Xe điện (EV) dường như đang chiếm lĩnh thế giới, không chỉ trên đường cao tốc với các phương tiện tiêu dùng mà còn trong các mục đích công nghiệp và thương mại. Một trong những thách thức quan trọng nhất đối với việc áp dụng EV bền vững là làm thế nào để chúng hoạt động hiệu quả hơn.
Nhưng có một yếu tố khác có thể có tác động sâu sắc không kém đến sự tăng trưởng của thị trường xe điện đó là sự sẵn có của các bộ sạc mạnh mẽ và hiệu quả. Chìa khóa để tối đa hóa hiệu quả của bộ sạc có thể là các đầu nối liên kết pin với nguồn điện.
Trên thực tế, có rất nhiều thách thức và chi phí phát sinh từ giao diện giữa các hệ thống xe điện khác nhau, chẳng hạn như hệ thống truyền động, pin và trạm sạc.
Các đầu nối đóng một vai trò quan trọng và không chỉ đối với xe điện có thể đang sạc trong gara của bạn lúc này. Chúng cũng là thành phần quan trọng của xe điện thương mại hoạt động trong các lĩnh vực như cơ sở công nghiệp, năng lượng tái tạo, truyền tải và phân phối điện, đường sắt, bến cảng, tự động hóa hàn (bao gồm cả robot thực sự hàn xe điện), thử nghiệm và đo lường cũng như E-Mobility.
Đầu nối được cho là một công nghệ hoàn thiện nhưng thực tế không phải vậy. Các kỹ sư cần phải giải quyết các thách thức bao gồm hiệu suất, độ bền, sản xuất, trình độ chuyên môn và các yêu cầu pháp lý, và tất nhiên là cả chi phí.
Một công ty có thể xem xét giải quyết các thách thức về kết nối bằng các giải pháp nội bộ. Nhưng nhóm thiết kế có đủ nguồn lực cần thiết để tạo ra các giải pháp, làm việc với nhiều tổ hợp polymer và kim loại không? Và chi phí cơ hội đi kèm với việc nội bộ là bao nhiêu? Đối với các dây chuyền lắp ráp tạo ra các sản phẩm có đầu nối, liệu nhóm nội bộ có thể đưa ra giải pháp với các bộ phận sẵn sàng sản xuất để bắt đầu dây chuyền trong khi điều phối chuỗi cung ứng để cung cấp đủ bộ phận không? Ngoài ra còn có yếu tố con người cần xem xét: nhân viên dây chuyền lắp ráp có thể lắp đặt hết đầu nối này đến đầu nối khác một cách chính xác và an toàn mà không làm hỏng bộ phận có khả năng nhạy cảm không?
Nếu giải pháp nội bộ không đáp ứng được nhu cầu của công ty, giải pháp đó có thể nhờ đến một nhà cung cấp bên ngoài chuyên về thiết kế đầu nối dòng điện cao. Các đầu nối sẽ là điều bạn ít lo lắng nhất khi dây chuyền lắp ráp bắt đầu sản xuất ra sản phẩm cuối cùng.
Khi thiết kế một đầu nối, điều quan trọng không chỉ là cường độ dòng điện, mà là lượng dòng điện tối đa mà nó có thể mang liên tục mà không vượt quá định mức nhiệt độ. Các đầu nối cũng phải được thiết kế để chịu được các tình huống xấu nhất khi có dòng điện cực đại và liên tục, mức tăng và quản lý nhiệt, biến động trong chu kỳ điện, điều kiện môi trường xung quanh (từ độ ẩm trong môi trường ẩm ướt hoặc mùa đông, muối ăn mòn ở các vùng ven biển, như cũng như cát bụi), yếu tố an toàn và con người.
Sự gia tăng nhiệt có thể được theo dõi và kiểm soát bằng phần mềm sử dụng cảm biến hiện tại hoặc cảm biến nhúng. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi người kỹ sư phải cân bằng giữa sự phức tạp cạnh tranh. Ví dụ: độ phức tạp tăng thêm trong thuật toán sạc so với chi phí tăng thêm của vật liệu nhiệt độ cao trong chính đầu nối.
