Giải thích về chế độ sạc xe điện 1, 2, 3 và 4: Mỗi chế độ được sử dụng để làm gì?

Hầu hết mọi người thường nói về sạc AC chậm và sạc DC nhanh. Trong các tiêu chuẩn kỹ thuật, những khái niệm này được mô tả là Chế độ 1, Chế độ 2, Chế độ 3 và Chế độ 4.

Các chế độ này mô tả cách xe được kết nối với lưới điện, vị trí đặt các thiết bị điện tử và cách hệ thống đảm bảo an toàn cho con người và các công trình. Chế độ sạc không phải là hình dạng của phích cắm và không giống với khái niệm “Cấp độ 1 / Cấp độ 2” ở Bắc Mỹ.

Chế độ mô tả toàn bộ khái niệm sạc: AC hay DC, thiết bị nào điều khiển dòng điện, cách xe và trạm sạc trao đổi tín hiệu và hệ thống bảo vệ nào đang hoạt động. Khi đã hiểu rõ bốn chế độ này, bạn sẽ dễ dàng hơn trong việc quyết định khi nào chỉ cần cáp sạc di động, khi nào cần dùng hộp sạc gắn tường và khi nào thì sạc nhanh DC đáng để đầu tư.

Bốn chế độ sạc

Chế độ 1 – Kết nối đơn giản bằng cáp vào ổ cắm điện gia đình, không có hộp điều khiển, hầu như không có giao tiếp. Phần lớn đã lỗi thời và không được khuyến nghị cho các xe điện hiện đại.

Chế độ 2 – Cáp di động với hộp điều khiển và bảo vệ ở giữa. Sử dụng các ổ cắm hiện có để sạc tạm thời hoặc dự phòng.

Chế độ 3 – Hộp sạc AC cố định hoặc trụ sạc AC với đầy đủ chức năng điều khiển và bảo vệ. Được sử dụng để sạc AC thông thường tại nhà, nơi làm việc và bãi đậu xe công cộng.

Chế độ 4 – Sạc DC, trong đó trạm sạc chứa các linh kiện điện tử công suất và truyền dòng điện DC thông qua một đầu nối chuyên dụng. Được sử dụng cho sạc nhanh và siêu nhanh.

Bảng dưới đây sắp xếp bốn chế độ hoạt động theo loại nguồn cung cấp, công suất và vị trí lắp đặt điển hình:

Chế độ 1: giải pháp kế thừa

Chế độ 1 kết nối xe trực tiếp với ổ cắm tiêu chuẩn bằng cáp cơ bản.
Không có hộp điều khiển nào trong dây cáp và không có thiết bị điện tử chuyên dụng nào theo dõi dòng điện hoặc giao tiếp với xe.

Trong cấu hình này, xe điện lấy điện năng thông qua hệ thống dây dẫn và ổ cắm không được thiết kế để chịu tải cao trong thời gian dài. Ổ cắm có thể quá nóng, dây dẫn có thể bị quá tải, và người dùng hầu như không có cảnh báo nào cho đến khi có mùi khét hoặc xảy ra sự cố.

Do đó, nhiều quốc gia hạn chế hoặc không khuyến khích Chế độ 1 đối với các xe điện hiện đại.
Bạn vẫn có thể thấy nó trong các dự án thí điểm cũ hoặc các phương tiện nhỏ, công suất thấp, nhưng nó không phải là lựa chọn thực tế cho việc lắp đặt tại nhà riêng hoặc địa điểm công cộng mới. Khi người ta lập kế hoạch cơ sở hạ tầng ngày nay, Chế độ 1 nằm trong "hộp lịch sử".

Chế độ 2: Bộ sạc xe điện di động

Chế độ 2 là bộ sạc xe điện di động được trang bị trên nhiều xe hơi. Một đầu cắm vào ổ cắm điện gia dụng hoặc công nghiệp.
Ở giữa sợi cáp có một hộp chứa các thiết bị điện tử điều khiển và bảo vệ. Từ đó, sợi cáp tiếp tục dẫn đến đầu nối của xe.

