что такое зарядные станции для электромобилей
Запитаться и не запутаться. Разбираемся в типах зарядок для электромобилей
Популярность электромобилей постепенно растет и в нашей стране, несмотря на ряд очевидных эксплуатационных неудобств при ограниченном количестве плюсов. Например, с заправкой «электричек» не все так просто – это не обычная машина, которую можно подкатить к любой АЗС. Андрей Ахрем рассказывает о многообразии разъемов и типов зарядных станций.
Как заряжается?
Как в Европе, так и в Америке есть разделение на несколько режимов зарядки. Европейская градация задана стандартом IEC 61851, который лежит в основе соответствующих белорусского СТБ и российского ГОСТ. В белорусском СТБ IEC 61851-1-2008 выделяются четыре режима, которые в Европе называются Mode.
Режим 1: подключение к обычной бытовой розетке 16 А.
Режим 2: ток вырастает до 32 А, а в зарядном кабеле используется встроенная система защиты.
Режим 3: быстрая зарядка высоким напряжением и током (400-600 В и 250-400 А), а бортовое зарядное устройство автомобиля подключается к сети переменного тока. При наличии трехфазной сети мощности зарядку для этого режима можно без проблем обустроить в гараже.
Режим 4: по сути, тот же третий режим, только используется внешнее зарядное устройство постоянного тока.
В режимах 2, 3 и 4 обязательно использование цепи управления, которая контролирует правильность подключения, целостность проводника защитного заземления, зарядный ток, включает и отключает напряжение. В режимах 2 и 3 также может применяться передача последовательных данных, что позволяет транспортному средству управлять внешним зарядным устройством. В режиме зарядки 4 передача последовательных данных обязательна.
Американская классификация немного отличается. В ней не режимы, а уровни – Level. Они делятся еще и по типу тока: переменному или постоянному. AC Level 1 в два раза уступает в мощности Mode 1 из-за напряжения в 110 В в американской электросети. AC Level 2 сопоставим характеристиками с европейским Mode 2 (правда, максимальный ток может достигать 80 А). Для быстрой зарядки предусмотрены два уровня с постоянным током: DC Level 1 (до 1000 В и 80 кВт) и DC Level 2 (до 1000 В и 400 кВт).
Если обобщить, то уровни 1 и 2 – это медленные зарядки, 3 и 4 – быстрые вне зависимости от континентальной классификации.
При этом при зарядке переменным током мощность будет ограничена возможностями встроенного зарядного устройства автомобиля. Если предел ЗУ 7 кВт, то именно такой максимум будет потребляться, даже если зарядная станция способна выдавать 40 кВт.
Мощные быстрые зарядки позволяют подзарядить АКБ электромобилей до 80% за 30-40 минут. Дальнейшая зарядка до 100% производится значительно сниженным током для сохранения ресурса батареи.
Какие разъемы существуют и где используются?
Учитывая высокие токи и наличие контрольных проводов получаем довольно массивные разъемы для зарядки. Во многих электромобилях под заправочным лючком можно обнаружить два разъема: один – для зарядки переменным током, второй – для подключения к постоянному току и быстрой зарядки.
Встречаются и машины на электротяге с одним зарядным портом. В этом случае порт либо совместим с переменным и постоянным током, либо используется для зарядки только переменным током, как правило медленной, хотя есть и исключения.
Type 1 J1772 – американский пятиконтактный разъем, разработанный еще в 2009 году и встречающийся практически на всех электромобилях, ввезенных в нашу страну из США. Рассчитан на напряжение 230 В и ток в 32 А. Максимальная мощность, соответственно, 7,36 кВт. Также данный разъем можно обнаружить на автомобилях японских и корейских марок, продававшихся в Европе. Используется со станциями, работающими в режимах 2 и 3.
Type 1 J1772
Type 2 (Mennekes) назван в честь компании, которая его разработала. С 2013 года фактически стал стандартным в Европе. С 2018 года устанавливается и на электромобили Nissan для европейского рынка. Максимальная мощность для однофазной сети – 7,4 кВт, для трехфазной – 43 кВт. Однако чаще мощность при трехфазном подключении ограничена 22 кВт. Данный разъем используется в режимах 2 и 3.
