Вы подъезжаете к общественной зарядной станции и видите два разных штекера. На одном написано “Зарядка переменным током 2-го уровня”, и она занимает 6 часов. На другом написано “Быстрая зарядка постоянным током” и обещано 80% за 30 минут.
Каким из них пользуетесь вы? В чем, собственно, разница?
Вот прямой ответ: Фундаментальное различие между зарядкой переменным и постоянным током заключается в том, ГДЕ происходит преобразование электроэнергии. Зарядка переменным током (AC) преобразует энергию внутри автомобиля с помощью бортового зарядного устройства, ограничивая скорость зарядки до 3-22 кВт. Зарядка постоянным током (DC) преобразует энергию внутри зарядной станции, минуя бортовое зарядное устройство вашего автомобиля и подавая энергию непосредственно на аккумулятор мощностью 50-500+ кВт, что значительно ускоряет процесс, но и удорожает его.
В чем принципиальная разница между зарядкой переменным и постоянным током?
Суть различия не в том, лучше или хуже электричество, а в том, где происходит преобразование переменного тока в постоянный.
Ваша домашняя розетка подает переменный ток. Аккумулятор вашего электромобиля накапливает постоянный ток. Преобразование неизбежно. Вопрос в том, где происходит преобразование - в автомобиле или на зарядной станции?
Понятие переменного и постоянного тока
Переменный ток - это электричество, которое меняет направление 60 раз в секунду. Представьте себе волну, колеблющуюся взад-вперед. Ваш дом получает переменный ток, потому что он эффективно передается на большие расстояния от электростанций.
Постоянный ток (DC) течет в одном постоянном направлении. Представьте себе реку, которая течет вниз по течению. Батареи, в том числе и аккумуляторная батарея вашего EV, могут хранить только постоянный ток.
Вот важнейший факт: электрическая сеть всегда подает переменный ток. Ваш аккумулятор всегда требует постоянного тока. Что-то должно преобразовывать эту энергию, будь то ваш автомобиль или зарядная станция.
Основное различие в зарядке электромобилей
Зарядка от сети переменного тока: Преобразование происходит внутри автомобиля с помощью компонента, называемого бортовым зарядным устройством (БЗУ). Ваш автомобиль получает переменный ток из розетки или зарядной станции, затем бортовое зарядное устройство преобразует его в постоянный ток, после чего направляет его в аккумулятор.
Зарядка постоянным током: Преобразование происходит внутри самой зарядной станции. Станция выполняет всю тяжелую работу по преобразованию, а затем направляет чистый постоянный ток прямо на ваш аккумулятор, минуя бортовое зарядное устройство.
Подумайте об этом, как о зарядке телефона. Зарядка переменным током похожа на использование зарядного кирпича для телефона - кирпич (как и бортовое зарядное устройство в автомобиле) преобразует напряжение в сети в то, что нужно вашему телефону. Быстрая зарядка постоянным током похожа на прямое подключение аккумуляторного блока, который уже выдает точное напряжение, необходимое вашему устройству.
Почему разница в местоположении имеет значение
| Аспект | Зарядка переменным током | Зарядка постоянного тока |
| Где происходит конверсия | Внутреннее транспортное средство (OBC) | Внутренняя зарядная станция |
| Ограничено | Емкость бортового зарядного устройства | Скорость приема батареи |
| Типичный диапазон мощности | 3-22 кВт | 50-500+ кВт |
| Основной вариант использования | Дом/место работы | Дорожные поездки/быстрая зарядка |
Бортовое зарядное устройство в большинстве EV может работать только с 3-11 кВт (в некоторых роскошных моделях - до 22 кВт). Это узкое место для зарядки от сети переменного тока.
Быстродействующие зарядные устройства постоянного тока не ограничены возможностями бортового зарядного устройства вашего автомобиля. Они могут подавать 50 кВт, 150 кВт, даже 350 кВт прямо на вашу батарею, ограничиваясь только тем, что ваша батарея может безопасно принять.
Как происходит процесс преобразования энергии?
Позвольте мне рассказать вам о том, что происходит внутри оборудования, когда вы подключаете свой EV.
Зарядка переменным током: Внутри бортового зарядного устройства вашего автомобиля
Шаг 1: фильтрация электромагнитных помех
Поступающая электроэнергия переменного тока сначала проходит через фильтр электромагнитных помех (EMI). Он устраняет электрические шумы - случайные скачки напряжения и помехи от других устройств в сети.
Чистая энергия, поступающая в систему, предотвращает повреждение чувствительной электроники, расположенной ниже по потоку. Это похоже на фильтр для воды, удаляющий примеси до того, как вода попадает в водопровод.
Шаг 2: Ректификация
Далее переменный ток проходит через выпрямительную цепь. Выпрямитель преобразует этот колеблющийся переменный ток в “пульсирующий” постоянный - он еще не ровный, но течет только в одном направлении.
