Какие бывают виды зарядок для электромобилей?
Существует три основных типа зарядки электромобилей — медленная, быстрая и сверхбыстрая. Медленно электромобиль можно заряжать, подключив его к розетке или зарядной станции.
Быструю зарядку постоянным током можно выполнить менее чем за час, и обычно ее можно найти только на общественных зарядных станциях, которые обычно расположены в общественных местах (на автостоянках, автозаправках, рядом с торговыми центрами, офисными зданиями, отелями).
В то время как медленные зарядки используют переменный ток (AC), быстрые и сверхбыстрые используют постоянный ток (DC). Медленные зарядные устройства переменного тока дешевле. Зарядка постоянным током позволяет передавать большую мощность за короткое время.
Зарядка среднего электромобиля в стандартной точке быстрой зарядки мощностью 50 кВт занимает около часа, но некоторые модели электромобилей могут заряжаться до 80% всего за 20 - 30 минут.
Зарядка переменным током
Аккумуляторы электромобилей заряжаются и хранят постоянный ток (так же, как сотовые телефоны, компьютеры и некоторая другая электроника). В то время как большая часть передачи электроэнергии в электрической сети к месту использования осуществляется посредством переменного тока.
Это означает, что где-то в процессе зарядки переменный ток должен быть преобразован в постоянный, поэтому в каждом электромобиле есть встроенное бортовое зарядное устройство, которое берет переменный ток от зарядного кабеля и преобразует его в постоянный для зарядки аккумулятора.
Но бортовые зарядные устройства не на 100% эффективны при преобразовании переменного тока в постоянный, поэтому от 5% до 15% мощности сети в процессе преобразования превращается в тепло. Эффективность здесь полностью зависит от бортового зарядного устройства электромобиля, и это, конечно, зависит от модели электромобиля.
В отличие от сверхбыстрых и быстрых зарядных устройств, у большинства медленных зарядных устройств нет кабеля, а это означает, что для подключения электромобиля к точке зарядки, например к стандартной розетке, требуется специальный кабель.
Медленная зарядка – распространенный метод зарядки переменным током, применяемый в бытовых условиях. Тем не менее нередко можно увидеть медленные зарядные станции для электромобилей, развернутые в местах, где автомобили могут оставаться припаркованными в течение длительного периода времени, например, на круглосуточных общественных парковках и на рабочих местах.
Установив домашнюю зарядную станцию, можно значительно сократить время зарядки по сравнению с зарядкой от домашней розетки. Домашняя зарядная станция может быть установлена на стене (в гараже) или отдельно (на улице).
Кабель для зарядки электромобиля
Зарядка постоянным током
Быстрые зарядные устройства постоянного тока выполняют преобразование переменного тока в постоянный на самой зарядной станции. Они теряют от 5% до 10% мощности из сети в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Таким образом, они могут быть немного более эффективными, чем бортовое зарядное устройство электромобиля, и, поскольку это преобразование уже выполнено на зарядной станции, зарядка происходит быстрее.
Преобразователь в зарядной станции может быть значительно больше и тяжелее, чем в автомобиле, поэтому он обеспечивает более высокую производительность. Обычное быстрое зарядное устройство постоянного тока обеспечивает выходную мощность 50 кВт, но нередки выходы до 150 кВт или даже 350 кВт.
Интересно, что во время зарядки постоянным током преобразователь в зарядной станции в основном ведет себя как часть автомобиля, заменяя встроенный преобразователь, который в этот момент вышел из строя
Быстрая зарядка электромобилей постоянным током наиболее подходит для коммерческого и корпоративного использования.
Сверхбыстрые зарядные устройства — это самый быстрый способ зарядить электромобиль. Обычно они расположены в сети автомобильных дорог, на заправочных станциях или вблизи основных магистралей.
Все устройства для быстрой и сверхбыстрой зарядки оснащены зарядными кабелями, и такие виды зарядки можно использовать только на транспортных средствах, которые их поддерживают. Ярким примером быстрой зарядки является сеть Tesla Supercharger.
Зарядные станции Tesla
Сколько времени нужно, чтобы зарядить электромобиль?
В зависимости от используемого метода зарядки автомобиля различается как мощность зарядки, так и время, которое автомобиль должен провести на зарядном устройстве для зарядки.
Время зарядки зависит от типа зарядного устройства и заряжаемого электромобиля. Мощность здесь указана в киловаттах (кВт), а старые аккумуляторные автомобили имели более низкую мощность, обычно 50-100 кВт, сегодня даже мощность 250 кВт не является редкостью.
Итак, сколько времени нужно, чтобы зарядить электромобиль? Для расчета среднего времени зарядки электромобиля в часах достаточно поделить емкость аккумулятора на мощность зарядки. При этом нужно учитывать факт, что при зарядке на быстром зарядном устройстве выше уровня заряда около 80% зарядка значительно замедляется, а затем происходит очень медленно.
