Что такое зарядная станция для электромобиля, ее особенности и виды

Ввиду активного повсеместного развития электромобилей, а также роста их популярности актуальным становится вопрос зарядки таких транспортных средств. Эта статья посвящена тому, что такое зарядная станция для электромобиля, какие бывают их разновидности, от чего зависит скорость зарядки, а также многим другим нюансам.

Что такое электромобиль

Прежде чем переходить к вопросам зарядки, стоит разобраться, что такое электромобиль. Это транспортное средство, которое приводится в движение при помощи электрического мотора, питающегося от автономного источника электропитания (аккумулятора или топливных элементов).

Автомобили с гибридными силовыми установками, имеющие и электромотор, и двигатель внутреннего сгорания, не относятся к электромобилям. Также не стоит к ним относить троллейбусы и трамваи

Часто автомобили с электроприводами называют электрокарами, но это довольно поверхностное определение. Электромобили имеют массу тонкостей и нюансов, а также преимуществ, которые отличают их от других видов транспорта, но в то же время им присущи некоторые недостатки.

Тонкости зарядки электромобилей

Покупая электрический автомобиль, стоит подумать о том, как и где заряжать аккумулятор. Этот вопрос весьма актуален в условиях быстрого роста популярности подобного вида транспорта. И здесь все довольно просто. Производители заботятся о том, чтобы владельцы «зеленых» машин смогли зарядить свое транспортное средство без проблем даже без доступа к специализированным зарядным станциям, о которых мы еще поговорим ниже. Всего существует три способа зарядки электромобиля:

• От обычной бытовой розетки – в комплекте к автомобилю всегда прилагается зарядное устройство, которое работает от обычных розеток с напряжением 110 и 220 вольт (в зависимости от страны). Плюс в том, что это доступно каждому. Минус в скорости зарядки: это самый медленный способ.
• От специальной трехфазной розетки – такой источник питания можно сделать и в своем гараже, но только при наличии трехфазного ввода, который можно сделать, получив соответствующее разрешение от городских или районных электросетей. Как правило, такие розетки имеются на заводах, на некоторых СТО, мойках и так далее.  Однозначное преимущество – в увеличенной скорости зарядки.
• Станция быстрой зарядки – сети электрозаправочных станций в крупных городах растут довольно быстро. Для максимального повышения мощности могут быть организованы на схеме постоянного тока. Это самый быстрый способ зарядки.

Говоря о последнем варианте, стоит заметить, что, к сожалению, на данный момент таких станций катастрофически мало. Более того, подавляющее большинство сосредоточено в городах. Но если выехать за пределы городского массива, то АЗС для электрокаров встречаются крайне редко, из-за чего дальность загородных поездок сильно ограничивается.

Если же говорить о Москве, то в самом городе работает множество электрозаправочных станций. Более того, с 2012 года компания МОЭСК начала проект по развитию зарядной инфраструктуры для электромобилей в пределах города Москвы.

Потребность зарядных станций на дорогах

Необходимость специализированных зарядных станций на дорогах вполне очевидна ввиду резкого роста количества электрических машин. Более того, ощущается острая нехватка и необходимость таких установок и за пределами города, так как именно на загородных трассах сложнее всего найти место для подзарядки.

Запас хода у среднего современного электромобиля составляет около 200 км, чего для городских поездок более чем достаточно. А заряжать АКБ можно в гараже, оставив автомобиль на зарядке на всю ночь.

Однако в междугородних поездках такого запаса хода, как правило, не хватает. И даже если найти где-то обычную розетку, то мало у кого есть возможность ждать несколько часов для подзарядки батареи.

Поэтому зарядные станции для электромобилей на загородных трассах крайне важны. Ведь они позволяют зарядить автомобиль максимально быстро, а их достаточное количество сможет практически полностью устранить недостаток запаса хода электромобилей и поможет их более быстрому развитию.

Технологически развитые страны активно развивают сети электрозаправозных станций, а за последние полгода количество автомобилей с электрическими силовыми установками выросло вдвое и составило уже два миллиона единиц.