Представьте, что вы берете эту волну и переворачиваете все отрицательные части вверх. Вместо гладкой волны получится ряд горбов, но, по крайней мере, все направлено в одну сторону.
Шаг 3: Коррекция коэффициента мощности (ККМ)
Этот этап выполняет две важнейшие задачи. Во-первых, он повышает или понижает напряжение в соответствии с потребностями вашей батареи. Во-вторых, он сглаживает потребление энергии из сети.
Коррекция коэффициента мощности снижает гармонические искажения в электрическом токе. Перевод: это делает ваше зарядное устройство “хорошим гражданином” в электрической сети, потребляя энергию плавно, а не рывками, которые могут вызвать напряжение трансформаторов в вашем районе.
Схема PFC создает почти идеальную синусоидальную форму тока, достигая так называемого “коэффициента мощности”. Это нравится коммунальным службам, поскольку означает, что ваше зарядное устройство EV не создает проблем с электричеством для ваших соседей.
Шаг 4: Окончательное преобразование и управление батареей
На последнем этапе пульсирующий постоянный ток сглаживается и превращается в стабильный, чистый постоянный ток. Затем система управления аккумулятором (BMS) регулирует точный поток к каждому элементу блока аккумуляторов.
Эффективность всего процесса преобразования составляет 90-96%. Это означает, что 4-10% энергии, за которую вы платите, превращается в тепло, а не идет в аккумулятор. Современные бортовые зарядные устройства приближаются к эффективности 96%, но вы всегда немного теряете.
Быстрая зарядка постоянным током: Внутри зарядной станции
При быстрой зарядке постоянным током используется тот же процесс преобразования, только происходит он не внутри автомобиля, а в шкафу размером с холодильник.
Станция получает переменный ток из сети, затем пропускает его через двухступенчатое преобразование. Во-первых, выпрямление преобразует переменный ток в постоянный. Во-вторых, DC-DC-преобразователь выравнивает напряжение в соответствии с потребностями конкретного блока батарей (400 В, 800 В или то, что требуется вашему автомобилю).
Почему зарядка постоянного тока может обеспечить большую мощность
Бортовое зарядное устройство вашего автомобиля ограничено размерами, весом и стоимостью. Автопроизводители не могут установить 150-киловаттный преобразователь мощности в каждый автомобиль - это добавит сотни килограммов, займет место в багажнике и обойдется в тысячи долларов.
Станции быстрой зарядки постоянного тока не имеют таких ограничений. Они стационарны. Они могут быть огромными. Одно быстрое зарядное устройство постоянного тока может иметь вентиляторы охлаждения, системы жидкостного охлаждения и трансформаторы, которые весят столько же, сколько небольшой автомобиль.
Станция справляется со всеми тепловыми нагрузками, возникающими при преобразовании высокой мощности. Ваш автомобиль просто получает чистый постоянный ток и направляет его прямо в аккумулятор через систему управления аккумулятором. Отсутствие преобразования означает отсутствие выделения тепла в вашем автомобиле.
Прямое подключение к аккумулятору обеспечивает скорость зарядки в 10-20 раз выше, чем при зарядке от сети.
Сколько стоит зарядка переменным и постоянным током?
Давайте поговорим о деньгах. Разница в стоимости зарядки переменным и постоянным током просто ошеломляет - как при установке, так и при оплате электроэнергии.
Расходы на установку
| Тип зарядки | Оборудование + монтаж | Общая стоимость объекта | Множитель затрат |
| Уровень 2 Дом | $500-$2,500 (avg $1,400) | $1,400-$2,500 | Базовый уровень (1х) |
| Общественный уровень 2 | $5 440 за зарядное устройство | $5,000-$10,000 | 4-кратная зарядка в домашних условиях |
| Быстрое зарядное устройство постоянного тока | $50,000-$150,000 | $80,000-$250,000+ | 40-100-кратная зарядка в домашних условиях |
Установка домашнего зарядного устройства 2-го уровня обычно стоит $800-$1 500, если ваш электрический щит имеет достаточную мощность и установка не представляет сложности. Добавьте еще $1,500-$3,000, если вам нужна модернизация щита.
Быстрые зарядные устройства постоянного тока - это совершенно другой зверь. Для полной площадки вам потребуется $80 000-$250 000+. Одно зарядное устройство мощностью 350 кВт стоит $100 000-$150 000, даже не затрагивая установку, модернизацию электрооборудования и работы на площадке.
Расходы на электроэнергию (за кВт/ч)
Домашняя зарядка (уровень 2): $0,17/кВтч в среднем
Общественный уровень 2: В среднем $0,25/кВтч (на 53% дешевле, чем на постоянном токе)
Общественная быстрая зарядка постоянным током: В среднем $0,47/кВтч (диапазон: $0,40-$0,60/кВтч)
Быстрая зарядка постоянным током стоит почти в три раза дороже, чем дома. Некоторые премиальные сети постоянного тока взимают $0,55-$0,60/кВт-ч - более чем втрое выше обычных тарифов на электроэнергию для населения.