Những kết nối này cũng phải tính đến cơ hội và thách thức mới đó là tự động hóa. Những hạn chế của công nghệ pin hiện tại có nghĩa là các phương tiện cần phải sạc thường xuyên và các kết nối robot đang thu hút nhiều sự quan tâm hơn. Những máy này có thể kết nối với bộ sạc trong khi xe dừng để bốc dỡ hàng. Nó cũng mở ra khả năng sạc điện thoại di động, trong đó robot sẽ đến phương tiện để sạc pin. Trình kết nối trong những tình huống này có thể yêu cầu các yếu tố và tiêu chuẩn thiết kế khác với các yếu tố và tiêu chuẩn thiết kế hiện có trên thị trường.
Đây chỉ là một số câu đố mà một chuyên gia như hãng Stäubli có thể cung cấp kiến thức chuyên môn để tạo ra giải pháp.
Ví dụ, đối với các hoạt động đòi hỏi khắt khe liên quan đến hệ thống truyền động của xe, Stäubli cung cấp đầu nối bộ truyền động điện PerforMore được thiết kế nhằm mục đích cho phép truyền dòng điện cao ổn định giữa pin, bộ biến tần và đầu vào sạc điện áp cao.
David Rababy, người đứng đầu bộ phận bán hàng của E-Mobility ở Bắc Mỹ với đầu nối điện Stäubli cho biết: “Đầu nối này là đầu nối có mức công suất cao nhất hiện có trên thị trường”. PerforMore được đánh giá là 600 amps ở 40 độ C và có khóa hai giai đoạn để đảm bảo an toàn và thực hiện điều đó trong một thiết kế nhỏ gọn trong khi vẫn duy trì khoảng trống và khoảng cách cần thiết cho điện áp hoạt động cao.
Nó cũng có khả năng chống rung tuyệt vời nhờ công nghệ đầu nối Multilam của Stäubli. Đầu nối này bao gồm một loạt các cửa gió và điểm tiếp xúc có thể tập trung dòng điện và giảm thiểu điện trở tiếp xúc, mang lại dòng điện ổn định và nhất quán với chi phí tối thiểu.
Do đó, PerforMore rất phù hợp để sử dụng trên nhiều giao diện DC có yêu cầu kỹ thuật cao, chẳng hạn như pin và các ứng dụng có nhiều rung động hoặc khi đầu nối ở trong môi trường khắc nghiệt.
Đối với các ứng dụng yêu cầu một số tùy chỉnh, Stäubli cũng cung cấp đầu nối mô-đun CombiTac, có thể dễ dàng điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu của từng ứng dụng. Nó có thể được cấu hình để kết nối nguồn điện và tín hiệu điện, cũng như các chất lỏng như chất làm mát, sợi quang, cặp nhiệt điện và đường dây Ethernet. Chúng có thể được cấu hình để kết thúc ở các vị trí khác nhau.
Rababy nói: “Những loại đầu nối này được đánh giá có hiệu suất gấp khoảng mười lần chu kỳ giao phối mà phích cắm sạc tiêu chuẩn được đánh giá. Chúng chắc chắn và mạnh mẽ, đồng thời cũng có thể được cấu hình theo bất kỳ yêu cầu nào”.
Stäubli cũng cung cấp tùy chọn định cấu hình CombiTac trực tuyến từ lập kế hoạch, yêu cầu, vận hành và liên lạc sau bán hàng. Điều này cho phép người dùng không cần nhiều kiến thức có thể tạo ra giải pháp CombiTac của riêng mình và điều chỉnh nó theo nhu cầu cá nhân.
