Устройство электромобиля: Устройство электромобиля

Сейчас электромобилестроение развивается огромными темпами (особенно внесла вклад в эту тему компания Tesla Motors, запустив в серийное производство свои имеющие оглушительный успех электрокары и заставив таким образом шевелиться конкурентов). Инженеры частенько балуют нас особенными схемами работы электрокаров, например, оборудуя машины двумя электродвигателями или изобретая новые гибридные силовые установки. В этой статье я опишу устройство электромобиля и то, чем средний современный электромобиль технически отличается от классических авто с ДВС. Напомню, из каких частей состоит любой автомобиль:

• двигатель, который создает механическую энергию, приводящую в конечном итоге в движение транспортное средство;
• кузов, к которому крепятся все элементы конструкции;
• шасси, основной задачей элементов которого является передача крутящего момента с двигателя на колеса;
• электрооборудование, которое пронизывает весь автомобиль: тут и стартер, и подогрев, и свет и множество других вещей, в зависимости от комплектации.

Пройдемся по каждой из них и выясним, почему электрокары такие особенные.

В электромобиле он электрический. В нем нет коленвала, поршней, камер сгорания, клапанов и много чего еще, что есть в двигателях внутреннего сгорания. За то есть статор, внутри которого благодаря электромагнитной силе вращается ротор. Подробнее об электродвигателе электромобиля можно прочесть здесь. Немаловажной особенностью электродвигателя является возможность не только производить вращательную энергию, но и создавать ток для заряда батареи, то есть работать в режиме генератора. Это основной принцип так называемой рекуперации: грубо говоря, при нажатии на педаль газа электродвигатель вращает колеса, и энергия батареи тратится, а если педаль отпустить, на движущейся машине уже колеса будут вращать вал двигателя, создавая в обмотке напряжение и генерируя ток, заряжающий батарею.

Благодаря простоте и почти полному отсутствию трущихся частей в электромоторе (кроме подшипников), в отличие от ДВС, ресурс его намного превышает ресурс классического бензинового или дизельного двигателя.

Кузов электромобиля отличается наличием отсека для аккумуляторной батареи (чаще всего располагающейся в днище автомобиля). При этом благодаря трансмиссии, занимающей в электрокаре значительно меньший объем, чем в обычном авто, водителю и пассажирам, электрической машины доступно больше пространства в салоне при тех же внешних габаритах.

Шасси состоит в свою очередь из ходовой части, механизмов управления и трансмисси. Ходовая часть электромобиля, включающая мосты, подвеску и колеса, не имеет принципиальных отличий от ходовой привычных нам авто. О рулевом управлении и тормозной системе так же сказать особо нечего, кроме того, что благодаря существенному торможению двигателем (как раз когда происходит рекуперация), тормозные колодки и диски электромобиля изнашиваются значительно меньше. Главное же отличие шасси электрического от шасси классического авто кроется в трансмиссии. Конкретно — в коробке передач. В электрокаре её нет :). Вместо нее устанавливается очень простой понижающий редуктор (в котором практически нечему ломаться), имеющий огромный ресурс по сравнению даже с механическими коробками передач, не говоря уже об автоматических коробках и вариаторах. Сцепление, соответственно, тоже отсутствует.

Электрическое оборудование электромобиля имеет значительные отличия от электрооборудования автомобиля, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания. Отличия эти касаются электрооборудования мотора; в салоне всё примерно одинаково. В электромобиле отсутствует стартер и нет системы зажигания рабочей смеси, за то там есть аккумуляторная батарея, инвертор (согласующий токи подаваемый от батареи в электродвигатель и генерируемый электродвигателем во время рекуперации), а также модулем, питающим батарею во время зарядки и рекуперации и двигатель через инвертор во время ускорения. Подробнее об аккумуляторной батарее для электромобиля можно прочесть тут. Еще в электромобиле отсутствует система охлаждения двигателя, но часто присутствует система контроля температуры батареи (с подогревом или охлаждением) и электрическая печка.

Посмотрите это видео, которое показывает устройство электромобиля на примере Tesla Model S.

О том, какие бывают электромобили и гибриды, я написал в Часто Задаваемых Вопросах. Гибридами они называются за то, что имеют и электродвигатель, и двигатель внутреннего сгорания в своей силовой установке. Соответственно, механизмы их значительно сложнее, так как включают в себя системы, необходимые для передачи крутящего момента и работы обоих моторов.

Принцип работы и устройство электромобиля

Электромобили двигаются под действием электричества, которое первоначально попадает к ним из обычной домашней электросети и запасается в автомобильных перезаряжаемых аккумуляторах.

Такому автомобилю не нужна коробка передач, применяемая в двигателях внутреннего сгорания. Потому что вал электродвигателя здесь присоединен прямо к колесу. Электричество питает мотор, и мотор крутит колесо, которое двигает машину. Сейчас сделаны опытные электромобили с одноразовым запасом энергии на борту, достаточным для 130-мильного пробега. Эти автомобили намного меньше загрязняют окружающую среду и работают значительно тише, чем автомобили, «кушающие» бензин. Пожалуй, главным недостатком электромобиля является то, что ему требуется шесть часов на полную зарядку аккумуляторов.

Автомобиль с автоматической коробкой передач

Если взглянуть на приборную панель электромобиля (рисунок выше), то видно, как просто сделан рычаг управления передачами, — по той причине, что в машине нет коробки передач. Все, что должны показывать приборы на панели, это число оборотов в минуту двигателя, скорость автомобиля и уровень зарядки электрической батареи.

Каким образом электрическая энергия вращает колеса

Принципиальная схема электромобиля

Электромобиль движется под действием электрической энергии, которую он первоначально запасает в своих аккумуляторах (рисунок ниже). При движении автомобиля электрическая энергия приходит на электромагнитный разъем. Оттуда под управлением водителя и сигналов от датчиков энергия поступает на электродвигатели, которые крутят колеса и заставляют автомобиль двигаться.

Подзарядка «севших» аккумуляторов электромобиля

Схема заряда аккумуляторов электромобиля

Электро-зарядное устройство автомобиля нужно для того, чтобы бортовые аккумуляторы накопили новую электрическую энергию взамен истраченной на движение автомобиля. Устройство получает энергию для зарядки через обычную электро-розетку, какие стоят в жилых домах.