Chiếc hộp đó thường thực hiện ba chức năng chính:

Giới hạn dòng điện tối đa theo định mức của ổ cắm và dây dẫn.

Thiết bị này theo dõi nhiệt độ tại phích cắm hoặc bên trong hộp và sẽ tự tắt nếu nhiệt độ quá cao.

Gửi các tín hiệu cơ bản để xe biết lượng dòng điện tối đa được phép tiêu thụ.

Ý tưởng này đơn giản nhưng hữu ích. Người lái xe có thể sử dụng các ổ cắm hiện có mà không cần lắp đặt thêm hộp nối tường. Những người thuê nhà, thường xuyên chuyển nhà hoặc đỗ xe ở nhiều địa điểm khác nhau sẽ có được sự linh hoạt hơn.

Có những giới hạn thực sự:

Công suất bị giới hạn bởi định mức của ổ cắm và các quy định địa phương.

Các tòa nhà cũ có thể có hệ thống dây điện không chịu được dòng điện cao trong nhiều giờ liền.

Ổ cắm yếu, tiếp điểm lỏng lẻo hoặc dây nối dài cũ có thể bị quá nhiệt nếu sử dụng hết công suất.

Vì vậy, Chế độ 2 tốt nhất nên được coi là công cụ sử dụng không thường xuyên hoặc dự phòng.
Nó rất hữu ích cho việc sạc điện qua đêm khi quãng đường di chuyển hàng ngày không nhiều, khi đi thăm bạn bè và gia đình, khi đi nghỉ mát, và cho các đội xe hỗn hợp mà xe không phải lúc nào cũng quay trở lại cùng một vị trí đỗ.

Bộ sạc di động được thiết kế cho Chế độ 2 phải có độ bền cao. Hộp sạc thường bị rơi, bị đá và bị ném trong cốp xe. Vỏ máy cần có khả năng chống va đập và chống bụi, chống nước. Dây cáp được cuộn và duỗi ra thường xuyên, vì vậy chúng cần có độ linh hoạt tốt trong điều kiện nhiệt độ lạnh và nóng. Phích cắm phải chịu được nhiệt độ ở dòng điện định mức ngay cả khi ổ cắm không ở trong tình trạng hoàn hảo.

Chế độ 3: Hộp điện AC và ổ cắm điện AC

Chế độ 3 là cách sạc AC thông thường tiêu chuẩn.
Xe điện kết nối với hộp sạc AC chuyên dụng hoặc trụ sạc AC có chứa các thiết bị điện tử điều khiển, thiết bị bảo vệ và thiết bị giao tiếp riêng với xe.

Bộ sạc được cấp điện từ một mạch điện riêng biệt. Trong nhà, đây có thể là một hộp điện một pha công suất 7 hoặc 11 kW.
Tại các khu vực có nguồn điện ba pha, nơi làm việc và bãi đậu xe công cộng thường cung cấp công suất lên đến 22 kW mỗi ổ cắm. Con số chính xác phụ thuộc vào kết nối điện của tòa nhà và các quy định địa phương. Mục tiêu là thiết kế mạch điện có công suất phù hợp và được bảo vệ tốt để sạc xe điện trong thời gian dài.

Đối với người dùng, Chế độ 3 thường có nghĩa là:

Dây cáp được đặt trên hộp điện hoặc trên cột thay vì nằm trong ống dẫn.

Hiển thị trạng thái bằng đèn báo hoặc màn hình, đôi khi kèm theo chức năng kiểm soát truy cập và thanh toán.

Giảm bớt sự phỏng đoán về việc hệ thống dây điện có chịu được tải trọng hay không.

Về phía xe, hầu hết các xe điện hạng nhẹ sử dụng đầu nối loại 1 hoặc loại 2 cho hệ thống điều hòa không khí.
Về phía nhà ga, có hai bố cục phổ biến:

Các thiết bị có dây nối cố định và phích cắm sẵn sàng để sử dụng.