Типы зарядных станций для электромобилей

Сразу стоит отметить, что данная технология стоит в самом начале своего развития. Поэтому на сегодня существует всего два типа АЗС для электромобилей:

• проводные – традиционное подключение к специальной розетке;
• беспроводные – автомобиль заезжает на специальную площадку, на которой зарядка АКБ происходит без участия проводов.

Проводные зарядки, в свою очередь, также подразделяются на несколько типов:

• Mode 1 – самый слабый и устаревший способ, который не требует наличия специального оборудования. Подключение происходит через обычную бытовую розетку. Максимальное напряжение – 220 вольт для европейских стран и 110 вольт для США.
• Mode 2 – стандарт для большинства зарядный станций, использующих схему переменного тока с напряжением 220 вольт (110 В для США). Источником питания также выступает обычная бытовая розетка, но посредством специальных зарядных устройств.
• Mode 3 – самая мощная схема для станций с переменным током. Может использоваться однофазная или трехфазная цепь питания с максимальным напряжением 380 вольт.
• Mode 4 – зарядные станции, которые используют постоянный ток с напряжением до 500 вольт. Отличаются максимальной мощностью зарядного тока. Важно понимать, что не все автомобили поддерживают такой способ зарядки (так называемый Fast Charge). Но те модели, которые поддерживают, могут заряжаться до 80% всего за 30 минут.

Если с первым типом все понятно, то с беспроводными технологиями все не так просто. Во-первых, существует масса нюансов, таких как потери мощности с увеличением расстояния от источника излучения, сложность конструкции, увеличение времени для полной зарядки и так далее.

Во-вторых, это довольно дорогостоящая система, реализовывать которую стоит только в частных случаях, ведь для быстрой зарядки они не подходят. Но они имеют и определенные преимущества. Поэтому давайте рассмотрим их подробнее.

Беспроводные зарядки для электромобилей

Разработки беспроводных зарядок для электромобилей ведутся довольно активно. И уже сегодня некоторые производители выпускают беспроводные зарядки мощностью в 20 кВт. А в будущем планируется достичь 50 кВт, что практически не уступает проводным аналогам. Однако это всего лишь теория. На практике же все несколько иначе.

Во-первых, для беспроводной зарядки сам электромобиль должен быть оснащен системой, которая сможет принимать заряд. Во-вторых, такие цифры доступны при идеальных условиях. Но чем дальше автомобиль от источника излучения, чем больше между устройствами приема и излучения электромагнитных волн преград, тем слабее будет зарядка. Однако если речь идет о частном доме с большим гаражом, в котором можно оборудовать площадку для беспроводной зарядки, это довольно удобно.

Но если говорить о придорожных зарядных станциях, то время в этом случае главный фактор, ведь вам потребуется как можно быстрее зарядить свое транспортное средство и ехать дальше. А если речь идет об обычных гаражах, то в первую очередь стоит подумать о рентабельности покупки и наличии свободного пространства.

Преимуществами беспроводных установок являются универсальность – вам не придётся подбирать нужный тип коннектора (розетки) под вашу модель автомобиля, – а также безопасность. Поскольку вы не имеете дело с разъемами и розетками, то риск получить удар током сводится к нулю. При этом нет износа проводов и коннекторов

Стоит ли устанавливать беспроводную зарядку – это уже решение сугубо личное. Если говорить об инфраструктуре АЗС для электрических видов транспорта, то вряд ли в скором времени мы увидим беспроводные станции на дорогах (о причинах было сказано выше). Да и с экономической точки зрения беспроводная установка для зарядки нерентабельна.

Основные технические параметры

Все типы зарядных установок имеют общие технические параметры. К ним относятся:

• скорость зарядки;
• виды розеток – только для проводных станций;
• силовая установка – мощность, сила тока и так далее;
• наличие дополнительных функций.

При выборе оборудования для установки зарядной станции все они учитываются в первую очередь. Поэтому давайте рассмотрим их подробнее.

Время для полной зарядки

Скорость зарядки аккумуляторной батареи зависит от нескольких параметров:

• мощности зарядки;
• ёмкости батареи;
• максимальной мощности контроллера заряда в автомобиле.

Из этих трех параметров складывается время, необходимое для полного заряда вашего автомобиля.