Энергия передается прямо на колеса

Мощный постоянный магнит, находящийся внутри электродвигателя, позволяет вращать колесо без ведущего вала и шестеренок, применяемых в обычных автомобилях. Поэтому в электромобиле нет дифференциала, передаточных устройств с шестеренками и коробки передач. Энергия там идет от электродвигателя прямо на колеса.

В модели электромобиля «Дестини 2000» (Destiny 2000) сочетается применение солнечных панелей и аккумуляторов с кузовом из стекловолокна.

Электромобиль. Виды и устройство. Работа и применение

Электромобиль представляет устройство, которое приводится в движение электрическим двигателем. В качестве топлива используется электроэнергия от автономного источника: топливных элементов, аккумуляторов и так далее. Первые транспортные средства с электродвигателем появились в конце 19 века, однако их серийное внедрение не состоялось из-за появления двигателя внутреннего сгорания. Однако в последнее время электромобилям стало уделяться все большее внимание. Многие крупные автоконцерны стали выпускать свои варианты машин с электродвигателем.

Имеется следующая основания классификация таких машин:

• Внутригородские автомобили. У них имеется ограничение максимальной скорости движения. В результате их масса на порядок меньше, так как ставятся менее мощные электрические двигатели. В то же время благодаря сочетанию маленького веса, и высокому крутящему моменту мощности вполне хватает для полноценного движения.

• Микроэлектромобили. Данные машины созданы для городских условий, где остро стоит проблема с пробками, машиноместами и огромным количеством транспорта. К тому же эти автомобили позволяют решить проблему ограниченной емкости аккумуляторов.

Эти автомобили в основном используются для поездки городского жителя от дома до работы или магазина, а затем обратно. В среднем такие машинки преодолевают расстояние около 30 км. При этом подобные автомобильчики перевозят лишь водителя и одного пассажира. В то же время меньшие размеры и масса автомобильчика обеспечивают его меньшую стоимость и более низкую эксплуатационную составляющую.

• Полноразмерные автомобили. Такие устройства полностью соответствуют машинам, ездящим по трассе. В ряде случаев такие автомобили по своим характеристикам даже превосходят лучшие автомобили с двигателем внутреннего сгорания для дорог общего пользования. Благодаря мощному электрическому мотору у таких автомобилей отличные динамические параметры. Но это требует комплектации мощными аккумуляторами, ведь только с помощью них можно проезжать длительные расстояния.

• Трициклы и другие креативные автомобили. Трициклы имеют спереди два колеса и одно сзади.

• Грузовые машины. На данный момент их используют редко, но они представляют серьезную перспективу для использования в городах.

• Троллейбусы, электроавтобусы и трамваи, которые используются для пассажирских перевозок.

• Устройство работы от переменного тока.
• Устройство работы от постоянного тока.
• Универсальные варианты.

Электродвигатели переменного тока также могут быть синхронными и асинхронными.

Имеется классификация и по типу используемых аккумуляторов.

Электромобиль имеет несколько упрощенную конструкцию, чем машины с ДВС. К тому же в ней на порядок меньше узлов и деталей.

Главными элементами в нем являются:

• Трансмиссия. Это устройство, которое передает крутящий момент от электрического двигателя к колесам автомобиля. Сюда входит коробка передач, механизмы поворота и так далее.
• Аккумулятор. Это источник энергии, благодаря которому приводится в движение двигатель. Именно от него зависит, какое расстояние сможет проехать автомобиль. Сегодня аккумулятора выпускаются в следующих исполнениях;

— никель-кадмиевые;
— натрий никель-хлоридные;
— литий-ионные;
— свинцово-кислотные.

• Электронная система управления, которая контролирует процессы зарядки, мощности, распределения крутящего момента и целый ряд иных параметров.
• Бортовое зарядное устройство, предназначенное для возможности зарядки автомобиля от обычной электрической сети или быстрозарядных станций.
• Электрический двигатель. Это сердце автомобиля.
• Корпус, сиденья и другие элементы, свойственные обычному автомобилю.

Электромобиль под капотом вместо ДВС имеет электрическую установку, которая получает энергию от аккумуляторов. Это своего рода «топливный бак». Для равномерной подачи электрического тока в сеть, расположенную между батареей и двигателем используется блок управления. При помощи переменных резисторов контроллер получает информацию об объеме требуемой энергии. При остановке автомобиля устройство прекращает свое действие, при нажатии на акселератор электроэнергия вновь подается на электродвигатель.

Чтобы повысить безопасность, в педали акселератора имеется два потенциометра. Они отправляют импульсы на контроллер, и на их основании производит регулировку выдаваемой мощности от движка. Входные датчики также направляют сигналы в блок управления о положении селектора переключения передач, педали тормоза, заряда аккумулятора и так далее. Двигатель же работает по принципу электромагнитной индукции. Так он преобразует электрическую энергию в механическую, направляя вращающий момент на колеса автомобиля. В результате это заставляет двигаться машину с необходимой скоростью.

Главными плюсами электрического двигателя можно назвать:

• Максимальный крутящий момент при любых скоростях.
• Простота агрегата.
• Функционирование в режиме генератора.

Некоторые электрические автомобили имеют несколько электродвигателей, приводящие в движение колеса по отдельности. Движки могут быть встроены прямо в колеса, благодаря чему уменьшается число элементов конструкции трансмиссии. Однако такой подход приводит к ухудшению управляемости. Трансмиссия машины довольно проста и в большей части случаев имеет зубчатый редуктор в одну ступень.

Зарядное устройство машины дает возможность производить зарядку аккумулятора в том числе от бытовой электросети. Инвертор используется для преобразования постоянного тока аккумулятора в трехфазное напряжение переменного тока, чтобы обеспечить питание электрического двигателя. Преобразователь постоянного тока необходим для понижения тока с целью подпитки кондиционера, электроусилителя, освещения, регулировки зеркал и так далее. Многие параметры работы электрического автомобиля визуально выводятся на панель приборов.