Đầu nối này lý tưởng cho các ứng dụng cần giải pháp sạc độc đáo như xe dẫn đường tự động (AGV) hoặc hệ thống robot. Hầu hết các ứng dụng sử dụng CombiTac là công nghiệp, chẳng hạn như khai thác mỏ, năng lượng tiện ích, xây dựng và nông nghiệp. Chúng có thể được tìm thấy trong phương tiện di chuyển điện tử để đổi pin cho xe thương mại. Ngoài ra, thành phần này rất phù hợp để thử nghiệm bộ pin; nó có thể được cắm và rút ra hàng trăm nghìn lần để thử nghiệm.
Liên quan đến hoạt động tự động hóa, Stäubli cung cấp Đầu nối sạc nhanh (QCC), một thiết bị kết nối được thiết kế dành riêng cho tự động hóa có thể được tích hợp vào nhiều loại phương tiện và ứng dụng. Mặc dù có kích thước nhỏ gọn nhưng nó cho phép truyền tải công suất cao; trên thực tế, mức sạc mà nó có thể xử lý cao hơn rất nhiều so với các bộ sạc cấp 1, 2 và 3 hiện có trên thị trường. QCC được cách nhiệt hoàn toàn chống lại sự tiếp xúc và ô nhiễm nước, cho phép sử dụng ở các khu vực công cộng và tiếp xúc với các yếu tố. Đầu nối này có thể được tìm thấy trong các hoạt động từ phà đến cảng đến thiết bị thương mại và khai thác mỏ hạng nặng và không được sử dụng trong các phương tiện tiêu dùng.
“QCC phù hợp nhất cho các ứng dụng bền chắc, công suất cao và/hoặc nhiệm vụ quan trọng, trong đó thời gian ngừng hoạt động và bảo trì đột xuất rất tốn kém, trong đó việc loại bỏ người dùng cuối khỏi quy trình kết nối sạc và khi cần công suất cao để tối ưu hóa OPEX”, Rababy nói.
Trên thực tế, QCC đã được tích hợp vào bộ sạc công suất cao cho đội 33 máy kéo điện tại Cảng Long Beach, California. Hệ thống QCC có thiết kế chốt và ổ cắm kèm theo được bảo vệ bằng cảm ứng ở cả hai mặt của đầu nối và có thể sửa chữa sai lệch một cách nhanh chóng và dễ dàng khi máy kéo cố gắng kết nối với bộ sạc. Hệ thống cho phép kết nối tự động giữa bộ sạc và cổng sạc đã được trang bị thêm cho mỗi xe.
Như đã đề cập ở trên, đầu nối vẫn là một công nghệ đang phát triển. Một thách thức quan trọng trong ngành kết nối, đặc biệt là trong thời đại Công nghiệp 4.0, là việc mở rộng quy mô thông qua tiêu chuẩn hóa trên các hệ thống khác nhau sử dụng các công nghệ khác nhau.
Châu Âu, Châu Á và Bắc Mỹ đều tuân theo các tiêu chuẩn ngành khác nhau; tiêu chuẩn có thẩm quyền chéo sẽ cho phép khả năng tương tác theo thời gian và sẽ giúp các công ty tránh có thiết bị không thể sử dụng được với các sản phẩm OEM khác hoặc mới hơn.
Stäubli đang lãnh đạo một nhóm làm việc tập trung vào phát triển Hệ thống sạc Megawatt (MCS), một tiêu chuẩn sạc mới đang được hiệp hội các bên liên quan của CharIn E-Mobility ủng hộ. MCS tận dụng hệ thống QCC để tạo ra giải pháp mới để sạc xe điện hạng nặng một cách hiệu quả. Nó sẽ cung cấp năng lượng sạc lên tới 4 megawatt và dự kiến vào năm 2024.
Đối với các công ty hoạt động trong lĩnh vực xe điện đang phát triển nhanh và đang phát triển nhanh chóng, việc tìm kiếm đầu nối phù hợp cho hoạt động phù hợp là một quyết định cần thiết. May mắn thay, những giải pháp này đều nằm trong tầm tay cho dù đó là giải pháp nội bộ hay sản phẩm được cung cấp thông qua một công ty chuyên biệt như Stäubli.