Создана батарея для электрокаров, способная заряжаться за 1 минуту

Зарядка электромобиля: где заряжать, время зарядки и сколько стоит

Практически все передовые производители автомобилей частично или полностью переходят на производство экологически чистого транспорта. Повсеместное использование электромобилей – новое явление, получившее распространение не так давно. Сегодня ведущие инженеры в области конструирования экотранспорта работают над увеличением запаса хода машины на электрической тяге. Одновременно с этим остро стоит задача по расширению сети общественных станций подзарядки электроэнергией. Многие водители не имеют представления о том, как заряжать электромобиль, и как проходит процедура подзарядки аккумулятора в домашних условиях. Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти в этой статье.

Можно ли заряжать электромобиль от розетки?

Современный электродвигатель «зеленой» машины работает за счет постоянно тока, когда во всех электросетях используется переменный. То есть, такое электричество, которым питается бытовая лампочка или телевизор электрическому мотору не подойдет. Но при этом в каждом электромобиле установлен бортовой преобразователь тока для восполнения уровня заряда источника питания от сети. Есть одно простое правило: чем мощнее преобразователь, тем быстрее батарея будет «усваивать» электроэнергию. Таким образом, подзарядить источник питания машины можно с помощью:

  • Mode 1 – самый медленный способ подзарядки посредством бытовой 220В сети. Процесс восполнения заряда батареи происходит без специального оборудования – только розетка и адаптер переменного тока. Всё еще применим для серийных электромобилей, но постепенно уходит в прошлое.
  • Mode 2 – применим для подзарядки электромобилей с традиционным разъёмом под коннектор с защитой внутри кабеля. Длительность зарядки батареи на 20-24 кВт/ч составляет 6-8 часов. Возможно применение как в домашних условиях, так и на зарядных станциях.
  • Mode 3 – используется на общественных станциях переменного тока с применением разъёмов Type 1 (J1772) – для однофазной электрической сети с напряжением от 120 до 240В, и Type 2 (Mennekes) – для трехфазной сети.
  • Mode 4 – тип станций постоянного тока под стандарт CHAdeMO. Батареи электромобилей, которые поддерживают зарядку таким стандартом, восполняют уровень энергии с 0 до 80% всего за 30-40 минут.

Владельцу электрической машины не нужно беспокоиться о сохранности своего «железного коня», так как одно- и трехфазные зарядные устройства позволяют отслеживать процесс восполнения энергии, устанавливать необходимую мощность и другие характеристики тока. Это абсолютно безопасный и автоматизированный процесс, при этом на заправочных станциях всегда можно найти наклейки и памятки, существенно облегчающие задачу по подзарядке батареи новоиспеченному владельцу инновационной машины.

Как часто придется заряжать электромобиль?

В среднем последние электромобили проезжают 250-300 километров на полном заряде. Постепенно происходит увеличения запаса хода, например, компания Tesla уже сегодня выпускает электромобиль Model S, способный преодолеть даже 500 км пути без подзарядки. Но стоимость такой модели понравится далеко не каждому. Запас хода на практике имеет свойство отклоняться в меньшую сторону от заявленных показателей. Связанно это с манерой и стилем вождения, количеством используемых во время движения авто других энергопотребителей. Еще одни вопрос, который волнует владельцев авто на электрической тяге: каково время зарядки электромобиля?

Количество времени, которое необходимо затратить для заправки, зависит от целого ряда факторов: здесь и емкость аккумулятора, и напряжение тока в сети. Многие европейские водители пользуются преимущественно трехфазными розетками, которые в три раза быстрее заряжают батарею, нежели от стандартная 220В розетка. Главный недостаток обычной 220В сети – процесс восполнения энергии аккумулятора объёмом 85 кВт/ч займет до 20 часов. Но даже наличие розетки в доме не станет гарантией того, что вы сможете успешно подзарядить авто. Розетка должна быть обязательно заземлена, в противном случае процесс не начнется, так как система электромобиля автоматически определит отсутствие заземления сети.

