DC fast charging infrastructure

Hệ thống sạc Megawatt (MCS) là tiêu chuẩn sạc nhanh DC mới nổi dành cho các phương tiện điện hạng nặng. Hệ thống này kết hợp điện áp mức kilovolt, dòng điện mức kiloamp và phần cứng làm mát bằng chất lỏng, do đó chỉ cần một lần dừng sạc khoảng nửa giờ có thể bổ sung thêm hàng trăm kilomet quãng đường di chuyển cho xe tải và xe khách đường dài.  MCS là gì?MCS là một kiến ​​trúc sạc DC công suất cao được thiết kế đặc biệt cho các phương tiện điện hạng nặng như xe tải đường dài, máy kéo, máy kéo sân bãi và xe khách liên tỉnh. Các mục tiêu hiện tại của hệ thống cho thấy dải điện áp mở rộng lên đến khoảng 1.250 V và khả năng dòng điện khoảng 3.000 A. Trong điều kiện thuận lợi, điều này cho phép công suất đỉnh vượt xa phạm vi megawatt, với các dự án thử nghiệm công khai đã cho thấy các phiên sạc đạt khoảng 1 MW trên các xe tải nguyên mẫu. Khác với sạc nhanh cho ô tô, MCS không dành cho những chuyến đi đường dài không thường xuyên. Nó được thiết kế cho các phương tiện vận chuyển hàng hóa nặng mỗi ngày và cần biến những giờ nghỉ bắt buộc theo quy định thành những cơ hội tiếp nhiên liệu thực sự.   Vì sao ngành công nghiệp cần nó ngay bây giờ?Giờ lái xe và các quy tắc an toàn đã tạo ra những khoảng thời gian tự nhiên để sạc pin:·Tại EU, tài xế phải nghỉ ngơi 45 phút sau 4,5 giờ lái xe.·Tại Mỹ, cần nghỉ ngơi 30 phút sau khi lái xe liên tục đến 8 tiếng. Đối với các đội xe chạy bằng dầu diesel, những khoảng nghỉ đó thường được dùng để uống cà phê, làm giấy tờ và đôi khi là tiếp nhiên liệu. Đối với xe điện hạng nặng, những khoảng nghỉ tương tự cần phải cung cấp đủ năng lượng để duy trì lịch trình vận chuyển hàng hóa, thời gian biểu xe khách và hoạt động tại kho bãi. MCS hướng đến mục tiêu làm cho những khoảng dừng bắt buộc đó đủ dài và đủ mạnh để các đội xe không cần phải thêm điểm dừng hoặc kéo dài tuyến đường.  Cách thức hoạt độngNăng lượng và điện năngCông suất là tích của điện áp và cường độ dòng điện. Ở công suất 1.000 kW, một phiên tập luyện 30 phút cung cấp khoảng 500 kWh năng lượng thô. Các xe tải điện đường dài hiện nay thường được trang bị các bộ pin có dung lượng từ 540 đến 600 kWh trở lên. Một ví dụ thực tế là bộ pin có thể sử dụng được với dung lượng 600 kWh:·Mức sạc bổ sung từ 20–80% tương ứng với khoảng 360 kWh được cung cấp cho pin.·Nếu khoảng 500 kWh được lấy từ bộ sạc và khoảng 92% trong số đó được nạp vào pin, thì năng lượng sử dụng được sẽ vào khoảng 460 kWh.·Đối với xe tải hạng nặng, mức tiêu thụ điện trung bình khoảng 1,1 kWh/km (khoảng 1,77 kWh/mi), điểm dừng này có thể khôi phục khoảng 420 km (khoảng 260 dặm) quãng đường di chuyển, với điều kiện tốt và đường cong sạc tương thích. Các con số chính xác sẽ thay đổi tùy thuộc vào kích thước ba lô, nhiệt độ, địa hình đường đi và chiến lược của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM), nhưng quy mô thì rõ ràng: MCS được thiết kế để biến một lần nghỉ ngơi thành một phần đáng kể của toàn bộ hành trình trong ngày. Quản lý phần cứng và nhiệtViệc duy trì dòng điện kiloampe thông qua đầu nối cầm tay chỉ khả thi với các cụm cáp làm mát bằng chất lỏng và kiểm soát nhiệt độ cẩn thận. Các thiết kế MCS hiện đại tích hợp các cảm biến như RTD loại PT1000 vào cáp và các tiếp điểm để theo dõi nhiệt độ cục bộ trong thời gian thực. Điều này cho phép hệ thống điều khiển giới hạn dòng điện trước khi lớp cách điện, gioăng hoặc bề mặt quá nóng, gây cản trở hoạt động thủ công lặp đi lặp lại. Là một đối tác nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất tập trung vào đầu nối, Workersbee áp dụng kinh nghiệm này từ các chương trình đầu nối DC dòng điện cao vào lĩnh vực MCS, đặc biệt chú trọng đến hoạt động làm mát bằng chất lỏng, hình dạng tiếp điểm và thiết kế cáp dễ bảo trì. Giao tiếp và kiểm soátHệ thống MCS sử dụng các liên kết truyền thông băng thông cao hơn giữa xe và bộ sạc so với các hệ thống DC đời đầu. Các liên kết này xác thực phiên, đàm phán điện áp và dòng điện, quản lý quá trình tiền xử lý, trao đổi dữ liệu đo lường và truyền tải thông tin trạng thái chi tiết cho các hệ thống quản lý đội xe. Đối với hoạt động thương mại, liên kết này không chỉ đơn thuần là "khởi động" và "dừng": nó còn cung cấp dữ liệu cho bảng điều khiển sử dụng, hệ thống thanh toán và các công cụ bảo trì dự đoán.  Tiêu chuẩn và khả năng tương tácHệ thống sạc Megawatt đang được định nghĩa như một hệ sinh thái hoàn chỉnh chứ không phải chỉ là một đầu cắm đơn lẻ. Công tác tiêu chuẩn hóa bao trùm toàn bộ chuỗi từ điểm kết nối lưới điện đến đầu vào của xe. Các tài liệu cấp hệ thống mô tả cách thức hoạt động của thiết bị DC công suất cao, cách thức hoạt động của hệ thống bảo vệ và giám sát, cũng như cách các khối cấu tạo khác nhau kết hợp với nhau.  Các tiêu chuẩn bổ sung tập trung vào hình dạng đầu nối và cửa hút, các bộ phận dẫn điện và các khái niệm làm mát, trong khi các tài liệu về phía xe mô tả cách xe tải và xe buýt nên hoạt động trong toàn bộ dải điện áp và dòng điện. Một bộ giao tiếp riêng biệt xác định cách bộ sạc và xe xác thực, đàm phán công suất, trao đổi dữ liệu đo lường và hỗ trợ các dịch vụ nâng cao như an ninh mạng và sạc thông minh. Tiêu chuẩn MCS năm 2024–2025 và tiêu chuẩn SAE J3271 Trong vài năm gần đây, việc tiêu chuẩn hóa MCS đã chuyển từ giai đoạn nghiên cứu ý tưởng ban đầu sang các tài liệu kỹ thuật cụ thể. Các nhóm làm việc trong ngành đã thống nhất về hình dạng đầu nối MCS, bố trí chân cắm và phạm vi công suất cấp cao, được hỗ trợ bởi các sự kiện thử nghiệm đa đối tác trên các xe bồn và máy bơm nguyên mẫu. Những nỗ lực đó đã tạo ra một thiết kế tham chiếu mà nhiều nhà sản xuất đầu nối và đầu vào hiện đang sử dụng làm điểm xuất phát. Trên cơ sở đó, các tổ chức tiêu chuẩn đang công bố các tài liệu chính thức mô tả MCS như một hệ thống sạc DC công suất cao hoàn chỉnh. Tại Bắc Mỹ, bộ tiêu chuẩn SAE J3271 tập trung vào việc sạc công suất megawatt cho các thiết bị hạng nặng từ điểm kết nối lưới điện đến đầu vào của xe. Tiêu chuẩn này định nghĩa các yêu cầu đối với bộ nối, cáp, hệ thống làm mát, truyền thông, khả năng tương tác và an toàn để xe tải và bộ sạc từ các nhà cung cấp khác nhau có thể hoạt động cùng nhau mà không cần thiết kế riêng. Song song đó, các tiêu chuẩn hệ thống và tiêu chuẩn truyền thông quốc tế đang được cập nhật để đáp ứng các mức công suất và nhu cầu dữ liệu của MCS. Đối với các đội xe, nhà điều hành điểm sạc và người lập kế hoạch kho bãi trong giai đoạn 2024–2025, tình trạng này có ba ý nghĩa thực tiễn. Thứ nhất, hình dạng cơ bản của đầu nối và phạm vi điện áp/dòng điện đủ ổn định để thiết kế dựa trên đó, do đó các địa điểm thí điểm và các phương tiện ban đầu không cần phải được thiết kế lại hoàn toàn sau này. Thứ hai, các tài liệu cấp hệ thống cung cấp cho các nhóm dự án một ngôn ngữ chung để xác định thiết bị, soạn thảo hồ sơ dự thầu và lập kế hoạch kiểm tra khả năng tương tác. Thứ ba, một số quy trình kiểm thử và chi tiết chứng nhận vẫn đang trong quá trình phát triển, vì vậy các dự án ban đầu nên giả định rằng phần mềm nhúng và phần mềm phụ trợ sẽ cần được cập nhật định kỳ khi các tiêu chuẩn hoàn thiện và kinh nghiệm thực tế tích lũy. Các cột mốc và tiến độCác dự án công cộng và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã chứng minh khả năng sạc MCS công suất megawatt trên các nguyên mẫu xe tải hạng nặng. Các chiến dịch thử nghiệm sử dụng phép đo nhiệt độ đa điểm và chu kỳ hoạt động khắc nghiệt để xác minh rằng cáp, đầu nối và ổ cắm có thể xử lý an toàn các phiên sạc dòng điện cao lặp đi lặp lại trong điều kiện thực tế. Các chương trình xe điện hạng nặng đang bắt đầu đặt mục tiêu thiết kế là sạc được 20–80% trong khoảng 30 phút ở mức công suất MCS, liên kết trực tiếp việc tích hợp xe với khả năng cung cấp của cơ sở hạ tầng. Đồng thời, các sự kiện về khả năng tương tác giúp kết nối các phương tiện, bộ sạc, đầu nối và hệ thống phụ trợ từ các nhà cung cấp khác nhau. Những sự kiện này giúp phát hiện các trường hợp ngoại lệ trong giao tiếp, xử lý lỗi và thanh toán rất lâu trước khi triển khai thương mại quy mô lớn. Mỗi vòng thử nghiệm đều đóng góp vào các tiêu chuẩn, hướng dẫn triển khai và lộ trình của nhà cung cấp, để thế hệ phần cứng và phần mềm tiếp theo sẽ mạnh mẽ hơn. Đối với người mua, những cột mốc này báo hiệu rằng MCS đang chuyển từ giai đoạn ý tưởng và thử nghiệm sang triển khai thực tế, đồng thời vẫn dành chỗ cho những bài học kinh nghiệm và những cải tiến nhỏ.  MCS sẽ đáp xuống đâu đầu tiên?Những trường hợp sử dụng sớm nhất và hiệu quả nhất của MCS xuất hiện ở những nơi nhu cầu năng lượng trên mỗi phương tiện cao và thời gian ngừng hoạt động gây tốn kém:·Các hành lang vận chuyển hàng hóa, nơi mỗi điểm dừng 30-45 phút cần bổ sung thêm hàng trăm km quãng đường vận chuyển.·Các bến xe khách liên tỉnh với thời gian quay vòng nhanh và chỗ đỗ xe dành riêng.·Các cảng và bến bãi hậu cần nơi máy kéo và xe tải chuyên dụng luân chuyển những kiện hàng lớn ngày này qua ngày khác.·Các mỏ, công trường xây dựng và các ngành nghề đòi hỏi xe cộ phải làm việc liên tục trong thời gian dài với thời gian nghỉ ngơi hạn chế. Trong mỗi môi trường này, việc sạc điện công suất megawatt mang lại cho người vận hành thêm một công cụ nữa bên cạnh việc lập kế hoạch tuyến đường, lựa chọn kích thước pin và cơ sở hạ tầng kho bãi.  Điều gì làm cho MCS khác biệt so với sạc nhanh ô tô?Mặc dù bộ sạc nhanh DC cho ô tô và máy phân phối MCS đều trông giống như một chiếc tủ và một sợi dây cáp, nhưng kỹ thuật chế tạo đằng sau chúng lại rất khác nhau.   Tổng quan so sánhDiện mạoSạc nhanh DC cho ô tôHệ thống sạc Megawatt (MCS)Xe điển hìnhXe chở khách và xe tải nhẹXe tải hạng nặng, máy kéo, xe buýt, xe điện hạng nặng chuyên dụngPhạm vi công suất điển hình~50–350 kW~750 kW đến 1 MW trở lênChu kỳ nhiệm vụNhững chuyến đi đường bộ không thường xuyênHoạt động vận chuyển hàng hóa và xe khách cường độ cao hàng ngàyMô hình dừng điển hìnhKhông đều, do người lái xe lựa chọnGắn liền với thời gian nghỉ ngơi theo quy định và lịch trình tuyến đường.Phương pháp làm mátLàm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng chất lỏng ở mức độ vừa phảiCáp và khớp nối dòng điện cao làm mát bằng chất lỏngXử lý đầu nốiDây cáp nhẹ, tay cầm nhỏ hơnCấu trúc chắc chắn hơn với thiết kế công thái học phù hợp với quy mô lớn. Thang đo và chu kỳ nhiệm vụXe điện chở khách có thể chỉ cần một vài lần sạc nhanh DC mỗi tháng. Ngược lại, xe tải đường dài có thể cần đến các trạm sạc MCS mỗi ngày làm việc, thường là nhiều lần trong một ca làm việc. Chu kỳ hoạt động đó định hình mọi thứ, từ việc lựa chọn lớp mạ tiếp điểm và vỏ cáp đến việc dự trữ phụ tùng và quy trình bảo dưỡng. Đầu nối, hệ thống làm mát và thiết kế công thái họcCác khớp nối MCS phải dẫn được dòng điện lớn hơn nhiều trong khi vẫn đảm bảo sử dụng được cho người lái đeo găng tay, làm việc ban đêm hoặc vận hành trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Điều đó dẫn đến:·Tiết diện cáp làm mát bằng chất lỏng được thiết kế cho các chu kỳ hoạt động lặp đi lặp lại ở công suất megawatt.·Thiết kế tay cầm hỗ trợ cầm nắm chắc chắn bằng hai tay mà không gây mỏi tay quá mức.·Vị trí cửa hút gió trên xe được tính toán dựa trên hình dạng hình học của xe tải, độ xoay của rơ moóc và khả năng tự động hóa trong tương lai. Lập kế hoạch bố trí mặt bằng và lưới điện.Dung lượng và cấu trúc liên kếtViệc lập kế hoạch địa điểm bắt đầu từ những giả định thực tế về số lượng xe sẽ sạc cùng lúc, thời gian xe lưu lại và khoảng không gian dự phòng cho sự phát triển trong tương lai. Ví dụ A: Khu vực MCS bốn khoangGiả sử một địa điểm được thiết kế với bốn máy phân phối, mỗi máy có công suất 1 MW:·Công suất định mức: 4 MW·Hệ số đồng thời dự kiến: khoảng 0,6 (không phải tất cả các vị trí đỗ xe đều đạt đỉnh điểm cùng một lúc)·Thời gian lưu trú thông thường: khoảng 30 phút mỗi phiên. Với những giả định đó, công suất đỉnh đa dạng vào khoảng 2,4 MW, trong khi công suất tối đa về mặt lý thuyết vẫn là 4 MW. Một máy biến áp thuộc loại khoảng 5 MVA sẽ dành chỗ cho các thiết bị phụ trợ như chiếu sáng, sưởi ấm, thông tin liên lạc và các mô-đun điện sau này.Sử dụng bus DC hoặc kiến ​​trúc tủ điện dạng mô-đun, người vận hành có thể phân bổ nguồn điện có sẵn giữa các khoang mà không cần phải thiết kế quá lớn từng đường dây để đáp ứng nhu cầu cao điểm. Điều này đặc biệt quan trọng nếu một số khoang thường xuyên được dùng để bổ sung điện một phần trong khi các khoang khác có chu kỳ sạc sâu hơn. Quản lý lưu trữ và tảiViệc bổ sung hệ thống lưu trữ năng lượng tại chỗ sẽ làm thay đổi các yêu cầu kết nối lưới điện. Ví dụ, một pin lưu trữ 1 MWh tại địa điểm đó có thể:·Giảm khoảng 1 MW nhu cầu trong khoảng một giờ vào thời điểm các đỉnh điểm trùng nhau.·Cho phép đường dây kết nối lưới điện có công suất gần với mức 2,5–3 MW trong khi vẫn hỗ trợ các đợt tăng công suất ngắn hạn của máy phát điện.·Hỗ trợ hoạt động dự phòng trong trường hợp lưới điện bị gián đoạn ngắn hạn. Phần mềm quản lý năng lượng thông minh điều phối các nguồn lực này, làm mượt các biến động dòng điện, chuẩn bị trước cho các phương tiện khi nhà sản xuất hỗ trợ và ưu tiên các xe tải cần khởi hành sớm. Chi tiết về xây dựng, nhiệt và môi trườngThiết kế dân dụng và môi trường cho các địa điểm MCS bao gồm:·Bảo vệ đường ống dẫn chất làm mát và đường dẫn cáp khỏi va đập và lưu lượng giao thông xe cộ.·Giúp kỹ thuật viên dễ dàng tiếp cận các máy bơm, bộ lọc và bộ trao đổi nhiệt.·Xác định mức độ bảo vệ chống xâm nhập phù hợp với điều kiện bụi, hơi ẩm và bụi bẩn trên đường.·Lập kế hoạch thông gió và, nếu cần, hệ thống HVAC cho các khu vực nhạy cảm. Các nhà thiết kế ngày càng ưa chuộng các cụm chi tiết có thể thay thế nhanh chóng – tay cầm, đoạn cáp, gioăng và mô-đun cảm biến – để các bộ phận dễ bị mài mòn có thể được thay thế mà không cần thời gian ngừng hoạt động dài. Vận hành và thời gian hoạt độngViệc lập kế hoạch vận hành cho một địa điểm MCS bao gồm nhiều hơn là chỉ quản lý dòng năng lượng:·Ghi lại cả mã lỗi phía bộ sạc và phía xe vào một nhật ký chung.·Đảm bảo sự phù hợp giữa phụ tùng thay thế, chất lượng dịch vụ và thời gian phản hồi với các cam kết trên tuyến đường.·Tích hợp các bài kiểm tra khả năng tương thích vào quy trình vận hành để giải quyết các vấn đề trước khi dịch vụ thương mại bắt đầu. Mỗi giờ ngừng hoạt động không cần thiết đều đồng nghĩa với việc giao hàng bị trễ và hành khách bị mắc kẹt, vì vậy các biện pháp đảm bảo thời gian hoạt động là một phần của kế hoạch kinh doanh, chứ không phải là một vấn đề được xem xét sau cùng. Điểm nổi bật về an toàn và tuân thủCác khái niệm an toàn cho MCS được xây dựng dựa trên kinh nghiệm về sạc nhanh DC và thực tiễn công nghiệp công suất cao. Các yếu tố chính bao gồm:·Chiến lược phong tỏa và cách ly·Giám sát cách nhiệt và rò rỉ ở cấp độ hệ thống·Các mạch dừng khẩn cấp bao gồm máy phân phối, tủ và thiết bị phía trên.·Quản lý có kiểm soát năng lượng ngắn mạch và sự cố·Giám sát nhiệt độ cho cáp và đầu nối để đảm bảo bề mặt bên ngoài và các điểm tiếp xúc luôn nằm trong giới hạn an toàn.·Vị trí đặt các bộ phận phân phối và tay cầm được thiết kế công thái học giúp việc ghép nối thủ công vẫn dễ dàng trong điều kiện thực tế.  Danh sách kiểm tra mua sắm và triển khaiĐối với các đội xe, các nhà cung cấp dịch vụ vận tải và các nhà điều hành kho bãi, kiến ​​thức chuyên môn đó được cụ thể hóa thành một loạt câu hỏi khi đánh giá các giải pháp MCS:·Khả năng tương thích với xe: Vị trí đầu vào, dải điện áp, dòng điện tối đa và cấu hình giao tiếp được hỗ trợ hiện tại và thông qua bản cập nhật firmware trong tương lai.