Khi số lượng xe điện ngày càng tăng, nhu cầu sạc không chỉ dừng lại ở việc tăng công suất mà còn hướng tới một mục tiêu khác: giảm tối đa thao tác của người sử dụng. Sau sự phát triển của sạc nhanh, sạc không dây và hệ thống quản lý năng lượng, robot sạc xe điện đang được nghiên cứu và triển khai như một bước tiếp theo trong quá trình tự động hóa.
Thay vì người lái phải xuống xe, lấy dây và cắm đầu sạc, một hệ thống robot có thể xác định vị trí cổng sạc, đưa đầu nối đến đúng vị trí và bắt đầu phiên sạc. Khi quá trình hoàn tất, robot có thể ngắt kết nối và đưa đầu sạc về vị trí ban đầu.
Công nghệ này đặc biệt đáng chú ý đối với bãi đỗ thông minh, đội xe thương mại, xe tự hành, depot và các khu vực có số lượng phương tiện lớn. Tuy nhiên, robot sạc không đơn giản chỉ là một bộ sạc có thêm cánh tay cơ khí. Đằng sau đó là sự kết hợp giữa cơ khí, cảm biến, điều khiển, phần mềm, giao tiếp phương tiện và quản lý năng lượng.
Robot sạc xe điện là hệ thống tự động thực hiện thao tác kết nối giữa xe điện và thiết bị sạc mà không cần người dùng trực tiếp cắm hoặc tháo đầu sạc.
Robot có thể được thiết kế dưới nhiều dạng khác nhau. Một số hệ thống sử dụng cánh tay robot đặt cố định bên cạnh vị trí đỗ. Một số khác sử dụng cơ cấu di động có khả năng di chuyển đến từng phương tiện. Ngoài ra còn có các thiết kế tích hợp cơ cấu kết nối trực tiếp với bãi đỗ hoặc phương tiện.
Điểm chung của các hệ thống này là khả năng nhận diện vị trí phương tiện, xác định điểm kết nối và thực hiện quá trình cắm sạc tự động.
Một phiên sạc tự động thường bao gồm nhiều bước liên tiếp. Hệ thống phải biết xe đang ở đâu, cổng sạc nằm ở vị trí nào, xe có cho phép sạc hay không và khi nào cần kết thúc phiên sạc.
Xe đi vào vị trí đỗ hoặc được hệ thống điều phối đến khu vực sạc. Camera, cảm biến hoặc phần mềm quản lý có thể được sử dụng để xác định phương tiện và vị trí của xe.
Robot cần xác định chính xác vị trí cổng sạc trên xe. Tùy thiết kế, hệ thống có thể sử dụng camera, cảm biến khoảng cách, dữ liệu vị trí hoặc thông tin được trao đổi giữa xe và hệ thống sạc.
Cánh tay robot di chuyển theo quỹ đạo được tính toán để đưa đầu nối đến cổng sạc. Hệ thống phải kiểm soát tốc độ và lực tác động nhằm hạn chế nguy cơ va chạm hoặc kết nối sai.
Sau khi đầu nối được đưa vào vị trí, hệ thống kiểm tra trạng thái kết nối và các điều kiện an toàn trước khi bắt đầu truyền năng lượng.
Bộ sạc cung cấp năng lượng cho xe theo công suất được cho phép. Trong quá trình này, các thông số như dòng điện, điện áp, nhiệt độ và trạng thái phiên sạc có thể được giám sát liên tục.
Khi xe đạt mức năng lượng yêu cầu hoặc hệ thống nhận lệnh kết thúc, robot dừng quá trình truyền điện, tháo đầu nối và đưa về vị trí an toàn.
Một hệ thống robot sạc hoàn chỉnh thường bao gồm nhiều thành phần phối hợp với nhau.