Какое количество энергии расходует авто на электротяге?

В среднем электромобили расходуют 30 кВт/ч на каждые 160 километров пути. Такой показатель заявлен у Nissan Leaf II и многих других «зеленых» машин. Хотя уже у Tesla Model S расход составляет 35 кВт/ч; связано это с тем, что детище Илона Маска намного тяжелее и мощнее того же второго «Лифа». Чтобы зарядить разряженный «в ноль» Nissan Leaf II, необходимо затратить 24 кВт электроэнергии. К примеру, каждый среднестатистический житель России за сутки расходует 2 кВт электричества. Также возьмём для сравнения семью из трех человек, обладающую самым популярным и востребованным в недалеком прошлом электромобилем в мире — Nissan Leaf I.

При средней интенсивности эксплуатации машины (40-50 км пробега в сутки) ежемесячные затраты электроэнергии на заправку авто составят 180 кВт, прибавим к этому затраты электричества на бытовые нужды и получим общие 360 кВт. С учетом действующих тарифов на электроэнергию в каждом регионе России можно подсчитать потенциальные расходы. Но стоит учитывать, что одновременно с этим уходят затраты на покупку дорогостоящего топлива, а обслуживание электромобиля обходится владельцу в разы дешевле, нежели уход и прохождение планового ТО транспортного средства с бензиновым или дизельным двигателем.

Технологии

Секунда на зарядку

Создан аккумулятор, способный заряжаться и разряжаться за секунды

Уже через несколько лет зарядка телефона будет занимать секунды. Зарядить так аккумулятор ноутбука не получится – не выдержит электросеть. Новые электроды сократили литий-ионным аккумуляторам цикл зарядки и разрядки до нескольких секунд.

Привычка каждую ночь ставить на зарядку телефон и mp3-плеер может уйти в прошлое уже через 2–3 года, а гибридные автомобили должны стать намного приёмистей и эффективнее. Зарядить телефон по полной можно будет за несколько секунд. Правда, потреблять энергию во время зарядки он будет с мощностью электрического чайника, а ток, который при этом пойдёт из розетки, потребует провода в палец толщиной.

Профессор американского Массачусетского технологического института (MIT) бельгиец Жербран Седер и его южнокорейский аспирант Кан Бён У разработали

способ обработки электродов, который на несколько порядков повышает скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов и высвобождения из них энергии.

Раньше такую скорость разряда могли дать только конденсаторы особого типа. Однако они гораздо более капризны и весят также на порядки больше: накопление заряда в конденсаторе идёт не по всему объёму, а только вдоль поверхности обкладок, и как ни сворачивай их трубочкой, разделяющий обкладки диэлектрик занимает очень много места.

По словам авторов новой технологии, описание которой опубликовано в последнем номере Nature, её применение требует лишь незначительной модификации технологического процесса изготовления батарей, а значит, её реализация должна быть очень скорой. По оценкам Седера – два—три года.

Что ограничивает мощность аккумулятора

Как и все источники электродвижущей силы, литий-ионный аккумулятор преобразует неэлектрическую химическую энергию в напряжение.

Скорость зарядки и разрядки аккумулятора ограничивает подвижность ионов лития Li + в электроде батареи. Один из лучших материалов для электрода, который широко используется в наши дни, – литий-железа фосфат LiFePO4. Он позволяет как быстро принять ионы при зарядке, так и высвободить их во время работы аккумулятора.

Читать еще:  Какой полуавтоматический сварочный аппарат лучше купить, в чем его отличие от инвертора

Однако недостаточно быстро.

Несколько лет назад Седер и Кан посчитали теоретическую скорость, с которой LiFePO4 должен принимать ионы лития, и она оказалась на два порядка выше той, что наблюдается в действительности.

Учёные тогда быстро выяснили, в чём дело: кристаллы LiFePO4 быстро работают на приём и отдачу Li + лишь в одном направлении ([010]). Если же ион подходит к кристаллу с другой стороны, то проникнуть внутрь гораздо сложнее; точно так же и выход иона при разрядке существенно замедляется, если кристалл повёрнут к электролиту «не той» стороной.

