Электромобиль на

Поскольку мир готовится к революции электромобилей, по-прежнему верно, что скорость адаптации низкая. Электромобили (электромобили), несмотря на то, что они более экологичный, плавный и дешевый вид транспорта, пока не кажутся практичными. Причина в двух словах: Стоимость и Экосистема. В настоящее время электромобили оцениваются в основном на уровне бензиновых автомобилей, что делает их менее важным выбором для покупателей. Ожидается, что развитие аккумуляторных технологий и государственные схемы снизят стоимость электромобилей в будущем.

Вторая часть заключается в том, что у покупателей нет надлежащей экосистемы, позволяющей без особых хлопот использовать электромобиль. Под «Экосистемой» я имею в виду зарядные станции для зарядки вашего электромобиля, когда у вас заканчивается заряд батареи. Представьте, что вы используете бензиновый автомобиль, когда в вашем городе нет заправочных станций, и единственное место, где вы можете заправиться, - это ваш дом, к тому же вам понадобится как минимум 6-8 часов, чтобы зарядить типичный электромобиль. Многие компании, такие как Tesla, EVgo, точки зарядки и т. Д., Уже признали эту проблему, установив зарядные станции по всей стране. Что касается таких стран, как Нидерланды, которые обещали отказаться от бензиновых двигателей к 2035 году, они уверены, что дороги будущего будут заменены электромобилями вместо двигателей внутреннего сгорания, и вокруг нас появится множество станций зарядки электромобилей.

Но как работают зарядные станции для электромобилей ? Может ли одна зарядная станция заряжать все типы электромобилей? Какие бывают типы зарядных устройств для электромобилей ? Какие протоколы используются для зарядных устройств для электромобилей? В этой статье мы обсудим ответы на все эти вопросы, а также поймем, что представляет собой зарядная станция для электромобилей и стоящие за ней подсистемы. Прежде чем продолжить, вы должны прочитать об аккумуляторах, используемых в электромобиле, и о том, как работает система управления батареями внутри электромобиля.

Оборудование для электроснабжения электромобилей (EVSE)

Оборудование, составляющее зарядную станцию ​​для электромобилей, в совокупности называется оборудованием для снабжения электромобилей (EVSE). Этот термин более популярен и относится только к зарядным станциям. Некоторые люди также называют его ECS, что означает электрическая зарядная станция.

EVSE разработан и спроектирован для зарядки аккумуляторной батареи с использованием сети для подачи энергии; эти аккумуляторные батареи могут присутствовать в электромобиле (EV) или в подключаемом к сети электромобиле (PEV). Питание, разъем и протокол для этих EVSE будут различаться в зависимости от конструкции, которую мы обсудим в этой статье.

Бортовые зарядные устройства и зарядные станции

Прежде чем мы перейдем к зарядным станциям, важно понять, что находится внутри электромобиля и к какой части будет подключено зарядное устройство. Большинство электромобилей сегодня поставляются с бортовым зарядным устройством (OBC), и производитель также предоставляет зарядное устройство вместе с автомобилем. Эти зарядные устройства вместе с бортовым зарядным устройством могут использоваться покупателем для зарядки своего электромобиля от домашней розетки, как только он / она получит его домой. Но эти зарядные устройства очень простые и не имеют каких-либо дополнительных функций, и, следовательно, для зарядки типичного электромобиля обычно требуется около 8 часов.

Типы зарядных станций для электромобилей (EVSE)

Зарядные станции можно условно разделить на два типа: зарядные станции переменного тока и зарядные станции постоянного тока.

AC Зарядная станция, как следует из названия обеспечивает AC степенной вид сетки к EV, который затем преобразуется в постоянный ток с помощью бортового зарядного устройства для зарядки автомобиля. Эти зарядные устройства также называются зарядными устройствами уровня 1 и уровня 2, которые используются в жилых и коммерческих помещениях. Преимущество зарядной станции переменного тока заключается в том, что бортовое зарядное устройство будет регулировать напряжение и ток в соответствии с требованиями для электромобиля, поэтому для зарядной станции не обязательно связываться с электромобилем. Недостатокего низкая выходная мощность, увеличивающая время зарядки. Типичная система зарядки переменного тока показана на рисунке ниже. Как мы видим, переменный ток из сети подается напрямую в OBC через EVSE, затем OBC преобразует его в постоянный ток и заряжает аккумулятор через BMS. Контрольный провод используется для определения типа зарядного устройства, подключенного к электромобилю, и установки необходимого входного тока для OBC. Мы обсудим это позже.

DC зарядная станция получает AC виде степенного сетки и преобразует его в напряжение и использования DC это зарядить аккумуляторную батарею непосредственно, минуя бортового зарядного (OBS). Эти зарядные устройства обычно выдают высокое напряжение до 600 В и ток до 400 А, что позволяет заряжать электромобиль менее чем за 30 минут по сравнению с 8-16 часами на зарядном устройстве переменного тока. Они также называются зарядными устройствами уровня 3 и широко известны как устройства быстрой зарядки постоянного тока (DCFC) или супер-зарядные устройства. Преимуществом этого типа зарядного устройства является быстрое время зарядки, а недостатком - сложная конструкция.где ему необходимо связаться с электромобилем, чтобы заряжать его эффективно и безопасно. Типичная система зарядки постоянным током показана ниже, так как вы можете видеть, что EVSE подает постоянный ток непосредственно на аккумулятор, минуя OBS. EVSE скомпонован стеками для обеспечения высокого тока, при этом один стек не сможет обеспечить высокий ток из-за ограничений переключателя мощности.

Обычно зарядные устройства уровня 1 предназначены для использования в жилых помещениях, это зарядные устройства, предоставляемые производителями вместе с электромобилем, которые можно использовать для зарядки электромобиля от стандартных домашних розеток. Таким образом, они работают от однофазного источника переменного тока и могут выдавать от 12 до 16 А, а зарядка электромобиля мощностью 24 кВтч занимает около 17 часов. Уровень 1 зарядное устройство не имеет много роли в зарядных станции.

Зарядное устройство Level 2 предоставляются в качестве обновления для 1 -го уровня зарядного устройства оно либо может быть установлено в доме, по специальному заказу при условии, что дом имеет разделение фаз питания или могут использоваться в общественных / коммерческих зарядных станциях, а также. Эти зарядные устройства могут обеспечивать выходной ток до 80 А из-за высокого входного напряжения и могут заряжать электромобиль за 8 часов. Зарядное устройство Level 3 или Супер зарядные устройства предназначены для только общественности зарядных станций. Они требуют многофазного переменного тока от сети и потребляют более 240 кВт, что почти в 10 раз больше, чем у обычного кондиционера в нашем доме. Поэтому для работы этих зарядных устройств требуется специальное разрешение от сети.

На 2 -го уровня и 3 -го уровня зарядных устройств считаются более эффективными, чем зарядное устройство 1 -го уровня, так как в AC / DC и DC / DC преобразование происходит в самой EVSE. Из-за огромного размера и сложности зарядных устройств уровня 2 и уровня 3 их нельзя встроить в электромобиль, поскольку это увеличит вес и снизит эффективность электромобиля.

Тип зарядной станции	Уровень зарядного устройства	Напряжение и ток источника переменного тока	Зарядное Устройство	Время для зарядки аккумуляторной батареи 24 кВт · ч
Зарядная станция переменного тока	Уровень 1 - Жилой	Однофазный - 120/230 В и от ~ 12 до 16 А	От ~ 1,44 кВт до ~ 1,92 кВт	~ 17 часов
Зарядная станция переменного тока	Уровень 2 - Коммерческий	Расщепленная фаза - 208/240 В и от ~ 15 до 80 А	От ~ 3,1 кВт до ~ 19,2 кВт	~ 8 часов
Зарядная станция постоянного тока	Уровень 3 - Нагнетатель	Однофазный - 300/600 В и ~ 400 А	От ~ 120 кВт до ~ 240 кВт	~ 30 минут

Типы разъемов для зарядки электромобилей

Так же, как европейцы работают при 220 В 50 Гц, а американцы работают при 110 В 60 Гц, электромобили также имеют разные типы зарядных разъемов в зависимости от страны, в которой они производятся. Это привело к замешательству производителей ESVE, поскольку их нельзя легко сделать универсальными для всех электромобилей. Основные классификации разъемов для зарядных устройств переменного тока и зарядных устройств постоянного тока приведены ниже.