Robot sạc và sạc không dây đều hướng tới mục tiêu giảm thao tác thủ công nhưng sử dụng hai phương pháp khác nhau.
| Tiêu chí | Robot sạc | Sạc không dây |
|---|---|---|
| Kết nối | Đầu nối vật lý | Truyền năng lượng không dây |
| Thao tác cắm cáp | Robot thực hiện | Không cần cắm cáp |
| Thiết bị cơ khí | Cần cơ cấu robot | Không cần cánh tay robot |
| Yêu cầu vị trí | Cần robot tiếp cận đúng cổng sạc | Cần căn chỉnh vùng truyền năng lượng |
| Khả năng tự động hóa | Cao | Cao |
| Khả năng sử dụng đầu nối hiện có | Có thể tận dụng hệ thống sạc có dây tương thích | Cần phần cứng truyền và nhận năng lượng riêng |
Vì vậy, robot sạc có thể được xem là một phương án tự động hóa thao tác kết nối vật lý, trong khi sạc không dây thay đổi hoàn toàn phương thức truyền năng lượng.
Trong mô hình truyền thống, người lái phải tìm vị trí đỗ, lấy dây sạc, mở cổng sạc và kết nối đầu nối. Khi phiên sạc kết thúc, các thao tác này phải được thực hiện theo chiều ngược lại.
Robot có thể đảm nhận phần lớn quy trình này. Người dùng chỉ cần đưa xe vào đúng khu vực và xác nhận phiên sạc nếu hệ thống yêu cầu.
Việc kéo dây sạc công suất cao có thể không thuận tiện đối với một số người dùng. Đầu nối và cáp của các hệ thống công suất lớn có thể có kích thước và trọng lượng đáng kể.
Tự động hóa thao tác kết nối có thể giúp trải nghiệm sử dụng đơn giản hơn, đặc biệt tại các trạm sạc công cộng hoặc bãi đỗ có tần suất sử dụng cao.
Đối với đội xe, việc nhân viên phải liên tục kiểm tra và cắm sạc cho từng phương tiện có thể làm tăng khối lượng công việc. Robot có thể tự động thực hiện thao tác kết nối theo lịch được thiết lập.
Một trong những môi trường phù hợp với robot sạc là bãi đỗ xe thông minh. Xe có thể được điều phối đến vị trí đỗ, sau đó hệ thống tự động xác định xe nào cần sạc và robot thực hiện kết nối.
Ví dụ, một bãi đỗ có thể chứa nhiều xe điện với mức pin khác nhau. Thay vì tất cả phương tiện cùng sạc ngay khi đỗ, hệ thống quản lý có thể xây dựng lịch sạc dựa trên thời gian xe dự kiến rời bãi, mức pin và công suất điện khả dụng.
Robot sau đó thực hiện kết nối theo lịch đã được tối ưu hóa.
Đội xe thương mại là một trong những nhóm có thể hưởng lợi từ tự động hóa sạc. Xe giao hàng, taxi, xe dịch vụ hoặc phương tiện vận tải thường có lịch vận hành tương đối rõ ràng.
Khi xe trở về depot, hệ thống có thể nhận diện phương tiện, kiểm tra mức pin và đưa xe vào lịch sạc. Robot kết nối xe với bộ sạc mà không cần tài xế hoặc nhân viên thực hiện thao tác thủ công.
Điều này đặc biệt hữu ích khi số lượng phương tiện lớn và thời gian xe ở depot bị giới hạn.
Robot chỉ giải quyết bài toán kết nối. Để hệ thống hoạt động hiệu quả ở quy mô lớn, cần có thêm EMS hoặc nền tảng quản lý năng lượng để quyết định khi nào và xe nào nên được sạc.
Hệ thống có thể xem xét nhiều yếu tố như:
Nhờ đó, robot không chỉ thực hiện lệnh cắm sạc mà trở thành một phần trong chuỗi tự động hóa của toàn bộ hệ thống năng lượng.
Khi số lượng xe điện cùng sạc tăng lên, phụ tải của depot hoặc trạm sạc có thể tăng mạnh. BESS có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng và hỗ trợ hệ thống trong những thời điểm nhu cầu cao.