Частичное решение этой проблемы Кан и Седер также предложили сразу – измельчить кристаллы так, чтобы увеличить площадь контакта с электролитом и шансы на правильную ориентацию. Изготовление электрода из наночастиц LiFePO4 размером примерно по 50 нм действительно увеличило мощность – но не на порядки.

Теперь специалисты из MIT наконец решили проблему кардинальным образом.

По их собственным словам,

они окружили каждую из наночастиц своего рода молекулярным «конвейером», который без конца мотает ионы Li + вокруг кристаллов LiFePO4, и стоит иону оказаться у нужной кристаллической поверхности, как он тут же проваливается внутрь.

Этот «конвейер» – стеклообразный пирофосфат лития Li4P2O7, который слоем толщиной всего около 5 нм покрывает поверхность наночастиц литий-железа фосфата. Стеклообразный, конечно, не в том смысле, что из него можно делать линзы и пивные кружки, а в том, что это вещество не образует чёткой кристаллической структуры. В таком стеклянном контейнере ионы лития приобретают превосходную подвижность и очень быстро оказываются над нужной гранью LiFePO4.

Элементы питания, созданные с помощью таких наночастиц со стеклянным покрытием, оказались способны хранить электроэнергию настолько хорошо, насколько позволяет теория, с удельной ёмкостью около 166 мА•ч на грамм материала. Иначе говоря, стандартный телефонный аккумулятор ёмкостью 1,5 тысячи мА•ч должен весить меньше 10 граммов.

Но главное – новые аккумуляторы почти не теряют своих способностей при сверхвысокой скорости зарядки и разрядки.

Учёным удалось в десять раз увеличить ёмкость литиевых аккумуляторов

Даже в безумном по современным представлениям режиме 400 циклов в час, при котором полный заряд и разряд занимают всего 9 секунд, аккумулятор Седера и Кана способен хранить более 60 мА•ч на грамм своего веса. При этом новые батареи не теряют чудесных способностей при многократных циклах разрядки/зарядки, не портятся от пере- и недозарядки, а по своей термической стабильности даже лучше тех, что в ходу сегодня. Так что никаких взрывающихся и перегревающихся батарей в ноутбуках не предвидится.

Правда, у новой технологии есть одно слабое место – ни зарядные устройства, ни обычная квартирная проводка просто не рассчитаны на токи, которые потребуются новым батареям.

Зарядка аккумулятора на 1500 мА•ч за 9 секунд требует тока в 600А. Чтобы проводить ток в 600 ампер, нужен толстый провод, никак не похожий на тонкие жилки современных зарядных устройств. Поскольку зарядка идёт при напряжении около 4 В, то в течение 9 секунд ваш телефон будет потреблять 2,4 кВт электроэнергии. Это мощность хорошего электрического чайника – задача не для тонкого провода.

Но если мощность чайника сеть в большинстве случаев ещё выдержит, то попытка быстро подзарядить аккумулятор для ноутбука на 6000 мА•ч при напряжении 15 В выльется в потребление 36 кВт электроэнергии и, скорее всего, оставит без света весь ваш дом. О подзарядке аккумуляторов для автомобилей, тем более гибридных, лучше и не заикаться.

Тем не менее никто не заставляет испытывать пределы новой технологии быстрой зарядки. Большинство из нас, скорее всего, удовлетворит и менее экстремальный режим. Ну а о проводке пусть болит голова у тех, кому нужна максимальная мощность. Об аккумуляторах за них подумали Жербран Седер и Кан Бён У.

Как и с помощью чего заряжать электромобиль

Для начала рассмотрим какие существуют типы зарядных станций для электромобилей: это ультрабыстрые станции, быстрые и медленные. Эти типы зарядных станций различаются мощностью и, следовательно, скоростью с которой они могут зарядить электромобиль. Мощность зарядных станций указывается в киловаттах (кВт). Каждый тип зарядных станций имеет свой тип разъёмов, которые, в свою очередь, делятся по рабочей мощности и типу рабочего тока (переменный или постоянный). Ниже мы расскажем об основных типах зарядных станций и разъёмов, которые сейчас можно встретить в России.