На наших дорогах электромобиль все еще является экзотикой. Всего в нашей стране на данный момент применяется семь моделей электрических автомобилей, но в основном они ассоциируются с машинами под брендом Tesla. Однако это дорогие автомобили, поэтому не каждый решится их приобрести. Так электромобиль Model 3 от компании Tesla в США стоит от 35 тысяч долларов. К тому же появлению электрических автомобилей препятствует отсутствие электрозаправочных станций, сравнительно небольшой ход автомобиля на одной зарядке, морозы, которые снижают емкость аккумуляторной батареи.

К тому же ввоз электрических автомобилей в страну является сложным и не очень выгодным для дилеров делом. С 2017 года на них необходимо устанавливать систему ЭРА-ГЛОНАСС, получать сертификат одобрения ОТТС, проводить растаможку, оплачивать акциз, страховку, утилизационный сбор, НДС. В итоге стоимость автомобиля может увеличиться на 40%, что существенно сказывается на возможностях и желании покупателя приобретать его.

При покупке следует уделить внимание следующим показателям:

• Почти половину стоимости автомобиля с электрическим двигателем составляет цена батареи. Они могут быть разными, иметь разную емкость, скорость зарядки и срок службы. Поэтому этому элементу необходимо уделить особое внимание.
• Необходимо учесть запас хода, который может проехать автомобиль. При этом необходимо учитывать, что зимой с включенной печкой электромобиль будет проезжать в несколько раз меньше. Если не учесть этого нюанса, то можно получить большие проблемы при его эксплуатации в зимний период.
• Следует предусмотреть, как будет заряжаться электрический автомобиль. Сегодня электрические заправки имеются только в крупных городах и то они являются редкостью. Поэтому в комплекте желательно предусмотреть наличие провода, который позволяет производить зарядку от обычной бытовой розетки на 220 В.
• Чтобы не знать проблем, важно выбирать модель, которая будет иметь сервисный центр поблизости для проведения технического обслуживания электрического автомобиля.

У электрического автотранспорта имеются серьезные перспективы. Большинство автомобильных концернов данному направлению уделяют особое внимание. В производство внедряется множество инновационных технологий, которые позволят лишить электрические автомобили недостатков, присущие им сегодня. К тому же многие страны разрабатывают специальные программы и инфраструктуру для развития электрического транспорта. Среди них постройка бесплатных парковок и отсутствие налога для электрического транспорта, выделенные полосы и ряд других льгот.

Электромобиль для полной зарядки требует специальной инфраструктуры, позволяющей производить быструю зарядку в течение получаса. В будущем потребуется менее нескольких минут, чтобы произвести полную зарядку. В этом направлении уже ведутся работы. Будут созданы особо емкостные батареи, позволяющие увеличить ход до нескольких тысяч километров и не боящихся холода. Появится и вся необходимая инфраструктура. Повсеместно будут передвигаться только электрические автомобили, ведь машины с ДВС запретят. В результате окружающий мир станет чище, тише и комфортнее.

Похожие темы:

асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?

Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.

С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.

Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.

А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.

В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.

Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.

Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.

Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.

Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.

Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.

Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.

Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.

Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.

Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.

Так поговорим же о них поподробнее

Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.

Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.

Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?

Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.

Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.

Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.

Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».

Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.

Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.

Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.

Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.

А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.

И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.

Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.

Все о зарядке электромобилей — Moscow Tesla Club

Для дома и офиса

Другой вариант — трехфазная розетка, которую можно установить в загородном доме или в офисе. Процесс зарядки от трехфазной розетки значительно быстрее.

Рекомендуем приобрести одну из зарядных станций, представленных ниже. Каждая из них небольшого размера и проста в эксплуатации.

Мощность — 22 кВт

Сила тока — 32 А

Частота — 50 Гц

3-фазный переменный ток

Мощность — 22 кВт

Сила тока — 0-50 А

Постоянный ток

Мощность — 22 кВт

3-фазный переменный ток

Для быстрой зарядки и публичного использования

• Трехфазной розеткой на любой автомойке, в отеле или подземном паркинге.
• Зарядной станцией стандарта Mennekes Type 2.
• Зарядной станцией CHAdeMO.
• Supercharger (единственная станция этого типа в Москве расположена на территории гольф-клуба «Сколково»). Устройство позволяет полностью зарядить электромобиль за 75 минут.

Установленная общественная зарядка будет добавлена на карту PlugShare.

Мощность — 22 кВт

Сила тока — 0-50 А

Постоянный ток

Мощность — 50 кВт

Зарядка постоянным или переменным током

Мощность — 150 кВт

Постоянный ток

Электромобилей все больше, а что с утилизацией батарей? | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

На важнейших автомобильных рынках планеты нарастает бум электромобилей, многие государства активно стимулируют их продажи субсидиями и налоговыми льготами. Это делается главным образом ради защиты глобального климата и оздоровления окружающей среды. В то же время ключевой компонент таких автомобилей, аккумуляторные батареи (АКБ), содержат токсичные вещества и без надлежащей утилизации могут нанести немалый ущерб экологии. Судя по российским СМИ и соцсетям, в России сложилось устойчивое впечатление, что эта проблема мало кого волнует, в том числе в Европе.  

Массовая утилизация АКБ потребуется лишь в конце 2020-х

«Такое впечатление ошибочно, — заверил DW Вольфганг Бернхарт (Wolfgang Bernhart), автомобильный эксперт и старший партнер ведущей немецкой консалтинговой компании Roland Berger. — Просто в Европе, к примеру, пока еще слишком мало электромобилей и, соответственно, отработавших свой срок аккумуляторных батарей». Поэтому вопрос об их утилизации или рециклинге еще не оказался в фокусе общественного внимания.

Аккумуляторная батарея для электромобилей компании Daimler

По мнению эксперта, со всей остротой этот вопрос встанет в Европе не раньше 2028-2030 годов, ведь еще предстоит выработать свой ресурс аккумуляторным батареям тех электромобилей, которые в ближайшие два-три года в массовом порядке начнут поступать на немецкий и в целом европейский рынок.