EMS có thể điều phối giữa lưới điện, BESS và các bộ sạc. Robot thực hiện kết nối vật lý với phương tiện, trong khi hệ thống năng lượng quyết định mức công suất và thời điểm sạc.
Mô hình này tạo thành một chuỗi tự động hóa gồm phương tiện, robot, bộ sạc, BESS và EMS.
Về nguyên lý, robot có thể được tích hợp với hệ thống sạc DC. Tuy nhiên, khi công suất tăng, yêu cầu về thiết kế đầu nối, cáp, cơ cấu chuyển động và an toàn cũng trở nên khắt khe hơn.
Cáp của hệ thống DC công suất cao có thể lớn và nặng hơn cáp của các bộ sạc công suất thấp. Robot vì vậy phải có đủ khả năng chịu tải và kiểm soát chuyển động chính xác.
Đây cũng là lý do thiết kế robot sạc không chỉ đơn giản là gắn một cánh tay robot vào một bộ sạc hiện có. Toàn bộ hệ thống cơ khí và điều khiển cần được thiết kế để đảm bảo độ tin cậy trong hàng nghìn hoặc hàng chục nghìn chu kỳ kết nối.
Cổng sạc trên xe có thể nằm ở những vị trí khác nhau tùy thiết kế phương tiện. Robot phải xác định chính xác vị trí và điều chỉnh chuyển động để đưa đầu nối vào đúng vị trí.
Khu vực xung quanh xe có thể xuất hiện người, hành lý hoặc các vật thể khác. Robot cần có cơ chế phát hiện vật cản và dừng chuyển động khi phát hiện điều kiện không an toàn.
Mỗi phiên sạc tạo ra ít nhất một chu kỳ kết nối và ngắt kết nối. Với một trạm có hàng trăm phiên sạc mỗi ngày, số lượng chu kỳ cơ khí có thể tăng rất nhanh.
Do đó, các khớp robot, cơ cấu truyền động, đầu nối và hệ thống định vị phải được thiết kế để hoạt động ổn định trong thời gian dài.
Robot sạc có thêm nhiều thành phần so với một bộ sạc thông thường. Ngoài bộ sạc, hệ thống cần robot, cảm biến, bộ điều khiển và phần mềm. Điều này có thể làm tăng chi phí đầu tư ban đầu.
Hiệu quả kinh tế vì vậy phụ thuộc vào số lượng phương tiện, tần suất sử dụng và giá trị của việc tự động hóa.
Nếu một trạm phục vụ nhiều mẫu xe, vị trí cổng sạc có thể khác nhau. Hệ thống robot phải có khả năng thích ứng với những khác biệt này hoặc được thiết kế để phục vụ một nhóm phương tiện đã được xác định trước.
Đây là một hướng ứng dụng có tiềm năng nhưng cũng đặt ra nhiều yêu cầu. Trạm công cộng thường phải phục vụ nhiều loại phương tiện và người dùng khác nhau.
Nếu robot có khả năng nhận diện nhiều mẫu xe và tự động điều chỉnh vị trí đầu nối, trải nghiệm sử dụng có thể được cải thiện. Tuy nhiên, hệ thống cũng phải đáp ứng yêu cầu cao về độ tin cậy, thời gian phục vụ và an toàn.
Trong giai đoạn đầu, robot sạc có thể phù hợp hơn với các môi trường được kiểm soát như depot, bãi đỗ riêng, đội xe doanh nghiệp hoặc các phương tiện có thiết kế tương đồng.
Sự phát triển của xe tự hành có thể tạo ra nhu cầu lớn hơn đối với robot sạc. Khi phương tiện không cần người lái, việc yêu cầu con người xuống xe để cắm cáp sẽ trở thành một điểm hạn chế trong quy trình vận hành tự động.
Trong mô hình tương lai, xe có thể tự di chuyển đến khu vực sạc, robot nhận diện phương tiện và thực hiện kết nối. Sau khi sạc xong, xe có thể tự rời vị trí để nhường chỗ cho phương tiện tiếp theo.
Đây là một trong những kịch bản mà robot sạc có thể mang lại giá trị rõ rệt nhất.