Ультрабыстрые зарядные станции

Это стационарные станции с большой выдаваемой на заряд мощностью и с не съёмными зарядными кабелями. В группу ультрабыстрых станций входят как зарядные станции постоянного, так и переменного тока. Есть три условных больших группы:

  • Зарядные станции постоянного тока с мощностью 50 кВт (два типа разъёмов).
  • Зарядные станции переменного тока с мощностью 43 кВт (один тип разъёма).
  • Tesla Supercharger — зарядная станция постоянного тока с мощностью 120 кВт.

Ультрабыстрые зарядные станции на сегодняшний день — самый быстрый способ зарядить электромобиль. Их можно встретить на автомагистралях или крупных публичных парковках. Такие станции обеспечивают постоянный или переменный ток большой мощности и могут зарядить автомобиль до 80% за 20-40 минут. В большинстве случаев ультрабыстрые станции отключаются, когда аккумулятор электромобиля заряжен примерно на 80%, чтобы защитить батарею и продлить срок её службы.

Ультрабыстрая зарядка может использоваться только на тех автомобилях где возможность её применения предусмотрена изначально и присутствует специализированный тип зарядного разъёма.

Зарядные станции с разъёмом CHAdeMO обеспечивают мощность заряда до 62,5 кВт при постоянном токе 125 А и напряжении 500 В. Следом за ними идут разъёмы Combined Charging System (CCS) с мощностью заряда 50 кВт. и также работающие с постоянным током. Оба этих типа разъемов обычно заряжают электромобиль до 80% за полчаса в зависимости от емкости аккумулятора и начального уровня заряда.

Помимо разъёмов для ультрабыстрых зарядных станций постоянного тока существует ещё один разъём для трёхфазного переменного тока — Type 2, способный обеспечивать мощность заряда 43 кВт. (при трёхфазном токе 63 А). Ультрабыстрые зарядные станции переменного тока заряжают электромобили за то же время, что и аналогичные станции постоянного тока в зависимости от емкости батареи и начального уровня заряда аккумулятора.

Отдельно в классе ультрабыстрых зарядных станций стоит разъём Tesla Type 2 на станциях Tesla Supercharger. Эти станции способны выдавать до 120 кВт. К сожалению, воспользоваться такой мощностью могут только владельцы автомобилей Tesla.

Класс ультрабыстрых зарядных станций стремительно развивается и в ближайшие 3-5 лет запланировано увеличение мощности станций сначала до 150 кВт, а затем до 350 кВт, что значительно сократит общее время зарядки.

Список электромобилей с возможностью ультрабыстрой зарядки и разъёмами типа CHAdeMO, включают в себя Nissan Leaf, Mitsubishi Outlander PHEV и Kia Soul EV. Список CCS-совместимых модели включает BMW i3, VW e-Golf и Hyundai Ioniq Electric. Tesla Model S и Model X могут использовать исключительно зарядные станции Supercharger, и единственная модель, которая в настоящее время может заряжаться от ультрабыстрой станции переменного тока с разъёмом Type 2 — это Renault Zoe.

Быстрые зарядные станции

Быстрые зарядные станции выдают в электромобиль одно- или трёхфазный переменный ток. На некоторых из них зарядные кабели являются элементом станции, на других предусмотрена только розетка, а кабель автовладельцу надо использовать свой. Как и с ультрабыстрыми станциями, быстрые зарядные станции также можно разделить на три типа:

  • Зарядные станции мощностью 7 кВт (три типа разъёмов).
  • Зарядные станции мощностью 22 кВт (один тип разъёма).
  • Зарядная станция 11 кВт — с разъёмом Tesla.
Читать еще:  Какую посуду нельзя мыть в посудомоечной машине

Быстрые зарядные станции заряжают электромобиль одно- или трёхфазным переменным током и имеют мощность 7 кВт или 22 кВт (однофазные или трехфазные) при силе тока 32 А. Время зарядки на таких станциях индивидуально и зависит от мощности бортового зарядного устройства электромобиля, но, ориентировочно, зарядная станция с мощностью 7 кВт подзаряжает совместимый с ней электромобиль с аккумулятором 30 кВт⋅ч за 3-5 часов, а зарядное устройство мощностью 22 кВт заряжает совместимых с ней электромобиль за 1-2 часа.