Таким образом, Вольфганг Бернхарт исходит из того, что новейшие АКБ будут служить не менее 8 лет. Гарантию именно на такой срок (или на 160 000 километров пробега) получают, к примеру, покупатели электромобиля Volkswagen ID.3, серийное производство которого VW, крупнейший в мире автостроитель, начал в конце 2019 года. Так что время наладить рециклинг или даже полностью безотходное производство аккумуляторных батарей у европейцев еще есть.

Директива ЕС по батареям и аккумуляторам

Тем более, что «в Евросоюзе уже имеются четкие указания на этот счет», подчеркнул собеседник DW и указал на принятую еще в 2006 году и обновлявшуюся в 2008 и 2013 годах «батарейную и аккумуляторную директиву» ЕС под номером 2006/66/EG. Она пришла на смену директиве 1991 года, принятой еще Европейским экономическим сообществом, предшественником Евросоюза, и доработанной в 1993 году.

Немецкий супермаркет. Второй контейнер слева — для отработанных батареек и энергосберегающих ламп

Так что проблемой утилизации традиционных батарей и аккумуляторов, которые, попав просто на свалку, отравляют окружающую среду и грунтовые воды, Евросоюз занимается уже на протяжении почти трех десятилетий. И самый зримый результат этой работы — строгий запрет выбрасывать обычные батарейки вместе с бытовым мусором и выработавшаяся у широких слоев населения устойчивая привычка его соблюдать. Жители Германии, к примеру, чаще всего приносят их в супермаркеты, где установлены специальные контейнеры.

Частые пересмотры директивы говорят о том, что ее регулярно актуализируют в соответствии с развитием технологий. Вот и сейчас, по информации Вольфганга Бернхарта, ее вновь перерабатывают в Брюсселе с тем, чтобы в 1-м квартале 2020 года принять в новой редакции. Затем страны ЕС должны будут интегрировать ее в свои национальные законодательства. Эксперт ожидает, в частности, ужесточения нормы, согласно которой в повторное использование должна идти как минимум половина массы батареи.     

Рециклинг на заводе Volkswagen в Зальцгиттере

Отвечает за рециклинг АКБ, согласно директиве, тот, кто ввел их в оборот, стало быть — автостроительные компании. «Вот уже десять лет инженеры Volkswagen работают над тем, как нам вновь использовать сырьевые материалы. Речь, прежде всего, о кобальте, литии, марганце и никеле», — рассказывает топ-менеджер концерна Томас Тидье (Thomas Tiedje).

Производство аккумуляторных батарей на заводе Volkswagen в Зальцгиттере

На заводе VW в Зальцгиттере, где в 2019 году началось производство аккумуляторных батарей для электромобилей, в 2020 году стартует пилотный проект по их рециклингу. На первом этапе намечено утилизировать 1200 тонн в год — это порядка 3000 батарей, затем мощности будут постепенно наращиваться.

Volkswagen, как и Вольфганг Бернхарт, исходит из того, что большой наплыв отработанных АКБ начнется лишь к концу 2020-х годов. В настоящий момент VW повторно использует 53% содержащихся в них материалов, после ввода в действие установки в Зальцгиттере этот показатель должен вырасти до 72%. Амбициозная долгосрочная цель руководства концерна: превращать во вторичное сырье до 97% батареи. 

Никель и кобальт: безотходное производство для Audi e-tron

К безотходному производству стремится и автостроитель Audi, хотя пока только по двум металлам. В конце 2019 года компания объявила, что «свыше 90 процентов кобальта и никеля из аккумуляторных батарей для электромобиля Audi e-tron можно использовать повторно». Таков результат испытаний технологии, разработанной этой дочкой VW совместно с бельгийским специалистом в области рециклинга Umicore.

Электрический внедорожник Audi e-tron

После успешной тестовой фазы партнеры договорились с января 2020 года наладить замкнутый производственный цикл по кобальту и никелю: оба металла будут «добываться» из отслуживших аккумуляторных батарей и использоваться при производстве новых. «Audi уже с момента начала разработки своего первого полностью электрического автомобиля занимается вопросами его рециклинга», — подчеркивается в сообщении пресс-службы компании.

Umicore и Duesenfeld противостоят конкуренции из Китая

Audi выпускает электрический внедорожник e-tron на своем заводе в Брюсселе, где находится и штаб-квартира Umicore. Это сейчас, пояснил Вольфганг Бернхарт, единственная крупная европейская компания в сфере утилизации АКБ, остальные фирмы гораздо меньше.

Вольфганг Бернхарт

Например, немецкая Duesenfeld из Брауншвейга, утверждающая, что разработанная ею технология измельчения способна превратить во вторичное сырье до 85% отслужившего аккумулятора. «Мы осуществляем рециклинг без сжигания графита и электролита», — подчеркивает глава фирмы Кристиан Ханиш (Christian Hanisch). 

В отличие от сильно фрагментированного и (пока) не очень крупного европейского рынка рециклинга аккумуляторных батарей, указал в беседе с DW Вольфганг Бернхарт, китайская индустрия их утилизации значительно мощнее, а ее основу составляет целый ряд крупных компаний. Они выросли еще на переработке литий-ионных батарей из бытовой электроники, уже стали важными поставщиками вторсырья для местных производителей и сейчас все активнее занимаются батареями электромобилей, ведь широкое распространение легковых машин на электрической тяге началось в Китае раньше, чем в Европе, и их там уже существенно больше. 

Повторное использование материалов ради сырьевой безопасности 

В статье на сайте компании Roland Berger Вольфганг Бернхарт высказывает опасение, что европейцы, уже отставшие от азиатских конкурентов (не только Китая, но и Японии и Южной Кореи) в области производства АКБ для электромобилей, теперь рискуют оказаться в хвосте и в сфере их утилизации, а ведь это, убежден эксперт, один из «рынков будущего».

Молодой отрасли, конечно же, не помешала бы государственная поддержка в виде, скажем, быстрой интеграции новой редакции директивы ЕС в национальные законодательства, однако рыночные силы вполне способны и самостоятельно обеспечить развитие отрасли, считает Вольфганг Бернхарт.

Ведь рециклинг АКБ нужен не только из экологических, но и из экономических соображений: роль повторного использования редких материалов будет расти по мере их удорожания в условиях бума электромобильности. Немаловажную роль играет и сырьевая безопасность — следует избегать слишком большой зависимости от поставщиков, в том числе из стран Азии, Африки и Латинской Америки. 