Общественный уровень 2 находится посередине по цене $0,25/кВтч. Вы платите больше, чем при домашней зарядке, но гораздо меньше, чем при быстрой зарядке постоянным током.
Пример сравнения затрат в реальном мире
Зарядка батареи емкостью 60 кВт-ч с 20% до 80% (требуется 36 кВт-ч):
- Зарядка от сети переменного тока: ~$6.12
- Общественный уровень 2: ~$9.00
- Общественная быстрая зарядка постоянным током: ~$16.92
Один и тот же сеанс зарядки стоит почти в 3 раза дороже на быстром зарядном устройстве постоянного тока по сравнению с домашним.
Сравнение годовых затрат (12 000 миль, эффективность 3 мили/кВтч = 4000 кВтч/год):
- Домашний кондиционер: ~$680/год
- Общественный уровень 2: ~$1,000/год
- Общественный центр быстрого обслуживания: ~$1,880/год
Если вы полагаетесь на быструю зарядку постоянного тока, потому что не можете заряжаться дома, то вам придется тратить на $1 200 в год больше, чем тем, кто заряжается дома. За 10 лет владения автомобилем это составит $12 000 дополнительных расходов на электроэнергию.
Зарядка дома - это не только удобно, но и значительно экономит средства.
Когда следует использовать зарядку переменного и постоянного тока?
Вот простая схема, которая работает для 90% водителей EV.
Правило 80/20 для зарядки электромобилей
80% вашей зарядки: Зарядка от сети переменного тока дома или на рабочем месте для повседневных нужд 20% вашей зарядки: Общественная быстрая зарядка постоянного тока для поездок и экстренных случаев
Такое разделение оптимизирует стоимость, удобство и долговечность аккумулятора. Вы делаете медленную, дешевую зарядку, когда время не имеет значения (на ночь), и быструю, дорогую зарядку, когда время имеет значение (дорожные поездки).
Используйте зарядку от сети переменного тока (уровень 2), когда:
- Зарядка на ночь в домашних условиях. У вас есть 8+ свободных часов, электричество стоит $0.15-$0.20/кВтч, а ваш автомобиль все равно будет припаркован. Это самый лучший сценарий для зарядки от сети.
- На рабочем месте в течение рабочего дня. Если ваш работодатель предлагает бесплатную или субсидированную зарядку, вы получаете 4-8 часов зарядки во время работы. Ноль альтернативных затрат.
- Ежедневная рутинная зарядка. Ваш график предсказуем. Каждый вечер вы паркуетесь на одном и том же месте. Вы проезжаете 30-50 миль в день. Зарядка 2-го уровня за ночь легко заменит то, что вы используете.
- Максимальное продление срока службы батареи. Если вы планируете эксплуатировать свой EV более 15 лет и максимально увеличить стоимость при перепродаже, более щадящая зарядка переменным током снижает нагрузку на элементы батареи.
- Минимизация затрат на зарядку. Домашняя зарядка от сети переменного тока стоит одну треть от быстрой зарядки постоянным током. За год это $1,000+ экономии.
Используйте ускоренную зарядку постоянного тока, когда:
- Поездки по дорогам, выходящим за пределы возможностей вашего автомобиля. Вы проезжаете 200 с лишним миль и нуждаетесь в промежуточной зарядке, чтобы добраться до места назначения. В этом и заключается вся цель быстрой зарядки постоянного тока.
- Экстренное пополнение счета. Вы неправильно рассчитали дальность. У вас батарея 5% и вы находитесь в 30 милях от дома. Вам нужно 20-30 минут быстрой зарядки, чтобы выбраться из затруднительного положения.
- Нет доступа к зарядке дома или на рабочем месте. Вы живете в квартире с уличной парковкой. На вашем рабочем месте нет зарядных устройств. Вы во всем полагаетесь на общественную зарядную инфраструктуру.
- Возможность зарядки коммерческого флота. Транзитные автобусы нуждаются в быстрой зарядке между маршрутами. Развозные грузовики нуждаются в быстрой подзарядке во время перерывов в работе водителя.
- Время дороже стоимости. Вы отправляетесь в путешествие. Потратить лишние $10, чтобы сэкономить 5 часов, - это не так уж и сложно. Заплатите премию и отправляйтесь в путь.
Итоги
Понимание различий между зарядкой переменным и постоянным током позволит вам оптимизировать процесс владения EV.
Экономьте деньги, используя зарядку от сети переменного тока для повседневных нужд. Для путешествий стратегически важно использовать быструю зарядку постоянного тока. Не сомневайтесь, что современные аккумуляторные технологии прекрасно справляются с обеими задачами.
Технология уже отработана. Инфраструктура быстро развивается. Стоимость снижается. Сейчас отличное время для владения электромобилем - при условии, что вы понимаете, как разумно использовать зарядную инфраструктуру.
Теперь есть.