При этом решающим фактором будет мощность бортового зарядного устройства электромобиля. Так как если оно рассчитано на 7кВт, то подключение к более мощной зарядной станции не приведёт к ускорению заряда. Потребляемая мощность будет ограничена мощностью встроенного зарядного устройства. Подавляющая часть электромобилей на российском рынке имеет встроенное зарядное устройство 3,5 кВт реже 7кВт. Например, Nissan Leaf со стандартным встроенным зарядным устройством 3,3 кВт будет потреблять максимум 3,3 кВт, даже если быстрая зарядная станция может выдавать 7 кВт или 22 кВт.

Разъёмы Tesla и соответствующие зарядные станции обеспечивают мощность 11 или 22 кВт, но предназначены только для электромобилей Tesla.

Быстрые зарядные станции, как правило, можно найти в местах долговременных парковок, таких как автостоянки, супермаркеты или развлекательные центры, где автовладельцы оставляют свои электромобили на несколько часов.

Почти все электромобили и подзаряжаемые гибриды способны заряжаться от быстрых зарядных станций. На сегодняшний день разъём Type 2 является самым распространённым стандартом для зарядных станций и электромобилей, поставляющихся в Россию.

Медленные зарядные станции

Большинство медленных зарядных станций рассчитаны на мощность до 3 кВт и есть некоторые модели, способные выдавать 6 кВт. Так как медленные зарядные станции выдают переменный ток, то, как и в случае с быстрыми зарядными станциями, время зарядки электромобиля варьируется в зависимости от мощности бортового зарядного устройства. Для примера: полная зарядка устройства мощностью 3 кВт обычно занимает 6-12 часов. Медленные зарядные станции бывают стационарными или переносными.

Медленная заряд — очень распространенный метод зарядки электромобилей, который используется многими владельцами дома в течение ночи. Тем не менее, применение медленных зарядных станций не обязательно ограниченно домом. Медленные зарядные станции с успехом используют и на общественных парковках или возле офисов, где электромобиль находится продолжительное время. Из-за более длительного времени, требующегося для заряда аккумулятора, медленные зарядные станции в качестве общественных точек заряда встречаются гораздо реже быстрых.

Хотя медленное зарядное устройство может быть включено в обычную розетку, из-за более высоких постоянных нагрузок и длительного времени использования, настоятельно рекомендуется устанавливать для таких станций отдельную силовую розетку с отдельным автоматическим выключателем.

Разъемы и кабели

На ультрабыстрых зарядных станциях, в основном, используются разъемы CHAdeMO, CCS или Type 2. В быстрых и медленных зарядных станциях обычно используются розетки Type 2, Type 1 или Commando.

На электромобилях европейских моделей (Audi, BMW, Renault, Mercedes, VW и Volvo), как правило, устанавливаются розетки Type 2 или совместимые с ними CCS-2, в то время как азиатские производители (Nissan и Mitsubishi) предпочитают устанавливать на своих моделях розетки Type 1 и CHAdeMO как по отдельности, так и обе розетки одновременно. Исключение из этого списка составляют только Hyundai Ioniq Electric и Toyota Prius Plug-In.

Многие электромобили поставляются как с зарядным кабелем, так и с медленной переносной зарядной станцией. Обычно, кабель имеет один разъём идентичный типу разъёма на электромобиле, а другой либо Type 1 либо Type 2 в зависимости от региона для которого предназначается электромобиль. Переносная зарядная станция имеет с одной стороны разъём идентичный типу розетки на электромобиле, а с другой стороны обычный бытовой разъём SHUKO. Что позволяет заряжать электромобиль практически в любом месте, где доступна электросеть.