Type 2 (Mennekes)
CHAdeMO разработан в 2010 году ведущими японскими производителями автомобилей в сотрудничестве с компанией TEPCO. Рассчитан на постоянный ток в 125 А при напряжении 500 В и соответственно 62,5 кВт мощности.
CHAdeMO
Стандарт CHAdeMO 1.2 допускает максимальный ток в 400 А, благодаря чему мощность возрастает до 200 кВт, хотя на практике она обычно составляет 50 кВт.
В 2018 году ассоциация CHAdeMO представила стандарт CHAdeMO 2.0, при котором зарядная мощность способна достигать 400 кВт. Правда, рассчитан этот стандарт в первую очередь на коммерческий транспорт: грузовики и автобусы.
CCS Combo – еще один распространенный тип разъемов, используемый с 2012 года. Он может подключаться как к переменному, так и к постоянному току, что позволяет использовать его как с медленными, так и с быстрыми зарядками. При подключении к сети переменного тока происходит его выпрямление в постоянный.
CCS Combo
Интересно, что разъем CCS Combo совместим с двумя упомянутыми выше разъемами. CCS Combo Type 1 используется в США и Японии и аналогичен J1772. В Европе применяется Type 2, который совместим с Mennekes.
Предельная мощность зарядок CCS Combo достигает 100 кВт, но на практике на обычной зарядной станции вам скорее придется ограничиться 50-ю кВт.
GB/T – несмотря на сочетание букв в аббревиатуре, данный разъем не британский, а китайский. Внешне похож на Mennekes, но не совместим с ним. Стандартом предусматриваются два типа разъемов: для медленной зарядки переменным током и для быстрой зарядки постоянным током.
В настоящее время ведется работа над новым стандартом GB/T, в котором максимальная мощность будет достигать 900 кВт!
Tesla Supercharger – проприетарный разъем, используемый в электромобилях марки Tesla. Максимальная зарядная мощность достигает 200-250 кВт при постоянном токе. Интересно, что в США используется трехконтактный разъем, а в Европе пятиконтактный, что затрудняет эксплуатацию автомобилей, привезенных из-за океана. Умельцы уже научились менять разъем в американских машинах на европейский, но можно и не заниматься внесением изменений, а просто заряжать Tesla через переходник от CHAdeMO.
Tesla Supercharger
Большинство европейских автопроизводителей используют в своих электромобилях пару J1772 и CCS Combo 1 (на американском рынке) и Mennekes + CCS Combo 2 (на европейском рынке). Такие же сочетания можно встретить в Hyundai Ionic Electric. В Fiat 500e на обоих рынках используются только разъемы переменного тока: Mennekes в Европе и J1772 в Америке. В электромобилях Renault можно встретить только Mennekes – в Штатах они не продаются.
KIA в своем Soul EV повсеместно устанавливает пару J1772 и CHAdeMO. В популярном Nissan Leaf до 2018 года применялся разъем J1772 плюс CHAdeMO. С 2018 года европейские версии также стали комплектоваться разъемом Mennekes. Tesla при отсутствии Supercharger могут заряжаться через Mennekes в случае европейской версии. Американская заряжается от CHAdeMO через переходник.
Какие есть у нас?
Большинство «быстрых» станций в Беларуси оснащены разъемами CHAdeMO и CCS. На «медленных» зарядках в фаворитах Mennekes, а J1772 придется поискать, поскольку он встречается довольно редко.
Если вы решите приобрести электромобиль, то в случае с популярными моделями никаких проблем с их заправкой электричеством возникнуть не должно. Все ходовые разъемы представлены на электрических заправочных станциях. Во всяком случае в Минске. В областных центрах зарядных станций значительно меньше, а в районных эксплуатация электромобилей и вовсе затруднительна, поскольку публичных зарядок нет даже во многих стотысячниках.
