Bagaimana Pengisian Cepat Mengubah Lanskap Pengisian Daya EV

Pengisian daya DC yang cepat pada kendaraan listrik (EV) dapat menjadi kunci untuk mengurangi kekhawatiran akan jangkauan yang diyakini banyak orang membatasi adopsi EV. Dengan infrastruktur pengisian daya yang kuat yang memungkinkan pengisian daya baterai dalam 20 menit, bukan 4 jam, pengisian daya kendaraan listrik semakin mendekati pengalaman yang biasa dialami pengemudi saat mengisi bahan bakar kendaraan bermesin pembakaran internal (ICE).

Infrastruktur tersebut belum sepenuhnya berkembang saat ini namun semakin berkembang dan dapat diakses oleh lebih banyak kendaraan. Beberapa produsen EV baru-baru ini mengadopsi konektor pengisian daya Tesla EV dan Tesla saat ini memimpin pasar dalam penerapan port pengisian cepat. Penelitian yang dilakukan oleh Sensience memperkirakan bahwa pengisian daya cepat DC akan mencakup lebih dari 70 persen pengisian daya publik secara global pada tahun 2030 (Gambar 1).

Gambar 1. Proyeksi pertumbuhan pengisian cepat DC pada tahun 2030. (Gambar:Sensience)

Meskipun pengisian daya cepat dapat mendorong pertumbuhan pasar kendaraan listrik, hal ini juga meningkatkan standar manajemen termal di seluruh rantai pengisian daya kendaraan listrik. Pengisi daya cepat DC menghasilkan daya antara 50-350 kW, dibandingkan dengan 7-19 kW yang biasa digunakan pada pengisi daya Level 2. Bahkan pada voltase lebih tinggi yang umum digunakan pada pengisi daya cepat DC, port ini menghasilkan lebih banyak panas secara signifikan dibandingkan port pengisian daya Level 2. Oleh karena itu, pengelolaan termal yang efektif menjadi semakin penting untuk mencegah suhu yang dapat memperpendek masa pakai baterai, mengurangi efisiensi pengisian daya, dan menimbulkan risiko keselamatan.

Salah satu komponen manajemen termal efektif yang terkadang diabaikan hingga akhir proses desain adalah spesifikasi sensor suhu yang memungkinkan sistem manajemen baterai dan kendaraan merespons perubahan suhu dengan cepat dan cerdas di seluruh rantai pengisian kendaraan.

Peran Sensor Suhu dalam Rantai Pengisian Kendaraan Listrik

Sensor digunakan di seluruh rantai pengisian daya. Penerapan yang paling nyata adalah pada baterai itu sendiri di mana manajemen termal merupakan prioritas tertinggi. Penempatan sensor di dalam baterai akan ditentukan oleh desain dan ukuran baterai, namun satu sensor biasanya terbukti tidak memadai karena mungkin tidak mendeteksi zona panas yang dapat berkembang di sel atau modul selama pengisian cepat. Idealnya, Anda menginginkan kemampuan memantau suhu sel baterai secara langsung di beberapa lokasi dan memahami distribusi panas dalam keseluruhan paket.

Pengisi daya internal mewakili lingkungan yang lebih sederhana namun tetap penting untuk sensor suhu karena pemantauan sensor memicu sistem pendingin yang diperlukan untuk mengelola panas selama pengisian cepat. Karena variabilitas suhu di seluruh komponen lebih sedikit, diperlukan lebih sedikit sensor.

Port pengisian daya kendaraan adalah aplikasi penting lainnya untuk sensor suhu dalam rantai pengisian daya. Sensor suhu digunakan di saluran masuk pengisian kendaraan serta pistol pengisi daya untuk memantau suhu cabang listrik. Umpan balik ini memberikan penghentian keselamatan jika terjadi fenomena yang tidak diinginkan yang disebabkan oleh kerusakan atau kontaminasi pada prongs. Selama pengisian daya cepat, suhu di saluran masuk pengisian daya bisa mencapai titik tertinggi, dan perhatian khusus harus diberikan pada spesifikasi sensor yang digunakan dalam aplikasi ini.

Yang tidak kalah pentingnya adalah sensor yang terintegrasi dengan sistem pendingin yang melindungi baterai, pengisi daya terpasang, dan elektronika daya dari panas berlebih. Sistem pendingin cerdas yang terintegrasi ke dalam kendaraan listrik hanya akan seefektif sensor yang mendukungnya.

Menentukan Sensor untuk Rantai Pengisian Daya EV

Tingkat akurasi yang tinggi sangat penting dalam aplikasi penginderaan suhu apa pun, tetapi sangat penting dalam rantai pengisian daya kendaraan listrik karena rentang suhu yang sempit sehingga baterai dapat diisi pada kecepatan tertinggi. Akurasi sensor yang rendah dapat mengurangi efisiensi pengisian daya karena pengisian daya mungkin harus diperlambat untuk mengimbangi margin kesalahan sensor meskipun suhu sebenarnya berada dalam kisaran yang diinginkan. Sensor dengan akurasi yang lebih tinggi mengurangi sejauh mana sistem kendaraan harus memperhitungkan ketidakakuratan sensor dan memungkinkan pengisian daya lebih cepat dalam jangka waktu yang lebih lama.