В любом случае собеседник DW уверен: электромобилям с токсичными аккумуляторными батареями не грозит беспорядочное расползание по миру, как это происходит со старыми и зачастую аварийными автомобилями с двигателями внутреннего сгорания, которые гниют затем на свалках или где-нибудь в лесах.

В Китае уже введена строгая система маркировки и отслеживания АКБ, подчеркнул немецкий эксперт, этому примеру непременно должна и наверняка последует Европа. Да и вряд ли кто захочет вывозить старые и аварийные электрические автомобили в развивающиеся страны, в которых нет разветвленной системы их подзарядки.

Смотрите также:

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Volkswagen ID.3: народный электромобиль

  Концерн под названием «народный автомобиль» начал продажи своего главного электромобиля для массового рынка. Он призван повторить легендарный успех VW Golf. По длине и ширине ID.3 соответствует этой модели, но несколько выше. Цена в базовой комплектации: почти 30 000 евро. Минус 9 000 евро скидка до конца 2021 года. Батареи трех размеров, самая мощная должна обеспечить пробег до 550 км.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Renault Zoe: лидер немецкого рынка

  Уже не первый год самый популярный в Германии электромобиль — родом из Франции. С осени 2019 Renault выпускает «полностью обновленный» вариант своего электрического бестселлера. Его теперь можно быстро подзаряжать постоянным током. В ФРГ базовая версия с дальностью пробега 300 км продается по прежней цене: от 22 000 евро. Zoe Life Z.E. 50 c более мощной батареей проезжает 395 км, но стоит 24 000.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Tesla Model 3: претендент на лидерство

  Культовый американский автостроитель начал поставлять в Германию свою модель среднего класса в 2019 году, и она сразу стала одним из двух лидеров продаж среди электромобилей. Версию Standard Range предлагают за 45-54 000 евро, полноприводная AWD Long Range с двумя электромоторами и дорогой комплектацией может стоить порядка 65-70 000.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  BMW i3: испытанный ветеран

  Баварский автоконцерн начал выпускать эту модель в 2013 году, став немецким первопроходцем в деле электромобильности. С тех пор с конвейера сошли, в основном на экспорт, свыше 150 тысяч машин. В Германии i3 несколько раз был в тройке лидеров. Развивать дальше эту модель BMW не намерен, но и снимать с производства после семи лет тоже пока передумал: больно хорошо она продается за 38-42 000 евро.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Opel Corsa-e: электрический вариант

  Corsa вот уже четыре десятилетия — популярный в ФРГ бренд автомобиля малого класса. Осенью 2019 началось производство шестого поколения этой модели, и ее рекламирует Юрген Клопп — тренер футбольного клуба «Ливерпуль». В ролике он садится за руль именно электрического варианта, который компания Opel выпускает наряду с бензиновым и дизельным. Те стоят 14-18 000 евро, а электромобиль — почти 30 000.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Seat Mii electric: доступная малютка

  Свой первый электромобиль вывела на рынок испанская дочка Volkswagen. С Seat Mii, варианта VW up!, сняли бензиновый двигатель, и впредь малютку будут производить только с электрическим мотором. В компании считают, что для типично городского автомобиля дальность пробега в 260 км и 83 лошадиные силы вполне достаточно. Цена — от 20 650 евро. А если еще вычесть субсидии…

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Nissan Leaf: недооцененный чемпион

  Японцы первыми разработали электромобиль для массового производства и с 2010 года выпустили уже свыше 400 тысяч машин, что сделало Nissan Leaf мировым чемпионом продаж. Однако в ФРГ, в отличие от США, Японии, Норвегии и Великобритании, эта модель особо популярной не стала, хотя и входила в Топ 10. Базовый вариант стоит сейчас от 37 000 евро, Leaf e+ с более мощной батарей — примерно 45 000.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Hyundai Kona Elektro: компактный SUV

  Южнокорейский концерн называет эту выпускаемую с 2018 года модель «первым полностью электрическим компактным SUV в Европе». На станциях быстрой зарядки вариант Kona Elektro Trend с двигателем мощностью 150 кВт (204 лошадиные силы) заряжается меньше, чем за час, а дальность пробега составляет при идеальных условиях до 449 км. Цена — от 42 000 евро, базовый вариант примерно на 8 000 дешевле.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Audi e-tron: настоящий внедорожник

  Свой первый электрический SUV дочка концерна Volkswagen выпустила в 2019 году для привычного ей премиум-сегмента — и сразу попала в ФРГ в Топ 10 среди электромобилей. Полноприводный Audi e-tron 50 quattro с двумя моторами стоит в Германии от 69 000 евро, включая 19% НДС, а 55 quattro мощностью 300 кВт и дальностью пробега до 430 км — от 81 000. Хотя часть можно вернуть с помощью субсидий.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Mercedes EQC: батарейный «Мерседес»

  Концерн Daimler выбрал для продвижения на рынке Германии своего первого внедорожника на электрической тяге рекламный слоган «Это «Мерседес» среди электромобилей». Его цена — от 71 000 евро, мощность — 300 кВт, дальность пробега при идеальных условиях — 470 км, максимальная скорость — 180 км в час. Полноприводный электромобиль с двумя моторами испытывали, в частности, в условиях шведской зимы.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Porsche Taycan 4S: «уцененный» спорткар

  Электромобиль за 185 000 евро? Именно столько стоит Taycan Turbo S. Осенью 2019 года его начала выпускать компания Porsche, прославившаяся спортивными автомобилями. Модель Turbo обойдется в 152 000. Чтобы несколько расширить круг потенциальных покупателей, прибавили третий вариант: Taycan 4S «всего» за 105 000. Его мощность — 390 кВт, дальность пробега — 330-400 км.