Что касается выбора электромобиля под существующую инфраструктуру, то проблемы могут возникнуть только в случае с моделями, оборудованными исключительно разъемом J1772. Но таких крайне мало, да и покупка машины на электротяге, которая не поддерживает быструю зарядку, в 2020 году лишена смысла.
Личная «электричка». Электромобили в базе объявлений Автобизнеса
Что такое быстро? Типы зарядных станций для электромобилей
В конце августа правительство утвердило концепцию развития электротранспорта в России до 2030 года. Первый этап: с 2021 по 2024 предполагает запуск порядка 10 000 новых зарядных станций.
Общий бюджет концепции: 590 миллиардов рублей, из них около 50 направят на развитие отрасли до 2024 год. Среди прочего планируется субсидирование установки зарядных станций и покупки электромобилей (каждый покупатель электромобиля сможет вернуть до 25% от стоимости). Кроме того, банки, озабоченные собственными ESG-стратегиями, уже начали выдавать кредиты на покупку электромобилей на льготных условиях.
Хотя скептики утверждают, что в России нет электромобилей, статистика говорит об обратном: в 2020 году россияне купили 6000 электрокаров, а опросы показывают, что 60% автовладельцев намеренны купить электромобиль в ближайшие пару лет.
Таким образом, мы имеем уникальный для нашей страны кейс: в развитии электромобильности заинтересованы сразу все участники процесса. Осталось только создать подходящие условия (тут, кстати, открываются значительные перспективы для бизнеса).
Электромобильность базируется на зарядной инфраструктуре, и сегодня мы попытаемся разобраться в одном из её аспектов.
Именно от типа зарядки зависит, будет электромобиль заряжаться двенадцать часов или пятнадцать минут: вот почему эта тема будоражит не только производителей, но и самих электромобилистов.
Давайте в ней разберемся.
AC/DC: переменный vs постоянный ток в зарядках для электромобилей
Почему станции с постоянным током в разы быстрее?
Батареи всех электромобилей используют постоянный ток. Только его возможно накапливать с помощью литий-ионных аккумуляторов.
Но электрические сети всего мира в своем большинстве работают на переменном токе, который дешевле и эффективнее передавать на большие расстояния.
Чтобы преобразовать переменный ток из сети в постоянный, требуемый батареей электромобиля, в электромобиле установлен преобразователь.
Именно он является бутылочным горлышком для зарядки на станциях переменного тока, делает её более длительной.
Фишка зарядок на постоянном токе в том, что электрическому току не надо преобразовываться: он «залетает» прямиком в батарею, минуя ограничение зарядного устройства.
Скорость зарядки зависит сразу от нескольких факторов:
Мощность зарядной станции;Емкость батареи электромобиля;Тип преобразователя внутри электромобиля.
Как сосчитать скорость зарядки?
Предлагаем использовать аналогию из школьной программы, знакомую всем.
Расстояние – это скорость, умноженная на время.
Пусть в зарядном процессе:
Емкость батареи электромоиля – это расстояние,
Скорость – это мощность зарядной станции,
Время – это продолжительность зарядного процесса.
Чтобы понять скорость зарядки, надо разделить емкость батареи на мощность зарядного устройства.
По мощности зарядные станции для электромобилей в России, как правило, делят на четыре типа:
1) Медленные: используют переменный ток и имеют мощность до 6 кВт.
Часто такими зарядками являются штатные зарядные устройства электромобилей, включаемые в обычные бытовые розетки. Время зарядки: до суток.
Например, народный Nissan Leaf может потреблять максимум 3,6 кВт, соответственно, от бытовой сети заряжаться он будет около шести часов.
2) Средние: от 7 до 22 кВт переменного тока. Представляют собой специализированные зарядные устройства. Скорость зарядки зависит от модели электромобиля, а точнее от преобразователя тока, установленного в нем. Время зарядки: около пяти часов.
Кажется, что этот тип не сильно отличается от предыдущего, но отличие есть для разных моделей электромобилей. Если для Ниссана время зарядки почти не поменяется, то, например, куда более мощную батарею Теслы такая станция зарядит куда быстрее, чем бытовая розетка.