Karakteristik penting lainnya dari sensor suhu untuk EV adalah waktu respons atau waktu antara saat suhu diukur dan saat suhu dikomunikasikan serta dapat ditindaklanjuti. Jenis sensor yang berbeda memiliki karakteristik respons yang berbeda dan pada setiap jenis, waktu respons dapat dioptimalkan melalui konfigurasi sensor.

Misalnya, dalam termistor koefisien suhu negatif (NTC), badan logam memungkinkan respons yang lebih cepat daripada badan plastik karena peningkatan konduktivitasnya; namun, bodi logam menambah biaya sensor dan biaya ini harus diseimbangkan dengan nilai respons yang lebih cepat dalam aplikasi tertentu. Jika suhu tidak terlalu tinggi atau dikelola oleh sistem pendingin, seperti halnya pada komponen utama rantai pengisian daya kendaraan listrik, peningkatan biaya untuk mencapai waktu respons secepat mungkin mungkin tidak dapat dibenarkan. Pengecualiannya adalah saluran masuk pengisian daya, yang mana pengoptimalan waktu respons harus dianggap sebagai prioritas yang lebih tinggi.

Faktor lain yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan sensor adalah kemudahan servis — atau kekurangannya. Sensor umumnya dirancang ke dalam rantai pengisian EV sedemikian rupa sehingga tidak praktis untuk menggantinya jika terjadi kegagalan. The whole component will need to be replaced if a sensor fails. Hal ini menjadikan keandalan sebagai atribut terpenting untuk sensor suhu yang digunakan di seluruh rantai pengisian daya kendaraan listrik.

Untungnya, meskipun penerapan sensor suhu pada EV berbeda dengan ICE, teknologi sensor yang digunakan serupa. Proses manufaktur untuk teknologi ini sudah matang dan telah memperoleh manfaat dari otomatisasi yang memungkinkan kualitas yang konsisten. Proses pengujian dan kalibrasi juga dipahami dengan baik dan dapat membantu memastikan keandalan dan performa yang dapat diprediksi dalam aplikasi ini.

Mengevaluasi Teknologi Sensor untuk Rantai Pengisian Kendaraan Listrik

Gambar 2. Penempatan sensor sangat penting pada baterai EV karena suhu dapat bervariasi di seluruh baterai.

Tiga teknologi penginderaan suhu biasanya dipertimbangkan untuk EV:termokopel, termistor NTC, dan detektor suhu resistansi (RTD).

Termokopel menghasilkan tegangan kecil sebagai respons terhadap perubahan suhu yang sebanding dengan perubahan suhu. Sensor ini umumnya tidak mahal tetapi tidak cocok untuk rantai pengisian daya EV. Teknologi ini dapat menimbulkan risiko keselamatan bagi teknisi yang melakukan pengujian di lingkungan bertegangan tinggi seperti baterai kendaraan listrik, keakuratannya dapat terganggu karena gangguan listrik, dan waktu responsnya lebih lambat dari yang biasanya diperlukan.

Dalam termistor NTC, resistansi menurun seiring dengan meningkatnya suhu. Teknologi ini memberikan akurasi yang baik dalam ukuran kompak yang memungkinkan integrasi ke ruang sempit. Waktu respons dan kurva suhu resistansi termistor NTC juga dapat dikonfigurasi untuk memenuhi berbagai persyaratan aplikasi, termasuk berbagai komponen dalam rantai pengisian. Oleh karena itu, produk ini mewakili solusi ideal untuk aplikasi ini karena dapat dikonfigurasi untuk memenuhi persyaratan desain secara efisien dan telah terbukti dalam aplikasi otomotif selama beberapa dekade.

Dalam RTD, resistensi meningkat seiring dengan meningkatnya suhu. Sensor-sensor ini umumnya memberikan akurasi yang lebih baik dan memiliki jangkauan operasi yang lebih luas dibandingkan NTC; namun, harganya juga lebih mahal, dan keunggulan teknologi ini umumnya tidak memberikan nilai tambahan dalam aplikasi rantai pengisian daya kendaraan listrik. Dengan tekanan terus-menerus untuk mengurangi biaya, perancang mungkin mendapati bahwa mereka mencapai kinerja yang diperlukan dengan biaya lebih rendah dengan termistor NTC.

Desain dengan Akurasi dan Keandalan

Dengan semakin meluasnya pengisian daya cepat, penginderaan suhu yang akurat dan andal di seluruh rantai pengisian daya akan tetap penting bahkan seiring dengan berkembangnya teknologi baterai. Kunci integrasi sensor suhu yang efektif dan hemat biaya ke dalam desain baru adalah mengembangkan spesifikasi dan memilih pemasok selama pengembangan prototipe. Hal ini memungkinkan proses yang lebih efisien, membantu memastikan sensor memenuhi persyaratan aplikasi dengan biaya yang efektif, dan memitigasi risiko diperlukannya modifikasi seiring peralihan desain dari prototipe ke produksi.

Artikel ini ditulis oleh Phil Thibodeau, Manajer Produk, Transportasi, Sensience (Westerwille, OH). Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi di sini  .