Например, Nissan Leaf, поставляется с медленной зарядной станцией с разъёмами SHUKO-Type 1 и кабелем Type 2-Type 1. Renault Zoe имеет другой комплект зарядных кабелей и поставляется с зарядной станцией SHUKO-Type 2 или кабелем Type 2-Type 2.

Зарядка электротранспорта

Если Вы хотите приобрести электромобиль, то наверняка планируете производить его зарядку от обычной розетки дома или на работе. Требования к зарядке электромобиля среднего размера аналогичны электрическим параметрам электроплиты, которая при напряжении сети 220 В требует силу тока 40 А, имея мощность 9,6 кВт. В большинство среднеразмерных электромобилей встраивают 6,6 кВт зарядное устройство, способное зарядить аккумуляторную батарею за время от 4 до 5 часов (6,6 кВт определяется умножением 220 В на 30 А).

Мощность бортового зарядного устройства часто ограничена стоимостью, размерами или проблемой тепловыделения. При наличии трехфазной сети переменного тока, доступной, к слову, на большинстве территории Европы, бортовое зарядное устройство можно сделать меньше, чем при двухфазной системе. Например, компания Renault производит компактные трехфазные бортовые зарядные устройства, мощность которых варьируется от 3 до 43 кВт.

По всему миру неуклонно растет количество зарядных станций для электромобилей, которые поделены на три категории исходя из своих параметров:

Категория 1. Подключение к обычной бытовой розетке 230 В,

6 А (115 В, 15 А в Америке). Это однофазное подключение имеет около 1,5 кВт мощности, а время зарядки составляет от 7 до 30 часов в зависимости от размера аккумуляторной батареи. Категория 1 соответствует требованиям ночной зарядки электровелосипедов, скутеров, электроколясок и подключаемых гибридных автомобилей с мощностью, не превышающей 12 кВт*ч.

Категория 2. Двухполюсное подключение, 230 В, 30 А; время зарядки среднеразмерного электромобиля составляет от 4 до 5 часов. Зарядные станции этой категории являются наиболее распространенным как в домашних, так и в общественных условиях. Такая станция имеет мощность около 7 кВт, что вполне достаточно для 6,6 кВт бортового зарядного устройства электромобиля. Стоимость материалов и установки этой станции составляет порядка $750. Но все же при зарядке в домашних условиях ее не следует проводить одновременно с другими энергопотребляющими мероприятиями, такими как приготовление еды на электроплите или стирка в большой стиральной машине.

Категория 3. Быстрое зарядное устройство постоянного тока; 400-600 В, до 300 А; служит для ультрабыстрой зарядки в обход бортового зарядного устройства путем подачи питания непосредственно к аккумуляторной батарее. Зарядные устройства третьей категории обеспечивают мощность до 120 кВт, что позволяет зарядить литий-ионный аккумулятор до 80% в течение 30 минут. Потребляемая мощность сопоставима с пятью домохозяйствами.

В 1990-е и 2000-е годы производители электромобилей предприняли совместные усилия по разработке универсального порта для зарядки, это привело к появлению SAE J1772, 5-клеммного разъема для переменного тока с возможностью передачи данных. Недостатком этого порта является время зарядки, соответствующее второй категории, то есть длящееся несколько часов.

Производители электромобилей соглашаются, что будущее электротранспорта лежит в быстрой зарядке. В то время как вторая категория зарядных станций может обеспечить около 40 км пробега за час зарядки, ультрабыстрая зарядка постоянным током заполнит аккумулятор до 80% всего лишь за 30 минут. Это позволяет избавить электромобиль от славы “пригородной” машины и позиционироваться как туристическое транспортное средство, что сейчас активно и используется в маркетинге.