4) Ультрабыстрые: в основном используют постоянный ток и имеют мощность от 100 кВт и более, заряжают Теслу за 15-30 минут.
При этом в Европе и США терминология немного отличается, там сейчас выделяют всего три типа станций:
Rapid— ультрабыстрые от 50 кВт и более (наши «Быстрые» и «Ультрабыстрые»).
В России сегодня преобладают медленные станции: их в городах довольно много.
Однако перспектива оставлять машину около зарядки на полдня прельщает немногих.
Сегодня тенденции развития электромобильности стремительны, как никогда.
Законодательства всего мира активно ограничивают использование автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, и при нашей жизни ДВС, скорее всего, канут в лету.
Технологии зарядок развиваются вместе с отраслью, ведь чем быстрее и проще будет зарядный процесс, тем скорее люди будут пересаживаться на электромобили.
Ещё вчера мы называли супербыстрыми станции мощностью 180 кВт, но уже существуют станции 350 кВт, и в сравнении с ними, через год-другой то, что мы сегодня считаем быстрым, будет считаться медленным.
Отдельно стоит отметить роль IT-составляющей зарядной инфраструктуры: ведь именно ПО и мобильные приложения делают зарядный процесс эффективным: ни одна сеть станций сегодня не может быть конкурентоспособной без качественной системы управления и монетизации, а электромобилисты активно используют приложения для поиска и бронирования зарядных станций.
Терминология зарядной отрасли – живой подвижный организм. Всё, что нам остается: держать руку на пульсе и приготовиться быть гибкими. Ведь, где предел этой скорости, и что такое по-настоящему быстро, электромобилистам всего мира, которыми скоро станем мы все, только предстоит узнать.
Сколько стоит зарядная станция для электромобиля
Это не проблема для России: здесь как минимум 10 лет будут продавать Рено, Хендай и Киа с двигателями внутреннего сгорания, а вот будут ли после 2025 года новые Порше с такими — непонятно. Одно понятно: тренд на электромобили не думает утихать.
Мы с мужем задумались о покупке электромобиля в семью. А наш друг уже приобрел два электрокара и установил две зарядные станции у себя в подземном паркинге и на даче. Мы решили ему в этом помочь. Расскажу, что получилось и с какими нюансами пришлось столкнуться.
Что вообще называют электромобилем
Электромобилями нередко называют и гибридные автомобили, ведь некоторые из них могут ехать исключительно на заряде батареи.
Гибридные автомобили бывают двух типов. Первые заряжаются сами от себя, пример такой машины — Toyota Prius. Ее батарея заряжается во время работы двигателя внутреннего сгорания и от рекуперации при торможении — это когда часть энергии, высвобождающейся при работе колодок и тормозных дисков, возвращается в виде электроэнергии, которая запасается в батарее.
Другие гибриды — подзаряжаемые, они же плагин-гибриды, PHEV — можно заряжать от розетки. Например, Porsche Panamera Hybrid.
В таком автомобиле есть маломощный двигатель внутреннего сгорания и электромотор с батареей небольшой емкости, которая помогает бензиновому мотору в сложных режимах движения: старт с места, движение в пробке и так далее. Заряда таких машин достаточно для передвижения на короткие дистанции по городу в полностью электрическом режиме. А когда автомобиль выезжает за город, подключается двигатель внутреннего сгорания.
Преимущества подзаряжаемых гибридов:
Недостатки подзаряжаемых гибридов:
Электромобиль — автомобиль, который приводит в движение один или несколько электродвигателей, работающих от батареи.
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:
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:
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.
Разъёмы переменного тока
Разъёмы постоянного тока
Промышленный Commando (IEC 60309)
Японский JEVS (CHAdeMO)
Американский Type 1 (SAE J1772)
Европейский Combined Charging System (CCS-2 or ‘Combo’)
Европейский Type 2 (Mennekes, IEC 62196)
Фирменный разъём Tesla
Источник: Компания «АСберг АС»