Các thiết bị dạng ổ cắm, nơi người lái xe sử dụng cáp Type 2 riêng biệt.

Mỗi lựa chọn đều có những hệ quả về phần cứng:

Các loại cáp có dây nối được cắm và rút nhiều lần mỗi ngày và thường xuyên để ngoài trời dưới nắng, mưa và bụi. Vỏ bọc, bộ phận giảm căng và phần phía sau của đầu nối chịu rất nhiều áp lực cơ học.

Các đầu nối dạng ổ cắm sẽ dồn nhiều áp lực hơn lên dây cáp của người dùng, do đó dây cáp phải có tiết diện, độ linh hoạt và khả năng giảm lực kéo phù hợp.

Hình dạng tiếp xúc, xử lý bề mặt và độ bền của chốt khóa ảnh hưởng đến tuổi thọ của phần cứng trước khi nó bị lỏng, phát ra tiếng ồn hoặc hoạt động không đáng tin cậy.

Khi các linh kiện được thiết kế tốt, Chế độ 3 trông có vẻ nhàm chán theo một cách tích cực: cắm vào, đi chỗ khác, quay lại và thấy xe đã được sạc đầy, chỉ cần vệ sinh các đầu nối. Thiết kế kém sẽ bộc lộ ra sau này dưới dạng các đầu cắm bị nóng, hơi ẩm bên trong vỏ hoặc các chốt bị hỏng.

Chế độ 4: Sạc nhanh DC

Chế độ 4 là sạc DC với bộ chuyển đổi đặt tại trạm sạc thay vì trong xe.
Trạm này lấy dòng điện xoay chiều từ lưới điện, chuyển đổi thành dòng điện một chiều với điện áp và cường độ phù hợp với pin, rồi truyền qua một đầu nối DC chuyên dụng.

Các bộ sạc DC thế hệ đầu tiên dành cho ô tô thường cung cấp công suất khoảng 50 kW.
Các nút giao thông đường cao tốc và đô thị hiện đại thường sử dụng công suất 150–350 kW trên một trạm biến áp duy nhất. Các phương tiện hạng nặng như xe buýt và xe tải có thể sử dụng công suất cao hơn khi xe, dây cáp và thiết bị đóng cắt được thiết kế phù hợp.

So với dòng điện xoay chiều, phần cứng phải chịu những áp lực khác nhau:

Dòng điện cao hơn nhiều so với khi sạc thông thường tại nhà hoặc nơi làm việc.

Ngay cả một sự gia tăng nhỏ về điện trở tiếp xúc cũng có thể làm tăng nhiệt độ.

Đầu nối phải khóa chắc chắn dưới tải trọng nhưng vẫn dễ thao tác suốt cả ngày.

Chế độ 4 sử dụng các họ đầu nối như CCS và GB/T DC cho xe hạng nhẹ, và các giao diện dòng điện cao hơn cho xe tải và xe buýt hạng nặng.

Hệ thống làm mát là một phần cốt lõi của thiết kế. Cáp DC được làm mát tự nhiên có thể truyền tải lượng điện năng đáng kể, nhưng ở phân khúc cao cấp của dòng sạc nhanh, nhiều hệ thống sử dụng... cáp làm mát bằng chất lỏng và tay cầm.
Các kênh dẫn chất làm mát chạy sát các dây dẫn và khối tiếp xúc, giúp tản nhiệt để giữ cho bên ngoài cáp và đầu nối luôn ở mức nhiệt độ mà người dùng chấp nhận được. Điều này phải được cân bằng với trọng lượng và độ cứng để nhân viên có thể cắm và rút đầu nối nhiều lần trong một ca làm việc mà không bị mỏi.

Chế độ 4 phù hợp với những nơi xe dừng lại trong thời gian ngắn nhưng cần nạp nhiều năng lượng: các điểm dừng trên đường cao tốc, các trạm sạc nhanh trong thành phố, các kho hàng hậu cần và bến xe buýt.

