Зарядка постоянного тока

Что такое зарядка постоянным током

Как работает зарядка постоянного тока

Зарядка постоянным током подает энергию непосредственно на аккумулятор электромобиля, минуя бортовое зарядное устройство, что позволяет увеличить запас хода за 20-60 минут. Для операторов зарядных станций и руководителей проектов понимание основ зарядки постоянным током необходимо для планирования инфраструктуры и общения с заинтересованными сторонами.
Ключевое отличие от зарядки переменным током заключается в том, где происходит преобразование энергии. Зарядные устройства переменного тока полагаются на бортовой преобразователь автомобиля, который ограничивает скорость зарядки мощностью преобразователя (обычно 7-19 кВт). Зарядные устройства постоянного тока выполняют это преобразование в самой станции, обеспечивая подачу энергии в размере 150-350 кВт или выше.

Зарядные станции постоянного тока преобразуют переменный ток сети в постоянный до того, как он попадет в автомобиль, и направляют электричество непосредственно в аккумуляторную батарею. Это внешнее преобразование устраняет узкое место, создаваемое бортовыми зарядными устройствами.
Аккумуляторы EV накапливают постоянный ток, а электрическая сеть подает переменный. При использовании зарядки первого или второго уровня автомобиль получает переменный ток, который его бортовое зарядное устройство должно преобразовать в постоянный. Это бортовое оборудование рассчитано на ночную зарядку, а не на быструю дозаправку.
При быстрой зарядке постоянным током преобразовательное оборудование переносится из автомобиля на станцию. Зарядное устройство выполняет преобразование переменного тока в постоянный до поступления электронов в автомобиль, напрямую взаимодействуя с системой управления батареей (BMS) для подачи энергии с максимальной скоростью, которую может принять батарея.
Мощность современных быстрых зарядных устройств постоянного тока обычно составляет 150-350 кВт, а некоторые устройства достигают 400 кВт и выше. Для сравнения, типичное зарядное устройство 2-го уровня выдает 7-19 кВт. Эта разница объясняет, почему зарядка постоянным током может увеличить значительный запас хода за считанные минуты, а не за часы.

Уровни мощности и скорость зарядки

Заявленная мощность зарядного устройства - лишь часть истории. Автомобильная система BMS действует как сторож, постоянно контролируя температуру, напряжение и баланс элементов, чтобы определить, какую мощность может безопасно принять батарея.
Зарядка происходит по предсказуемой трехфазной кривой:
Начальная фаза (0-30% SOC): Аккумулятор принимает максимальную мощность. Это самый быстрый и эффективный период зарядки.
Промежуточная фаза (30-80% SOC): Скорость зарядки остается высокой, но начинает снижаться. Система BMS снижает мощность по мере приближения ячеек к предельным значениям напряжения.
Заключительный этап (80-100% SOC): Мощность резко падает, чтобы предотвратить повреждение ячеек. Зарядка от 80% до 100% часто занимает столько же времени, сколько и от 0 до 80%.
VW ID.4 иллюстрирует эту кривую: она сразу достигает 125 кВт, держится до состояния заряда 30%, снижается до 100 кВт при 45%, 80 кВт при 60%, затем резко падает после 80%. Время от 0-50% занимает около 20 минут; 50-80% - еще 20 минут; 80-100% - еще 25 минут.
Для операторов это означает, что практическая цель зарядки - 80%, а не 100%. Планирование 20-40-минутных сеансов зарядки для каждого автомобиля повышает пропускную способность, обеспечивая полезный запас хода.

Стандарты разъемов

На североамериканском рынке доминируют три типа разъемов для зарядки постоянным током:
CCS (комбинированная система зарядки): Установленный стандарт для большинства автомобилей EV, не относящихся к компании Tesla. CCS1 (Северная Америка) и CCS2 (Европа) поддерживают мощность до 350 кВт.
CHAdeMO: Разработан японскими автопроизводителями, в настоящее время сокращается в Северной Америке, поскольку производители переходят на другие стандарты. Все еще актуально для некоторых автомобилей Nissan и Mitsubishi.
NACS/SAE J3400: Разъем Tesla, который теперь принят в качестве североамериканского стандарта зарядки. Все крупные автопроизводители объявили о планах по внедрению J3400 с 2025 года. Стандарт поддерживает мощность до 1 МВт с активным охлаждением, что позволяет использовать его в тяжелых автомобилях.
Переход на NACS упрощает ситуацию для операторов, планирующих новые установки. Однако в переходный период сохраняется важность возможности использования нескольких стандартов для обслуживания существующего парка транспортных средств.

Инфраструктурные соображения для операторов

Инфраструктура быстрой зарядки постоянного тока требует иного планирования, чем при развертывании устройств уровня 2. Требования к электропитанию, выбор места и эксплуатационные расходы - все это соответственно масштабируется.
Требования к электрооборудованию: Быстродействующие зарядные устройства постоянного тока требуют трехфазного переменного тока напряжением 480 В. Одно зарядное устройство мощностью 150 кВт потребляет основную мощность; для установки нескольких устройств часто требуется специальный трансформатор или модернизация электросети. Стоимость подключения к электросети увеличивается с удалением от существующих подстанций.
Расходы на установку: $50 000-$100 000 за блок быстрой зарядки постоянного тока, не считая модернизации электрической инфраструктуры. Подготовка площадки, рытье траншеи и согласование инженерных коммуникаций добавляют к этому базовые затраты.
Экономика производства: Согласно исследованию NASEO, плата за спрос может составлять почти 74% в счетах за электроэнергию для коммерческих предприятий. Управление пиковым спросом становится критически важным для многозарядных станций. Операторы, управляющие зарядками в депо, обычно добиваются стоимости энергии ниже $0,15/кВтч, по сравнению с $0,40-$0,70/кВтч на общественных станциях.
Определение размера флота: В системах совместного использования с большим пробегом одно быстродействующее зарядное устройство постоянного тока обычно поддерживает 10-12 автомобилей в день. Система совместного использования автомобилей Maven Gig в Калифорнии продемонстрировала это соотношение на 223 000 зарядках с примерно 1 000 Chevrolet Bolt. Автопарки из 10-20 EV часто достигают порога, когда выделенная инфраструктура постоянного тока становится финансово выгодной по сравнению с общественными зарядками.

Планирование развертывания зарядки постоянного тока

Начинайте оценку площадки с мощности электросети, а не с выбора оборудования. Стоимость и сроки модернизации электрической инфраструктуры часто превышают стоимость самого зарядного оборудования. Свяжитесь с коммунальными службами на раннем этапе, чтобы понять доступные мощности и требования к модернизации.
Оцените структуру платы за спрос, прежде чем принимать решение о месте установки. Системы управления нагрузкой и накопители энергии могут снизить плату за пиковый спрос, но эти решения усложняют процесс и увеличивают капитальные затраты.
Для применения в автопарке смоделируйте фактическую структуру использования автомобилей. Соотношение 10-12 автомобилей на одно зарядное устройство предполагает эксплуатацию с большим пробегом; автопарки с меньшим пробегом могут получить адекватное обслуживание с меньшим количеством зарядных устройств постоянного тока, дополненных ночной зарядкой уровня 2.