Итак, мощность зарядки. Здесь все просто: чем она выше, тем быстрее будет заряжаться аккумулятор.

Существуют однофазная и трехфазная цепь питания. Однофазная цепь – это обычная бытовая розетка, в которой есть два контакта:

• фаза – 220 вольт;
• ноль – необходим для работы всей цепи.

Такая схема питания не способна выдать большую мощность. Её максимум – около 3,5 кВт. Это обусловлено правилами безопасности, которые ограничивают бытовые розетки такими параметрами, как 220 вольт и 16 ампер (считаем мощность путем умножения напряжения на силу тока 220*16=3520 Вт или 3,5 кВт).

Конечно, есть и другие факторы (сечение проводов, мощность прерывателей и так далее), но при идеальных условиях такая розетка выдаст максимально 3,5 кВт для зарядки вашего авто.

Для повышения мощности используются трехфазные цепи. В таких розетках минимум три контакта, два их которых являются фазами. Напряжение в них составляет 380 вольт, а мощность можно повышать до предельных значений (зависит от контроллера в автомобиле). В этом случае именно контроллер будет ограничивать мощность во избежание перегрева и выхода из строя батарей.

Чем больше ёмкость батареи, тем дольше она будет заполняться при прочих равных. Например, если зарядная станция будет выдавать 10 кВт в час, а емкость батареи составляет 65 кВт*часов, то для полного заряда такого АКБ потребуется 6,5 часов. То есть батарея мощностью 65 кВт/ч сможет выдавать мощность 65 кВт на протяжении одного часа или же сможет крутить двигатель на 1 кВт на протяжении 65 часов.

Конечно, есть потери на проводах и разъемах, преобразователях и контроллерах и так далее, но в целом схема приблизительно такая. Да и потери не такие уж и большие, чтобы значительно влиять на подобные вычисления.

Учитывая все вышесказанное, вы сможете приблизительно рассчитать, сколько по времени заряжается электромобиль на заправке, зная емкость батареи и мощность зарядки (указывается на всех зарядных станциях).

Виды розеток

Итак, со скоростью зарядки разобрались. Но стоит учитывать и типы розеток на зарядочных станциях. В первую очередь они делятся по типу тока:

• DC – для постоянного тока. Такие розетки рассчитаны на большую силу тока до 250 ампер и мощностью до 200 кВт в час.
• AC – для переменного тока. Данный вид имеет худшие показатели: до 32 А и не более 22 кВт (в условиях однофазной схемы).
• CCS – комбинированная розетка, позволяющая использовать как переменный так и постоянный ток.

Большинство современных электромобилей оснащены именно комбинированными разъемами, что позволяет выбирать тип зарядки. В гараже или при длительных стоянках можно использовать переменный ток (AC), а при быстрых зарядках в пути используется DC разъем. Помимо этого, разъемы для подключения зарядки к электромобилю разделяются на несколько типов:

• Type 1 (J1772) – пятиконтактный коннектор, который используется в США и странах Азии. Он может применяться к станциям Mode 2 и 3. Максимальная мощность – 7,4 кВт в час.

• Type 2 (Mennekes) – коннектор с семью контактами, который применяется в основном в электромобилях для европейского рынка. Его особенность заключается в возможности использования однофазной и трехфазной цепи питания. При этом максимальное напряжение не должно превышать 400 вольт, а сила тока должна быть не более 63 ампер. Это означает, что максимальная мощность составляет 43 кВт (при техфазной цепи) и 7,4 кВт (при однофазной цепи). Может использоваться со станциями Mode 2 и Mode 3.

• CHAdeMO – двухконтактный коннектор, который используется в станциях с постоянным током. Такой разъем рассчитан на максимальную силу тока 125 ампер и напряжение не выше 500 Вольт, а мощность не более 62 кВт. Подходит для станций Mode 4.

• CCS – комбинированный тип коннектора, о котором мы уже говорили выше. Такая розетка рассчитана на максимальные нагрузки: 500 вольт, 200 ампер, 100 кВт. Подходит для всех зарядных станций Mode 2, Mode 3 и Mode 4.

Каждое зарядное устройство оснащен