  Автор: Андрей Гурков

Зарядное устройство

Для того, чтобы заряжать электромобили требуются специальные зарядные станции. В Беларуси можно пользоваться как государственнымми, так и приобрести собственную. Всего существует 4 вида зарядных станций:

• Mode 1. Станции данного типа являются наименее мощными и применяются, как правило, для зарядки электромобиля от бытовой сети. В комплект входит специальный адаптер, подсоединяющийся к обычной розетке. Зарядка батареи электромобиля емкостью 20 кВт/ч с использованием этой станции займет около 12 часов. В то же время устройства данного типа имеют проблемы с безопасностью подключения, поэтому используются достаточно редко.
• Mode 2. Наиболее распространенный тип зарядных станций. Могут использоваться как в быту, так и на автозаправочных станциях. Зарядка батареи электромобиля стандартной емкости 20-24 кВт/ч занимает 6-8 часов.
• Mode 3. Самый мощный тип станций, использующих для зарядки переменный ток. Применяется, как правило, на крупных площадках. Время зарядки составляет от нескольких минут до четырех часов, в зависимости от типа электрической сети (однофазной или трехфазной). Кроме того, подобные устройства оборудованы дополнительными системами защиты, контроля процесса зарядки и согласования электромобиля с переменным током.
• Mode 4. Особенностью станций данного типа является то, что они используют постоянный ток. Для работы данного типа устройств требуется высокомощная электрическая линия, поэтому в настоящий момент станции Mode 4 редко встречаются в Беларуси. Кроме того, не все электромобили поддерживают такой режим зарядки.

Виды Mode 2 и 3 являются самыми популярными из-за своей многофункциональности. Они могут работать как в домашних условиях, так и на больших автозаправках.

Все станции могут быть разделены в зависимости от мощности. Существует два вида:

• Станции для стандартного заряда. Подобные станции применяются для зарядки батареи электромобиля от бытовой сети. Данные зарядные устройства так же называют «кабелями» из-за небольшого размера корпуса.

• Станции быстрой зарядки (суперчарджеры). В этих устройствах используется постоянный ток, мощность которого достигает 400 кВт.

По принципу применений станции делятся на следующие виды: портативные, мобильные, стационарные, для коммерческого использования, для персонального использования.

Типы зарядных разъемов:

Как отмечалось ранее, существует несколько типов разъемов для подключения электромобиля к зарядке. В Беларуси используют два основных типа коннекторов:

• Type 1 (J1772).

  Пятиконтактный разъем, встречающийся на большинстве электромобилей, ввезенных из США, Кореи и Японии. Данный разъем совместим со станциями Mode 2 и Mode 3 и рассчитан на переменный ток 230 В и 32 А. Соответственно, максимальная мощность равна 7,36 кВт.

• Type 2 (Mennekes).

  Соединительные элементы данного типа являются стандартными для европейских электромобилей. Разъем имеет семиконтактный коннектор и, как и Type 1, используется в станциях Mode 2 и Mode 3. В отличие от Type 1, он может использовать как однофазную, так и трехфазную цепь. Максимальная мощность для трехфазной цепи составляет 43 кВт, но чаще ограничена 22 кВт.

А что с электромобилями из США?

Электромобили из США оборудованы зарядными разъёмами, отличными от тех, какими оборудованы наши зарядные станции. Из-за этого, у некоторых электромобилистов появляется вопрос: как же заряжать? Однако, это не проблема, так как существуют переходники, позволяющие обойти эту проблему.  

Итак, какие переходники улучшат жизнь электромобилиста? 

Одна из незаменимых вещей. Благодаря этому переходнику, Вы можете подключить Вашу Tesla к порту постоянного тока (DC) и полностью зарядить электромобиль за довольно короткий промежуток времени.  

Из особенностей — адаптер нельзя доставать из машины во время зарядки. Сначала нужно остановить зарядную станцию, и только после достать переходник. 

Зарядных станций с разъёмом Tesla в Республике Беларусь нету. Этот переходник, в связке с кабелем Type 1 – Type 2 позволяет заряжать Вашу Tesla как от домашней сети, так и от общественных зарядных станций. 

Данный переходник потребуется владельцам электромобилей из США: BMW i3, BMW i3s, Chevrolet Bolt, VW e-Golf, Hyundai Ioniq и так далее. 

Связано это с тем, что все белорусские зарядные станции оборудованы европейскими разъёмомами CCS2. Благодаря этому переходнику Вы сможете заряжать свой электромобиль от любой зарядной станции в Беларуси и в странах Европы.

| Энергоэффективные продукты

Ответ на этот вопрос основан на следующих факторах:
1) Сколько миль вы проезжаете каждый день?
2) У вас есть полностью электрический автомобиль или это гибридный автомобиль (газовый и электрический).

Для езды на короткие расстояния и подключения гибридных автомобилей: Если вы проезжаете менее 40 миль в день или если у вас есть гибридный автомобиль с розеткой, вы можете использовать зарядное устройство, которое подключается к стандартной розетке (120 вольт). .Эти зарядные устройства обеспечат вам 2-5 часов запаса хода на каждый час зарядки. Эти зарядные устройства удобны и экономичны, но их мощность ограничена, а скорость зарядки низкая. Используя отраслевые термины, они называются «Зарядные устройства для электромобилей 1-го уровня».

Для дальних поездок и для полностью электрических автомобилей: Если вы проезжаете более 40 миль в день и у вас полностью электрический автомобиль, вам понадобится зарядное устройство на 240 вольт. Эти зарядные устройства больше по размеру и требуют профессиональной установки, но обеспечивают диапазон заряда 10-20 миль за час зарядки.Используя отраслевые термины, они называются «Зарядные устройства уровня 2».

Выбор зарядного устройства, отмеченного знаком ENERGY STAR, означает экономию энергии, безопасность, удобство и интеллектуальные технологии.Найдите сертифицированные ENERGY STAR зарядные устройства для электромобилей

Энергосбережение: зарядные устройства EV обычно находятся в режиме ожидания (т. Е. Не заряжают автомобиль активно) примерно 85% времени. Зарядные устройства для электромобилей, сертифицированные ENERGY STAR, обеспечивают те же функции, что и несертифицированные продукты, но потребляют на 40% меньше энергии в режиме ожидания, что снижает их воздействие на окружающую среду. Если у вас есть возможность, зарядка вашего электромобиля экологически чистой энергией (PDF, 172 КБ), полученной из экологически чистых источников электроэнергии, предлагает дополнительные экологические преимущества.