Читать еще:  Уход за швейной машиной: чистка и смазка

Впервые ультрабыстрая зарядка постоянным током была разработана в Японии для Nissan Leaf и Mitsubishi MiEV и получила название CHAdeMO; этот стандарт состоит из 2 разъемов — один двухклеммный непосредственно для зарядки постоянным током, а второй – для передачи данных через CAN-BUS. Стандарт CHAdeMO был разработан в 2008 году такими компаниями как TEPCO (Токийская энергетическая компания), Nissan, Mitrubishi, Fuji Heavy Industries и Toyota. Этот разъем заряжает аккумуляторную батарею напряжением 500 В и током 125 А, что образует мощность на уровне 62,5 кВт. CHAdeMO расшифровывается как “CHArge on the MOve”, что в переводе с английского — «зарядка на ходу». Сам разъем можно увидеть на рисунке 1.

Рисунок 1: Штепсель стандарта CHAdeMO, разработанный в Японии в 2008 году. Электромобили Nissan и Mitsubishi используют именно эту технологию для ультрабыстрой зарядки. CHAdeMO использует постоянный ток напряжением 500 В и силой 125 А, что обеспечиват до 62,5 кВт мощности.

Несмотря на то что разъем CHAdeMO неплохо зарекомендовал себя, на Западе его не поддержали, ссылаясь на «технические проблемы». О реальных причинах такого неприятия мы можем только догадываться, но факт остается фактом — Сообщество автомобильных инженеров (англ. Society of Automotive Engineers — SAE) отвергло CHAdeMO.

После долгих задержек, в 2012 году, SAE разработал свой собственный стандарт ультрабыстрой зарядки постоянным током, известный также как Combo Charging System (CСS). Задержка в принятии стандарта мешала развитию инфраструктуры CHAdeMO, и поговаривают, что эти действия были преднамеренными.

Чтобы сохранить совместимость с зарядкой второй категории, CCS был создан на основе существующего стандарта J1772 путем добавления к нему дополнительного двухклеммного разъема для постоянного тока. Во время зарядки от сети переменного тока CCS работает аналогично своему родителю, используя клеммы для переменного тока и для передачи данных, которые включают в себя информацию для регулировки напряжения, скорости зарядки и момента окончания зарядного процесса. Ультрабыстрая зарядка постоянным током использует тот же протокол связи, но уже другие зарядные клеммы. На рисунке 2 показаны штепсели и разъемы для зарядки переменным и постоянным током.

Рисунок 2: SAE J1772 Combo Charging System (CCS). CCS совместим со второй категорией зарядки при использовании верхнего круглого разъема, а для третьей категории необходимо дополнительно подключать и второй разъем с клеммами для постоянного тока. SAE J1772 делит зарядку на 4 уровня:

Уровень 1: переменный ток, 120 В, 12-16 А, до 1,92 кВт

Уровень 2: переменный ток, 240 В, 80 А, 19,2 кВт

Уровень 3: постоянный ток, 200-500 В, до 80 А (40 кВт)

Уровень 4: постоянный ток, 200-500 В, до 200 А (100 кВт)

Стандарт SAE Combo или CCS де-факто является мировым стандартом для зарядки второй и третьей категории, так как его в 2011 году поддержали такие автопроизводители как Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porshe и Volkswagen. Chevy Spark, выпущенный в 2013 году, стал первым электромобилем с поддержкой SAE Combo. В связи с этим ведутся разговоры о прекращении использования CHAdeMO. Для совместимости некоторые электромобили с CHAdeMO, например, новые Nissan Leaf, дополнительно оборудуются разъемом SAE J1772, способным производить зарядку второй категории. Некоторые же производители зарядных устройств, в том числе и ABB, размещают оба зарядных разъема на своих устройствах.

Компания Tesla Motors имеет собственное мнение насчет стандартов зарядки и решила пойти по пути создания уникальной системы. Их эксклюзивная «Суперзарядка» заполняет аккумуляторную батарею до 80% в течение 40 минут, обеспечивая этим дальность пробега в 270 км. В то время как некоторые игроки рынка электромобилей критикуют Tesla за создание собственного стандарта зарядки, другие вполне понимают их желание возглавить это направление. Tesla ведет переговоры c Nissan и BMW, предлагая этим автопроизводителям присоединиться к своему стандарту, но в то же время и разрабатывает адаптер, который позволял бы заряжать на их зарядных станциях электромобили с разъемами CHAdeMO и SAE J1772.

