MCS — система мегаваттной зарядки для тяжёлого автотранспорта

Гид по §722 — зарядка электромобилей и гид о зарядных хабах и динамическом балансировании нагрузки описывают зарядные установки в диапазоне мощности легковых автомобилей и фургонов — до нескольких сотен кВт на точку зарядки. Эта статья описывает MCS (Megawatt Charging System) — стандарт зарядки, разработанный CharIN (Charging Interface Initiative) для тяжёлого автотранспорта (электрические грузовики, автобусы дальнего следования), который по мощности на целый порядок превышает существующую инфраструктуру зарядки CCS.

Диапазон мощности: другой порядок величины, чем у CCS

• Обычная быстрая зарядная станция CCS Combo 2 для легковых автомобилей обычно выдаёт до примерно 350-500 кВт, при напряжении до примерно 1000В постоянного тока и токе до примерно 500А.
• MCS рассчитана на мощность до примерно 3,75 МВт на одно подключение, при напряжении до 1250В постоянного тока и токе до 3000А — далеко за пределами того, что может выдержать обычный зарядный кабель и разъём с воздушным охлаждением.

Стандарт связи: та же семья протоколов, что и у V2G

Связь между автомобилем и зарядной станцией при MCS использует ту же семью протоколов, что и двунаправленная зарядка легковых автомобилей — ISO 15118-20 — дополненную специфическими требованиями к разъёму MCS (в том числе через IEC 61851-23-3 и SAE J3271). См. гид о V2G и двунаправленной зарядке о предпосылках этого протокола для легковых автомобилей.

Почему жидкостное охлаждение здесь не дополнительная опция, а необходимость

Для зарядной станции CCS мощностью 350 кВт для легковых автомобилей кабель зарядки с жидкостным охлаждением — это способ сделать кабель тоньше и легче, чем был бы кабель с воздушным охлаждением при том же токе — практически желательно, но не строго необходимо. При токах уровня MCS (до 3000А) кабель с воздушным охлаждением приемлемого диаметра и веса более неосуществим: сечение проводника, которое потребовалось бы для проведения такого тока без активного охлаждения, сделало бы кабель слишком жёстким и слишком тяжёлым для ручного использования. Кабели и разъёмы с жидкостным охлаждением поэтому являются фундаментальной частью конструкции MCS, а не улучшением комфорта.

Аспекты защиты на уровне постоянного тока

При таком сочетании высокого напряжения и высокого тока постоянного тока действуют те же принципиальные соображения, что и для других мощных систем постоянного тока в установке:

• Обнаружение дуги постоянного тока: дуга постоянного тока, в отличие от дуги переменного тока, не имеет естественного перехода через ноль и поэтому труднее гаснет самостоятельно (см. гид об обнаружении дуги постоянного тока в строках PV о том же физическом принципе, применённом к другой области постоянного тока) — при мощностях MCS надёжное обнаружение дуги постоянного тока является существенной частью защиты.
• Защитные устройства постоянного тока: коммутационные и защитные устройства для этого диапазона напряжения и тока должны быть специально испытаны и рассчитаны для постоянного тока (см. [гид о защите постоянного тока и выборе кабеля для BESS](/guides/nen-1010/bess-gelijkstroom-dc-beveiliging-kabeldimensionering) о сопоставимых соображениях для стационарных аккумуляторных систем постоянного тока) — устройство защиты переменного тока не подходит автоматически для отключения постоянного тока при таких токах.

Подключение к сети: от одной точки зарядки к вопросу сетевого затора

Одно единственное подключение MCS на полной мощности уже требует мощности подключения, сопоставимой со среднего размера промышленным предприятием. Депо грузовиков с несколькими точками зарядки MCS, используемыми (частично) одновременно, быстро достигает суммарной мощности в десятки МВт — масштаб, который напрямую затрагивает проблему сетевого затора, которая также касается подключений крупных потребителей в других местах. Как описано в этом гиде, для реализации депо MCS в пределах достижимой мощности подключения часто необходимо сочетание динамического балансирования нагрузки (см. гид о зарядных хабах) и локального накопления энергии в батареях для срезания пиков.

Обратите внимание: на момент написания MCS является развивающейся технологией, для которой ещё не существует отдельной главы NEN 1010 — сопоставимо с тем, как §722 когда-то был добавлен специально для зарядки электромобилей. Пока такая глава не появится, установка подпадает под общие требования к защите от перегрузки и короткого замыкания (§433/§434) и коммутационным устройствам (§537), дополненные спецификациями производителя и CharIN для самого оборудования MCS.

Практическая значимость

При проектировании зарядной инфраструктуры для тяжёлого транспорта недостаточно просто масштабировать опыт обычных точек зарядки электромобилей до уровней мощности MCS — как физическая реализация (жидкостное охлаждение, защита постоянного тока), так и подключение к сети (суммарная мощность, сетевой затор) требуют подхода, более близкого к промышленной или коммунальной инфраструктуре, чем к обычным зарядным хабам.

Типичные ошибки

1. Прямое масштабирование зарядной инфраструктуры для легковых автомобилей до уровней мощности MCS без учёта физических ограничений кабелей с воздушным охлаждением и вытекающей из этого необходимости жидкостного охлаждения.
2. Применение защитных устройств постоянного тока из мира переменного тока к установке MCS — отключение постоянного тока при таких токах требует оборудования, специально испытанного для постоянного тока.
3. Недооценка подключения депо MCS к сети — учёт только мощности одной точки зарядки вместо одновременной суммарной мощности всего депо.

Связанные материалы

• V2G — двунаправленная зарядка
• §722 — установки зарядки электромобилей
• Зарядные хабы и динамическое балансирование нагрузки
• Сетевой затор, срезание пиков и накопление энергии в батареях
• Обнаружение дуги постоянного тока в строках PV