На международном рынке распространены три стандарта зарядки, каждый из которых отличается особой геометрией зарядного штекера электромобиля и зарядной розетки и которые представляют Северную Америку, Европу и Китай. Кроме того, штекер для зарядки переменным током (режим 3, варианты B и C) имеет другую конструкцию, чем штекер для зарядки постоянным током (режим 4). Большой ассортимент CHARX позволяет охватить все варианты применения:
Стандарт по типу 1 для Северной Америки не предусматривает наличие инфраструктурного зарядного штекера. В Европе в этом случае используется переходной кабель, который состоит из зарядного штекера электромобиля по типу 1 и инфраструктурного зарядного штекера по типу 2.
Зарядка переменным током
Переменный ток (AC, Alternating Current) от сети питания поступает сначала в электромобиль при помощи зарядной станции и зарядного кабеля – контролируемым способом, однако без преобразования. Установленный в электромобиле преобразователь AC/DC, так называемый Onboard-Charger, преобразует его в постоянный ток (DC, Direct Current), чтобы можно было заряжать аккумулятор. Так как в этом случае зарядным станциям переменного тока не требуются преобразователи, то по сравнению с зарядными колонками постоянного тока они оказываются более дешевым и привлекательным вариантом для частных приложений. Зарядная мощность может составлять до 22 кВт в зависимости от зарядной станции, зарядного кабеля и Onboard-Charger. Сравнительно небольшая мощность позволяет выполнять зарядку переменным током в более щадящем режиме для аккумуляторов, что можно рекомендовать в случае, когда электромобиль не используется более 30 минут, например, ночью под навесом, в гараже или в гостинице, а также в течение дня у ресторанов и супермаркетов.
Зарядка постоянным током
В этом случае силовые контакты и сечение провода зарядного штекера имеют большие размеры, чем при зарядке переменным током. При этом можно передавать намного большую зарядную мощность до 500 кВт (High Power Charging, HPC), что значительно сокращает время зарядки. Поэтому в этом случае говорят о быстрой или ультрабыстрой зарядке. В противоположность к зарядке переменным током преобразование AC/DC происходит уже на зарядной станции, на которой установлена соответствующая силовая электроника. В том числе и по этой причине зарядка постоянным током оказывается более сложным и дорогим вариантом, который в основном используется в коммерческих целях. Такой вариант рекомендуется использовать на дальних дистанциях, когда есть только небольшие паузы, чтобы подзарядить аккумулятор за несколько минут, например, в зонах отдыха на автомагистралях.
Автомобиль заряжается переменным током от бытовой розетки. В однофазной сети допускается напряжение до 250 В, в трехфазной – до 480 В. Максимальный зарядный ток составляет 16 А. Между автомобилем и зарядной точкой не происходит коммуникация. В качестве обязательной меры используется защита при помощи устройства дифференциального тока (FI). Поскольку в более старых системах это не всегда гарантируется, Phoenix Contact не рекомендует использовать данный режим.
Аналогично режиму 1, однако максимальный зарядный ток составляет в этом случае 32 A, а зарядный кабель оснащен так называемым встроенным устройством контроля и защиты (IC-CPD). В данное устройство встроено устройство дифференциального тока (FI), устройство коммуницирует с автомобилем и управляет процессом зарядки.
В режиме 3 автомобиль заряжается переменным током от зарядной станции или бытового зарядного устройства, в которое уже встроено необходимое устройство дифференциального тока (FI). Зарядная станция выполняет функцию коммуникации с автомобилем. Автомобиль может заряжаться от однофазной сети до 250 В или трехфазной сети до 480 В, максимальный зарядный ток может составлять до 63 A. Режим 3 встречается в трех вариантах:
В варианте A используется постоянно присоединенный к автомобилю зарядный кабель. То есть только на одном конце предусмотрено штекерное соединение: инфраструктурный зарядный штекер, который вставляется в зарядную розетку зарядной станции. Вариант A описан в нормативных документах, однако на практике встречается редко.
В варианте B требуется так называемый зарядный кабель переменного тока, который перевозится, например, в багажнике. На обоих концах кабеля расположено штекерное соединение: один конец, зарядный штекер электромобиля, вставляется в зарядную розетку на электромобиле. Другой конец, инфраструктурный зарядный штекер, вставляется в зарядную розетку зарядной станции. Вариант B преимущественно встречается на зарядных станциях общего пользования.
Вариант C противоположен варианту A, так как зарядный кабель постоянно подсоединен к зарядной колонке. На другом конце имеется штекерное соединение: зарядный штекер электромобиля, который вставляется в зарядную розетку на электромобиле. Вариант C часто используется в частном секторе.
Данный режим является единственным, который описывает зарядку постоянным током на станциях быстрой зарядки. Высокий зарядный ток до 500 A предписывает применение повышенных требований к безопасности. Поэтому в этом случае всегда используется зарядный кабель, постоянно подсоединенный к зарядной колонке. Штекерное соединение предусмотрено только со стороны автомобиля – в форме зарядного штекера электромобиля, который вставляется в зарядную розетку на электромобилей. Поэтому деление режима 4 на три варианта (как в режиме 3) здесь не происходит. Кроме того, требуется контроль температуры силовых контактов в зарядном штекере, а также дополнительные защитные функции на зарядной станции, например, контроль изоляции.
При участии ведущих производителей автомобилей мы разработали комбинированную систему зарядки (CCS). Особенностью является зарядная розетка CCS в электромобиле, которая подходит для зарядных штекеров как переменного, так и постоянного тока. Таким образом, электромобилю требуется только один интерфейс для зарядки переменным и постоянным током.
Стандарты зарядки типа 1 и 2 следуют принципу CCS в части конструкции стыковочной части. Уже в 2013 году Европейская комиссия объявила CCS типа 2 официальным стандартом зарядки во всей Европе. За это время комбинированная система зарядки распространилась во многих частях мира в качестве стандарта быстрой зарядки. И все больше появляется стран, в которых реализуется комбинированная система зарядки.
Все зарядные кабели CCS стандартно оснащены электромагнитным блокиратором. Блокиратор фиксирует зарядный штекер в процессе зарядки сбоку или непосредственно на защелке в стыковочной части.
Штырь блокиратора рассчитан таким образом, чтобы выдерживать высокое усилие вытягивания. Поэтому извлечь зарядный штекер автомобиля в процессе зарядки невозможно.
Функция контроля температуры в зарядной системе CCS также обеспечивает безопасность процесса зарядки. Согласно МЭК 62196 нагрев не должен превышать 90 °C. Температурно-зависимые датчики сопротивления, например, Pt 1000, обеспечивают быстрое и точное измерение температуры на силовых контактах постоянного тока.
Значения температуры передаются на контроллер зарядки через соответствующие сигнальные выходы. В случае перегрева, например, в результате высокой наружной температуры или перегрузки, контроллер зарядки может прервать процесс зарядки или понизить зарядную мощность.
Современные зарядные станции и бытовые зарядные устройства должны в некоторой степени соответствовать высоким требованиям к готовности, безопасности и комфорту. Сложные структуры, в которые входит множество компонентов, не являются редкостью. В наших видеороликах наглядно объясняется структура и взаимодействие отдельных компонентов и показано, каким образом можно выполнить все требования к современной и сетевой зарядной инфраструктуре.
В каждой сфере деятельности появляется свой язык и своя терминология, хотя бы для того, чтобы дать имя новым технологиям. Здесь приводятся объяснения к часто используемым терминам и сокращениям в области электромобильности:
Автомобили
Зарядные штекеры и розетки
Виды и стандарты зарядки
Зарядная инфраструктура
Коммуникация и управление