Robot sạc và sạc không dây không nhất thiết phải loại trừ nhau. Hai công nghệ có thể cùng xuất hiện trong một hệ thống tùy theo mục tiêu thiết kế.
Robot có thể được sử dụng để tự động kết nối đầu sạc vật lý, trong khi một hệ thống khác có thể sử dụng truyền năng lượng không dây. Việc lựa chọn phương án nào phụ thuộc vào công suất, không gian, chi phí và yêu cầu tự động hóa.
Trong tương lai, các hệ thống sạc có thể được thiết kế theo hướng kết hợp nhiều phương thức nhằm phục vụ những nhóm phương tiện khác nhau.
Robot sạc chỉ là một thành phần trong quá trình tự động hóa. Một trạm sạc EV hoàn toàn tự động có thể bao gồm nhiều lớp công nghệ:
Trong mô hình này, người vận hành không cần trực tiếp thực hiện từng thao tác. Phần mềm có thể nhận dữ liệu từ phương tiện, lập lịch sạc, điều phối robot và giám sát năng lượng trong toàn bộ hệ thống.
Đối với doanh nghiệp sở hữu đội xe điện, tự động hóa quá trình sạc có thể mang lại nhiều lợi ích về vận hành.
Tuy nhiên, doanh nghiệp cần đánh giá chi phí đầu tư và mức độ phù hợp với quy mô đội xe trước khi triển khai. Với đội xe nhỏ và thời gian sạc không quá phức tạp, giải pháp sạc truyền thống có thể vẫn đáp ứng tốt nhu cầu.
Xu hướng tự động hóa đang mở rộng từ phương tiện sang toàn bộ hệ sinh thái giao thông. Khi xe điện, bãi đỗ thông minh, Cloud Charging, EMS và xe tự hành ngày càng được kết nối, robot sạc có thể trở thành một thành phần quan trọng trong chuỗi vận hành.
Trong tương lai, thay vì người dùng phải chủ động tìm bộ sạc và kết nối phương tiện, hệ thống có thể tự xác định thời điểm sạc phù hợp, tìm vị trí sạc, kết nối xe và điều chỉnh công suất dựa trên nhu cầu vận hành.
Điều này biến hoạt động sạc từ một thao tác thủ công thành một quy trình tự động được điều phối bằng dữ liệu.
Sạc xe điện tự động bằng robot là một hướng phát triển đáng chú ý trong quá trình tự động hóa hạ tầng EV. Công nghệ này có khả năng giảm thao tác cắm sạc thủ công, hỗ trợ đội xe hoạt động liên tục và tạo nền tảng cho các mô hình bãi đỗ, depot và phương tiện tự hành.
Tuy nhiên, robot sạc vẫn phải giải quyết nhiều vấn đề về độ chính xác, an toàn, độ bền cơ khí, khả năng tương thích với nhiều phương tiện và chi phí đầu tư. Vì vậy, công nghệ này phù hợp nhất với những môi trường có nhu cầu tự động hóa cao và số lượng phương tiện đủ lớn để tạo ra giá trị kinh tế.
Trong bức tranh hạ tầng xe điện tương lai, robot sạc có thể không thay thế hoàn toàn phương pháp cắm sạc truyền thống mà sẽ trở thành một lớp tự động hóa bổ sung. Khi kết hợp với sạc DC công suất cao, BESS, EMS, Cloud Charging và hệ thống quản lý đội xe, robot có thể góp phần hình thành các trạm sạc thông minh với mức độ tự động hóa ngày càng cao.
CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ CYCLE ELECTRIC có thể nghiên cứu các giải pháp hạ tầng sạc EV theo hướng tích hợp thiết bị sạc, quản lý năng lượng và tự động hóa, phù hợp với nhu cầu vận hành thực tế của từng mô hình doanh nghiệp.
Phòng 5.09 , Lầu 5, Tòa nhà ST Moritz , Số 1014 Phạm Văn Đồng , Phường Hiệp Bình, TPHCM
© 2024 Cycle Electric.