·Chiến lược điện năng: Công suất định mức của máy phân phối hiện nay, công suất tối đa cho mỗi địa điểm trong tương lai và cách cấu hình lại các khối điện hoặc tủ phân phối khi nhu cầu tăng lên.·Hệ thống làm mát và bảo dưỡng: Loại chất làm mát, chu kỳ bảo dưỡng, quy trình nạp và xả chất làm mát, và các mô-đun nào có thể thay thế tại chỗ.·An ninh mạng và thanh toán: Các tùy chọn xác thực, cấu trúc biểu phí, đường dẫn cập nhật an toàn và phân loại đo lường cho mục đích tài chính.·Vận hành thử và kiểm tra chất lượng: Kiểm tra khả năng tương tác với các xe tải mục tiêu, kiểm tra nhiệt độ và dòng điện tăng giảm có kiểm soát, và các chỉ số KPI cơ bản như mức độ sử dụng, hiệu quả phiên và khả năng hoạt động của trạm. Một cách đơn giản để hình dung về việc triển khai là coi địa điểm đầu tiên như một dự án thí điểm, nhưng thiết kế sao cho những bài học kinh nghiệm có thể áp dụng cho toàn bộ hành lang hoặc mạng lưới khu vực sau này.  Câu hỏi thường gặpTốc độ xử lý của MCS trong sử dụng hàng ngày nhanh đến mức nào?Các dự án thí điểm công cộng với công suất khoảng 1 MW đã cho thấy khả năng sạc đầy từ 20–80% trong khoảng 30 phút đối với các nguyên mẫu đường dài. Thời gian thực tế phụ thuộc vào kích thước bộ pin, trạng thái sạc, nhiệt độ và cách mỗi nhà sản xuất thiết kế đường cong sạc của riêng họ. Liệu xe hơi chở khách có bao giờ sử dụng hệ thống MCS không?Không. Xe chở khách sẽ tiếp tục sử dụng các đầu nối và mức công suất được điều chỉnh cho các bộ pin nhỏ hơn và dây cáp nhẹ hơn. MCS được thiết kế riêng cho hình dạng, mức tiêu thụ năng lượng và chu kỳ hoạt động của các phương tiện hạng nặng. Làm mát bằng chất lỏng có thực sự cần thiết không?Với dòng điện ở mức megawatt thông qua đầu nối cầm tay, làm mát bằng chất lỏng là giải pháp thiết thực để giữ kích thước, trọng lượng và nhiệt độ cáp ở mức cho phép mà người lái xe có thể chịu được trong suốt ca làm việc dài. Lịch trình xây dựng tiêu chuẩn như thế nào?Các tài liệu về hệ thống, bộ sạc, bộ nối, thiết bị phía xe và hệ thống truyền thông đang được công bố và cập nhật song song với các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm thực địa. Dự kiến ​​sẽ có các bản sửa đổi khi các đội xe triển khai quy mô lớn hơn và chia sẻ dữ liệu từ các tuyến đường thực tế.  Workersbee và MCSWorkersbee tập trung vào phát triển và sản xuất Đầu nối sạc xe điện và các linh kiện liên quan. Dựa trên kinh nghiệm với các đầu nối DC dòng điện cao và hệ thống cáp làm mát bằng chất lỏng.. Workersbee đã bắt đầu phát triển một đầu nối MCS mạnh mẽ, hướng đến hoạt động với dòng điện cao, làm mát bằng chất lỏng, với khả năng thao tác tiện lợi và bảo trì đơn giản. Quá trình tạo mẫu và kiểm định đang được tiến hành, với mục tiêu ra mắt thị trường vào năm 2026, do đó các đội tàu triển khai các trạm MCS ban đầu có thể lên kế hoạch hỗ trợ đầu nối lâu dài từ một đối tác phần cứng chuyên dụng.