Больше эффективности = больше экономии! При выборе зарядного устройства для электромобилей полезно отметить, что зарядные устройства уровня 2 обеспечивают более высокую эффективность зарядки и более быстрое время зарядки по сравнению с зарядными устройствами уровня 1. Как показано в таблице выше, зарядка на уровне 2 в среднем на 10% эффективнее, чем на уровне 1, при этом за час зарядки увеличивается примерно в четыре раза больше миль.

Безопасность: Не все зарядные устройства для электромобилей, выставленные на продажу, сертифицированы по безопасности, в том числе некоторые из крупных интернет-магазинов и розничных продавцов.Чтобы ваше зарядное устройство соответствовало стандартам безопасности, выберите зарядное устройство, отмеченное знаком ENERGY STAR. Все зарядные устройства, сертифицированные ENERGY STAR, проходят проверку на безопасность в признанной на национальном уровне испытательной лаборатории.

Smart Technology: Некоторые модели зарядных устройств для электромобилей, сертифицированные ENERGY STAR, подключены, также называемые сетевыми, что позволяет осуществлять удаленный мониторинг мощности и контроль состояния зарядки подключенного автомобиля. Эти готовые к использованию интеллектуальные сети продукты могут дать право домохозяйствам и управляющим имуществом участвовать в специальных программах экономии на счетах за электроэнергию, которые могут предлагаться некоторыми местными электроэнергетическими компаниями.

Владельцы электромобилей в идеале имеют доступ к ночной зарядке на подъездной дорожке / в гараже или там, где они припарковали свой автомобиль. Без ночной зарядки владельцы электромобилей могут заряжать их на некоторых рабочих местах или использовать общественную зарядку.

Спросите у дилера. Домовладельцам, которые покупают новый электромобиль, обычно предлагается зарядное устройство на 120 В (также называемое шнуром) как часть покупки или аренды автомобиля, вместо того, чтобы покупать его самостоятельно. Тем не менее, переход на зарядное устройство на 240 В имеет преимущества, в том числе более быстрое время зарядки, которое может потребоваться для зарядки электромобилей большей дальности за ночь.При покупке электромобиля узнайте у дилера, продают ли они или работают с электрическими подрядчиками, у которых есть зарядные устройства для электромобилей, сертифицированные ENERGY STAR.

Спросите у продавца . Зарядные устройства для электромобилей на 120 и 240 В продаются крупными и независимыми розничными торговцами, в основном через Интернет. Приобретите зарядное устройство для электромобилей, сертифицированное ENERGY STAR, чтобы убедиться, что оно соответствует основным отраслевым стандартам безопасности. Зарядные устройства, не сертифицированные ENERGY STAR, могут не иметь сертификата безопасности. Фактически, многие продукты, продаваемые некоторыми крупными розничными торговцами, могут иметь ложные сертификаты безопасности.

Нанять подрядчика. Обратитесь к лицензированному электрику, чтобы оценить, могут ли проводка, электрические розетки и другое оборудование в вашем доме поддерживать требования к зарядке вашего электромобиля. Ваш автомобильный дилер или производитель электромобиля могут также порекомендовать стороннюю сеть или подрядчиков, которые могут провести оценку дома.

Используйте экологически чистую энергию для зарядки вашего автомобиля. Использование «зеленой энергии» от вашего поставщика электроэнергии принесет максимальную пользу окружающей среде.Вы не только сократите выбросы углекислого газа из выхлопных труб и выработки электроэнергии, но и окажете поддержку поставщикам экологически чистой энергии. Для получения дополнительной информации о том, как это сделать, см. Руководство EPA по зарядке электромобилей с помощью экологически чистой энергии (PDF, 172 КБ).

Дополнительные ресурсы :

2021 Лучшие зарядные станции для электромобилей — цены и обзоры

Что такое зарядная станция для электромобилей?

Если вы только что купили электромобиль (EV), вы, вероятно, поняли, что ваш новый автомобиль не является обычным транспортным средством — вместо бензина ваш электромобиль получает питание от электрической розетки.Но это тоже не совсем обычный прибор. Ваш электромобиль — это ваш источник передвижения, и вам нужно его надежное питание. Зарядная станция для электромобилей, также известная как EVSE (оборудование для электропитания), может обеспечивать энергией ваш электромобиль так же, как бензин питает автомобиль на топливе.

Здесь вы можете спросить, если это устройство обеспечивает питание для моей машины, почему мы не можем назвать его просто зарядным устройством? Почему мы называем это зарядной станцией, питающим оборудованием или EVSE? Это потому, что «зарядное устройство» относится к устройству, которое преобразует домашнюю электроэнергию в электричество, которое можно хранить.В случае электромобилей зарядное устройство фактически находится в аккумуляторе вашего автомобиля. Зарядные станции / EVSE служат источником электричества, пока автомобильный аккумулятор заряжается.

Зачем покупать зарядную станцию ​​для электромобилей?

Во-первых, давайте рассмотрим преимущества самого электромобиля. С электромобилем вы можете резко сократить выбросы углерода, вам никогда не понадобится менять масло, вы можете отремонтировать свой автомобиль, подключив его и нажав кнопку «Загрузить обновление системы», и вы можете сэкономить тысячи долларов на бензине.Фактически, вы можете вообще избежать заправочных станций. Но есть проблема с зарядкой машины.

Чтобы решить проблему с зарядкой, все электромобили поставляются с зарядным шнуром на 120 В, также известным как зарядное устройство уровня 1. Шнур на 120 вольт подключается к обычной домашней розетке и дает вам 4-5 миль автономной работы после одного часа зарядки. Для многих владельцев электромобилей этого недостаточно, поэтому они предпочитают обновляться, устанавливая зарядную станцию. Зарядные станции (также известные как зарядные устройства уровня 2) используют специальную розетку на 240 вольт, например те, которые используются для питания сушилок для одежды.Зарядные устройства уровня 2 могут заряжать электромобиль более чем в два раза быстрее, чем зарядное устройство уровня 1.

Какие особенности зарядной станции для электромобилей важно учитывать?