Chế độ hoạt động ảnh hưởng đến đầu nối và cáp như thế nào?

Mỗi chế độ sạc sẽ thúc đẩy phần cứng hoạt động theo một hướng khác nhau.

Chế độ 2
Các linh kiện điện tử nằm bên trong cụm dây cáp. Vỏ hộp điều khiển cần có khả năng bịt kín tốt và chịu được va đập. Dây cáp được di chuyển và cuộn lại nhiều hơn so với các hệ thống lắp đặt cố định, vì vậy chúng cần có lớp vỏ mềm dẻo và khả năng bảo vệ chống uốn cong thích hợp. Các phích cắm ở cả hai đầu phải chịu được nhiệt độ cao khi hoạt động hết công suất, vì ổ cắm điện gia dụng không phải lúc nào cũng hoàn hảo.

Chế độ 3
Các đầu nối phải chịu nhiều chu kỳ kết nối và tiếp xúc với môi trường ngoài trời. Các tiếp điểm cần có hình dạng và lớp phủ hỗ trợ tuổi thọ cao. Vỏ cáp phải đối mặt với tia cực tím, mưa và tuyết, cộng thêm những va chạm bất chợt từ bánh xe hoặc giày dép. Bộ phận giảm căng ở phía sau đầu nối bảo vệ các dây dẫn tại nơi tập trung uốn cong.

Chế độ 4
Dòng điện cao và chu kỳ làm việc khắt khe quyết định tiết diện và bố trí tiếp điểm. Trong các hệ thống làm mát bằng chất lỏng, các kênh dẫn chất làm mát và gioăng phải chia sẻ không gian hạn hẹp với các dây dẫn và chân tín hiệu. Tay cầm vẫn phải vừa vặn với tay, và các nút bấm và cần gạt phải dễ sử dụng ngay cả khi toàn bộ cụm thiết bị nặng hơn một phích cắm điện xoay chiều.

Do mức độ chịu tải và cách sử dụng khác nhau rất nhiều, các nhà sản xuất thường phát triển các dòng sản phẩm riêng biệt cho Chế độ 2, Chế độ 3 và Chế độ 4 thay vì cố gắng áp dụng một thiết kế duy nhất cho cả ba chế độ.

Lựa chọn phương thức vận hành cho nhà ở, công trường và đội xe

Sự kết hợp phù hợp giữa các chế độ lái phụ thuộc vào vị trí của xe và cách sử dụng chúng.

Đối với nhà riêng, những câu hỏi hữu ích là:

Có chỗ đỗ xe cố định nào gần bảng điện không?

Xe thường đi được quãng đường bao xa trong một ngày?

Có bao nhiêu xe điện dùng chung nguồn cung cấp điện?

Liệu hệ thống dây điện có hiện đại và có công suất dự phòng hay không?

Một số dạng phổ biến:

Trong một căn nhà thuê với quãng đường di chuyển hàng ngày hạn chế và quyền lắp đặt dây điện mới bị giới hạn, một bộ sạc di động Mode 2 tốt cắm vào ổ cắm hiện đại đã được kiểm tra có thể là đủ để bắt đầu.

Trong một ngôi nhà có chỗ đậu xe cố định và quãng đường di chuyển cao, hộp gắn tường Mode 3 trên mạch điện riêng thường là giải pháp lâu dài thoải mái hơn.

Nhiều hộ gia đình vẫn giữ một thiết bị Mode 2 trong cốp xe để dự phòng, ngay cả sau khi đã lắp đặt hộp gắn tường.

Đối với nơi làm việc và các địa điểm công cộng, câu hỏi đặt ra là:

Loại hình bất động sản này là gì: văn phòng, bán lẻ, khách sạn, khu phức hợp, kho bãi

Xe hơi thường đỗ trong bao lâu?

Cho dù tài xế mong muốn sạc đầy pin hay chỉ cần sạc thêm một chút là đủ.