В целом зарядить электромобиль от стандартной розетки 230 В можно за 8-12 часов, т.е. в идеале за ночь. Зарядить электромобиль можно за 3-5 часов от домашнего зарядного устройства. На станции быстрой зарядки можно полностью зарядить аккумулятор за 90 минут, а аккумулятор на 80% можно зарядить всего за 30 минут.
В будущем ученые обещают создать зарядное устройство, которое позволит заряжать электромобили за время, сравнимое с заправкой жидким топливом. Этот метод должен быть введен в коммерческую эксплуатацию в течение пяти лет.
К этой зарядной станции постоянного тока можно подключить от двух до четырех электромобилей, благодаря активному управлению зарядной станцией, еще один электромобиль можно подключить на любом этапе зарядки уже подключенного электромобиля, при этом мощность будет распределяться поровну между ними.
Режимы зарядки электромобилей
Всего определено 4 режима зарядки. Согласно стандарту IEC 61851 существуют разные способы зарядки аккумулятора электромобиля. Режим зарядки различает всего три вида зарядки переменным током - AC и один режим зарядки постоянным током - DC.
Режим зарядки 1
Автомобиль заряжается переменным током от стандартного подключаемого устройства. Для однофазной сети допускается напряжение до 250 В, для трехфазной сети до 480 В. Максимальный зарядный ток достигает 16 А. При таком режиме зарядки между транспортными средствами отсутствует зарядная станция.
Обязательным условием является то, что подключаемое устройство со стороны инфраструктуры защищено защитным устройством от тока короткого замыкания. Поскольку это не всегда обеспечивается в старых установках, рекомендуется зарядка в режиме 2.
Режим зарядки 2
Режим зарядки 2 описывает подключение электромобиля к электроустановке через стандартную европейскую вилку. Его можно использовать везде, где нельзя гарантировать работоспособность защитных устройств. Особенно это относится к старым электроустановкам с более низкими параметрами.
Зарядный кабель включает в себя контроллер, контактор и индикаторы состояния, а также регулируемый ограничитель тока. Максимально допустимый зарядный ток составляет 13 А, так как более высокие токи вызывают опасность возгорания из-за перегрева. Такой режим зарядки де-факто возможен где угодно и считается аварийной зарядкой. Зарядные кабели Mode 2 обычно входят в комплект каждого автомобиля.
Режим зарядки 3
Для режима зарядки 3 необходимый сетевой фильтр уже встроен в зарядную станцию. Зарядная станция обеспечивает связь с автомобилем. Таким образом, автомобиль можно заряжать до 63 А в трехфазной сети.
Режим зарядки 4
Режим зарядки 4 относится к зарядке постоянным током и предназначен для так называемой быстрой зарядки электромобилей. Зарядка осуществляется с помощью зарядного кабеля, который с одной стороны прочно подсоединен к зарядной станции, а с другой — к зарядной розетке автомобиля.
Зарядные станции на парковке автомобилей
Различные стандарты быстрой зарядки
Сегодня на рынке представлены разные и несовместимые друг с другом варианты зарядных вилок и розеток. Во всем мире установлено 5 стандартов для быстрой зарядки:
- CCS (Combo 2) — комбинированная система зарядки — в основном в Европе и США;
- CCS (Combo 1) - комбинированная система зарядки 1 фаза - особенно в США;
- CHAdeMO - "CHArge DE MOve" - стандарт, особенно в Японии;
- Tesla Supercharger;
- GB/T – стандарт, особенно распространенный в Китае.
Различные типы зарядных розеток
В нашей стране набирают популярность 3 основные системы быстрой зарядки постоянного тока: CCS (Combo 2), CHAdeMO и Tesla Supercharger.
CCS - разъем для комбинированной системы зарядки и зарядный кабель типа Mennekes
Разъем под названием CCS (Combined Charging System) в основном стал стандартом для быстрой зарядки постоянным током. А по форме это просто удлиненный разъем типа Mennekes, который, в свою очередь, является стандартом для зарядки переменным током и поэтому он используется как с домашними розетками, так и кабелем, поставляемым в комплекте с автомобилем, с возможностью подключения к розетке 230 В или трехфазной розетке 400 В.
Другие типы разъемов используются, например, в Азии или США, но европейским автомобилистам обычно не приходится с ними сталкиваться. Тем не менее, отправляясь куда-либо за пределы ЕС, стоит проверить, какие разъемы есть на зарядных станциях и какие розетки используются в стране, и вооружиться необходимыми переходниками.
Тренденции в развитии зарядных станций:
Что такое умная зарядка (Smart charging)
Интеграция солнечной энергии с двунаправленными зарядными устройствами для электромобилей