Розетки переменного тока для зарядки электромобилей:

Среди трех наиболее распространенных типов розеток для зарядки переменного тока - розетка JSAE1772, популярная в Северной Америке. Как вы можете видеть, вилка / разъем имеет несколько соединений: три широких контакта предназначены для фазы, нейтрали и заземления, а два маленьких контакта используются для связи между зарядным устройством и электромобилем (интерфейс пилота), мы обсудим это позже. Mennekes или VDE-AR-E используется в Европе для трехфазной системы зарядки переменного тока и, следовательно, может выдавать высокую мощность до 44 кВт. Le-Grand также представляет собой аналогичную розетку с защитной шторкой для предотвращения попадания мусора в розетку для зарядки. Согласно техническим стандартам только розетки HSAE 1772 и VDE-AR-E предлагается использовать во всех зарядных устройствах переменного тока будущего.

Гнезда для зарядки постоянного тока для электромобилей:

На стороне зарядного устройства постоянного тока имеется разъем для зарядного устройства CHAdeMO, который является наиболее популярным типом разъемов. Он был представлен Японией и вскоре адаптирован Францией и Кореей. Сегодня большинство электромобилей, таких как Nissan Leaf, Kia и т. Д., Имеют эти типы розеток. Разъем имеет два широких контакта для шин питания постоянного тока и контакты для протокола CAN. Как мы знаем, зарядные устройства постоянного тока уровня 3 не используют бортовое зарядное устройство и, следовательно, должны обеспечивать необходимое напряжение и ток для аккумуляторной батареи электромобиля. Это делается путем установления канала связи (пилотного канала) через протокол сети управления (CAN) с BMS аккумуляторной батареи. Затем BMS дает команду зарядному устройству начать процесс зарядки, контролирует его и затем запрашивает зарядное устройство прекратить зарядку.

У автомобилей Tesla есть свой собственный тип зарядных устройств, называемый суперзарядными устройствами, и, следовательно, они имеют свой собственный тип разъемов, как показано выше. Но они продают адаптер, который может преобразовать их порт для зарядки от зарядных устройств CHAdeMO или CSS. Зарядное устройство CDD - еще одна популярная розетка для зарядного устройства, которая сочетает в себе зарядные устройства переменного и постоянного тока. Как вы можете видеть на изображении, зарядное устройство разделено на два сегмента для поддержки постоянного и переменного тока. Он может поддерживать CAN и Power Line Communication (PLC) и широко используется в европейских автомобилях, таких как Audi, BMW, Ford, GM, Porsche и т. Д. Он может поддерживать выход постоянного тока до 400 кВт и выход переменного тока 43 кВт.

Зарядная станция EVSE AC - зарядные устройства уровня 1 и уровня 2

Зарядная станция уровня 1 и уровня 2 просто должна подавать питание переменного тока на бортовое зарядное устройство в электромобиле, которое затем позаботится о процессе зарядки; это может показаться на первый взгляд. Но они несут ответственность за подтверждение правильного количества энергии от сети, требуемого аккумуляторной батареей электромобиля, посредством связи с ним через пилотный провод. Подсистемы, присутствующие в типичной зарядной станции переменного тока, представленные в учебном документе TI, показаны ниже.

На уровне 1 зарядные устройства имеют максимальный выходной ток 16А из - за ограничений бытовой розетки, в то время как 2 -го уровня зарядные устройства могут обеспечить Шифрование до 80А при работе в снабжении Три фазы. В зарядных устройствах переменного тока уровня 1 и уровня 2 обычно используются стандартные разъемы SAEJ1772.

Как вы можете видеть, линия питания переменного тока (L1 и L2) подключена к разъему J1772 через реле. Это реле будет замкнуто, чтобы начать процесс зарядки, и разомкнуто, когда зарядка будет завершена. Связь с пилотным сигналом используется для определения состояния батареи, и центральная система обработки данных решает, сколько энергии должно подаваться на бортовое зарядное устройство. Мы обсудим