Kết quả điển hình:

Các văn phòng và bãi đỗ xe công cộng chủ yếu sử dụng chế độ điều hòa không khí Mode 3. Xe đậu ở đó hàng giờ liền, vì vậy công suất vừa phải cho mỗi chỗ đậu xe là phù hợp.

Các cửa hàng bán lẻ thường bố trí một vài trạm sạc nhanh Mode 4 gần lối vào cùng với một dãy trạm sạc Mode 3 ở xa hơn.

Các vị trí trên đường cao tốc và các bến xe buýt và xe tải chủ yếu sử dụng chế độ sạc điện Mode 4, với số lượng điểm sạc AC ít hơn dành cho xe của nhân viên hoặc bãi đỗ xe dài hạn.

Nhìn theo cách này:

Chế độ 2 lấp đầy những khoảng trống ở những nơi cơ sở hạ tầng cố định còn hạn chế hoặc vẫn đang trong giai đoạn lập kế hoạch.

Chế độ 3 trở thành nền tảng cho việc sạc AC hàng ngày.

Chế độ 4 bao gồm các điểm dừng ngắn với nhu cầu năng lượng cao.

Hỏi đáp về các chế độ sạc

Bốn chế độ sạc xe điện là gì?

Đây là bốn khái niệm từ các tiêu chuẩn quốc tế mô tả cách xe điện kết nối với lưới điện. Chế độ 1 là sử dụng cáp AC đơn giản nối vào ổ cắm mà không có hộp điều khiển. Chế độ 2 bổ sung thêm hộp điều khiển và bảo vệ trong cáp. Chế độ 3 sử dụng trạm sạc AC chuyên dụng. Chế độ 4 sử dụng trạm sạc DC với các thiết bị điện tử công suất được tích hợp trong trạm.

Chế độ sạc có quyết định loại đầu nối nào tôi cần không?

Chúng không đứng riêng lẻ. Các chế độ mô tả cách hệ thống được xây dựng và điều khiển. Các loại đầu nối như Loại 2, CCS hoặc GB/T mô tả hình dạng vật lý và bố trí chân cắm. Trên thực tế, một số đầu nối tương ứng với một số chế độ nhất định – Loại 2 với Chế độ 3, CCS với Chế độ 4 – nhưng hai khái niệm này là riêng biệt.

Các chế độ sạc có liên quan như thế nào đến Cấp độ 1, Cấp độ 2 và Cấp độ 3?

Cấp độ 1, Cấp độ 2 và Cấp độ 3 là các thuật ngữ của Bắc Mỹ để chỉ mức công suất và cách bố trí nguồn cung cấp. Chế độ 1–4 là các khái niệm toàn cầu về cách xe điện và nguồn cung cấp được kết nối và điều khiển. Ví dụ, bộ sạc Cấp độ 2 dùng tại nhà thường sẽ hoạt động ở Chế độ 3.

Chế độ sạc có được định nghĩa giống nhau ở mọi khu vực không?

Các định nghĩa cơ bản xuất phát từ các tiêu chuẩn quốc tế, vì vậy Chế độ 1–4 về cơ bản có nghĩa giống nhau trên toàn thế giới. Điều thay đổi là các quy định địa phương cho phép hoặc hạn chế từng chế độ như thế nào, đặc biệt là Chế độ 1 và Chế độ 2 công suất cao hơn trên các mạch điện gia đình.

Một chiếc xe điện có thể sử dụng nhiều hơn một chế độ lái không?

Đúng vậy. Hầu hết các xe điện hiện đại đều có thể sạc ở nhiều chế độ khác nhau. Cùng một chiếc xe có thể sử dụng bộ sạc di động Chế độ 2 tại nhà người thân, bộ sạc gắn tường Chế độ 3 tại nhà hoặc nơi làm việc, và sạc nhanh DC Chế độ 4 cho những chuyến đi dài. Cổng sạc và hệ thống trên xe được thiết kế để nhận biết và hoạt động với các thiết lập khác nhau này.