Зарядка Tesla S85 с помощью «суперзарядки» стартует с 375 В и 240 А, потребляя 90 кВт. По мере зарядки аккумуляторной батареи напряжение повышается до 390 В, а ток падает примерно до 120 А. Соответственно, первоначальная мощность зарядного устройства в 85-90 кВт имеет скорость зарядки лишь немного выше С-рейтинга [BU-402] 1С, и то, такое воздействие не особо продолжительное, вскоре С-рейтинг опускается до 0,8С, а затем дальше снижается, защищая аккумуляторную батарею от вредного воздействия ультрабыстрой зарядки [BU-401a].

Противостояние трех несовместимых систем зарядки явно не входит в планы производителей электромобилей, но вина за эту ситуации лежит на них самих, ведь вполне можно было бы принять уже имеющуюся технологию или не задерживать разработку новых стандартов. Tesla захватила лидерство в сфере электротранспорта со своей собственной технологией зарядки, и в данный момент вкладывает большие средства в развитие эксклюзивной сети “суперзарядок”, услуги которых полностью бесплатны. Стоит отметить, что и другие производители электромобилей предлагают бесплатную зарядку, по крайней мере сейчас. Существующее несоответствие имеет сходство с железнодорожным транспортом в 1800-х годах, когда железнодорожные компании имели различную ширину колеи для своих поездов. Также вспоминаются противостояния различных форматов виниловых пластинок или видеокассет.

BMW хоть и использует стандарт CСS, ограничил его максимальную мощность с более чем 50 кВт до 24 кВт. По их мнению, 24 кВт зарядная система дешевле, легче и проще в установке. Хоть 50 кВт и будут заряжать быстрее, это преимущество распространится лишь на недолгое время полностью исправного состояния аккумуляторной батареи. Износ будет особенно заметен с небольшой аккумуляторной батареей BMW i3, а также в случаях ее преклонного возраста или других аномалий. Тесты показывают, то 50 кВт зарядное устройство заполняет аккумуляторную батарею до 80% за 20 минут, 24 кВт же делает это примерно за 30 минут.

Удвоение мощности не сокращает время зарядки в два раза, зависимость в этом случае не линейная. Основной причиной существования мощных зарядных устройств являются размеры аккумуляторных батарей. Например, BMW i3 комплектуется 22 кВт*ч аккумуляторной батареей в сравнении с 85 кВт*ч монстром в Tesla S85. Обе зарядные системы будут поддерживать зарядный С-рейтинг на уровне около 1С при быстрой зарядке, чтобы сдержать излишний износ.

Быстрая зарядка постоянным током сложна тем, что необходимо оценивать состояние аккумуляторный батареи и применять безопасные параметры. Холодный аккумулятор должен заряжаться меньшим током в сравнении с теплым, также уменьшение зарядного тока необходимо при высоком внутреннем сопротивлении и при неспособности балансировочной цепи компенсировать несоответствие элементов. (Смотрите BU-410: Зарядка аккумуляторных батарей в условиях высоких и низких температур.)

Ультрабыстрая зарядка постоянным током не предназначена для полного заполнения аккумуляторной батареи, необходимо лишь обеспечить транспортное средство энергией, достаточной для достижения следующей зарядной станции. Использование зарядки второй категории является более предпочтительным для ежедневного использования.

В таблице 3 приведено время зарядки при использовании различных ее категорий. Полученные данные могут не совпадать с афишированными в рекламе, так как расчеты основаны на зарядке полностью разряженной аккумуляторной батареи до 100%, в то время как некоторые производители электромобилей считают аккумулятор полностью заряженным при 80%. Время зарядки также снижается, так как со временем доступная емкость уменьшается.

Категория 1
Через розетку
1,5 кВт
240 В
6 А

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector