischen Fahrzeug und Säule nicht mehr gerecht werden. Daher definiert IEC 61851-1 in Modus 4, dass High-Level-Kommunikation (HLC) über die CP-Leitung erreicht wird, um das in IEC 61851-23 definierte DC-Ladeprotokoll zu übertragen.
Die hochrangige digitale Kommunikation von CCS verwendet Power Line Communication (PLC) basierend auf HomePlug GreenPHY als Datenverbindungsschichtprotokoll. Einfach ausgedrückt wird das OFDM-modulierte Hochfrequenzsignal über ein Modem, das im CP-Signalkreis der Ladesäule oder des Fahrzeugs installiert ist, an die CP-Signalleitung gekoppelt und am anderen Ende vom Modem demoduliert. Dies ermöglicht eine Kommunikationsrate von bis zu 10 Mbit/s ohne Hinzufügen zusätzlicher Kommunikationspins und bietet einen Informationsinteraktionskanal mit hoher Bandbreite für die Informationsinteraktion beim DC-Laden und erweiterte Funktionen wie Plug-and-Play-Laden und sogar die Fahrzeug-Netz-Interaktion.
BPT (V2G) wird der Schwerpunkt der zukünftigen Entwicklung des Lademarktes in Europa und den Vereinigten Staaten sein. Aufgrund der Merkmale der Energiestruktur in Europa und den Vereinigten Staaten hat sich verteilte Energie (DER) zu einer weithin akzeptierten und anerkannten Entwicklungsrichtung entwickelt. Als natürlich hochwertiges Energiespeichermedium müssen EV-Batterien an der Regulierung intelligenter Netze teilnehmen. Die Veröffentlichung der bestehenden neuen Standards hat nur technisch die Hindernisse vom Auto bis zur Ladesäule beseitigt, aber von der Säule über die Betriebsplattform bis zum Stromverteiler gibt es immer noch viele Probleme inkonsistenter Standards.
Darüber hinaus kann aufgrund der Kommunikationseigenschaften von CCS auf Grundlage der vorhandenen Technologie nicht nur eine bidirektionale Stromübertragung von Gleichstrom, sondern auch eine AC-V2G-Übertragung realisiert werden. Daher könnten Konsistenztests im Zusammenhang mit der AC-Netzanbindung auch ein Schwerpunkt zukünftiger Forschungs- und Entwicklungsmitarbeiter für Fahrzeuge mit alternativer Antriebstechnik werden.