Сокращение времени зарядки вдвое с помощью зарядной станции для электромобилей имеет очевидные преимущества. Однако не все EVSE одинаковы, и их установка платная. Вот несколько критериев, которые вы можете учитывать при покупке зарядной станции для электромобилей.

Вольт, ампер и киловатт

В общих чертах, более высокие вольты, амперы или киловатты означают больше электроэнергии.Но покупка зарядной станции для электромобилей может быть сложной задачей, и вы должны понимать разницу между условиями.

Проще всего думать о вольтах, амперах и киловаттах, как если бы вы перемещали воду, а не электричество:

• Вольт как давление воды. ESVE уровня 2 будет использовать розетку на 240 вольт (например, розетку для вашей сушилки для одежды).
• Ампер измеряет расход. Вы можете думать об этом как об объеме воды, который выходит из шланга в данной точке.Большинство EVSE обеспечивают от 20 до 40 ампер электроэнергии.
• Киловатт измеряет, сколько мощности вы получите, если умножить вольты (давление) на амперы (объем). Поскольку все EVSE уровня 2 используют 240 вольт, киловатты, выдаваемые двумя разными зарядными станциями на 40 ампер, будут одинаковыми.

В большинстве описаний продуктов EVSE в качестве основного показателя для измерения скорости зарядки вашего автомобиля используется ток. Хорошее практическое правило заключается в том, что выходная мощность в 30 ампер обеспечит вам примерно 30 миль езды за один час зарядки.Это приблизительная оценка, но логика следует и для других уровней мощности: 40 ампер в час обеспечат вам примерно 40 миль езды.

Рекомендуем покупать станцию ​​мощностью не менее 30 ампер. Поскольку электромобили — это путь в будущее, планировать заранее — разумно. Возможно, вам не понадобится 30 ампер для вашего текущего автомобиля, но если вы обновите или добавите новый электромобиль в свой парк, вам не придется одновременно покупать новый EVSE.

Расположение: снаружи и внутри

Не у всех владельцев электромобилей есть гаражи или помещения для хранения автомобилей.В таких случаях им нужно будет исследовать зарядные станции, которые работают на открытом воздухе. Кобура, которая защищает вилку на конце зарядного шнура, называемая разъемом J1772, рекомендуется для установки на открытом воздухе.

Если вам нужна установка на открытом воздухе, поищите для устройства характеристики корпуса NEMA. Розетки с рейтингом NEMA 3 и NEMA 4 должны подходить для использования на открытом воздухе, но рейтинг NEMA 4 означает, что зарядная станция будет немного более устойчивой к атмосферным воздействиям.

Подключено vs.проводные EVSE

Подключенный EVSE описывает зарядную станцию, которая подключается к розетке на 240 вольт, как и ваша сушилка для одежды. Подключенная к электросети станция обычно немного дороже, но она портативна, и ее легче отремонтировать или заменить. Любой водитель электромобиля, у которого есть два дома и который надеется использовать один и тот же EVSE в обоих местах, потребуются станции, которые подключаются к розетке.

Для сравнения: проводной EVSE имеет внутреннее электрическое соединение, как потолочный вентилятор. Станция с проводным подключением позволяет избежать установки распределительной коробки (металлической коробки за розеткой) и может потребоваться при установке вне помещения.При внутреннем подключении ремонт и замена проводной зарядной станции могут быть более сложными.

Возможности подключения к Wi-Fi

EVSE, подключенные к Wi-Fi, обычно также включают приложение от производителя, которое позволяет вам управлять планированием, удаленным запуском и напоминаниями. Для водителей электромобилей с измерением времени использования (TOU) эта функция может позволить вам запрограммировать заряд на то время суток, когда у вас самая дешевая электроэнергия.

Обратите внимание, что некоторые подключенные устройства не будут работать без доступа Wi-Fi.Если у вас есть зарядное устройство, для которого требуется Wi-Fi, убедитесь, что ваш сигнал достаточно сильный в том месте, где вы устанавливаете EVSE.

Некоторые электромобили поставляются с дистанционным запуском и дистанционным планированием, установленными непосредственно в автомобиле, и в этом случае наличие этой функции на зарядной станции может не потребоваться. Однако, опять же, учтите, что ваш следующий электромобиль может не иметь возможности Wi-Fi.

Длина кабеля зарядной станции

Большинство производителей EVSE продают зарядные устройства как на 16, так и на 25 футов, при этом более длинные зарядные устройства обычно стоят немного дороже.Рассматривая длину кабеля EVSE, представьте, где будет находиться ваш автомобиль и зарядная станция. Задайте себе вопрос: как далеко от зарядной станции будет находиться автомобильная розетка?

Двадцатипятифутовые зарядные устройства отличаются повышенной мобильностью и могут помочь вам сэкономить деньги на установке, если в результате потребуется меньше электромонтажных работ внутри стены. Также помните, что вы, вероятно, будете заряжать свой автомобиль каждую ночь — дополнительное удобство мобильности может стоить того.

Стоимость зарядных станций для электромобилей

Самая дешевая модель стоит около 500 долларов. Зарядные станции не должны сильно дорого обходиться, но модели с Wi-Fi или другими дополнительными функциями могут увеличить стоимость почти до 800 долларов. Вы также захотите учесть стоимость установки. В зависимости от требований к установке и текущих тарифов на электриков в вашем районе, установка может варьироваться от нескольких сотен долларов до 1000 долларов.

К счастью, зарядка от зарядной станции обходится дешевле, чем покупать традиционное топливо.Фактически, вы можете сэкономить несколько сотен долларов в год, управляя электромобилем. Со временем вы сможете компенсировать стоимость зарядной станции, особенно если вы объедините свой электромобиль с солнечной батареей на крыше.

EV налоговые льготы и льготы

Во многих штатах действуют программы скидок или другие стимулы для поощрения использования электромобилей и электромобилей, включая специальные программы по снижению затрат на установку зарядной станции. Министерство энергетики ведет список различных программ и может быть хорошим источником.

Установка: поиск качественного электрика

В какой-то момент вам следует посоветоваться с электриком. EVSE обычно включают установку новой розетки или выполнение других электромонтажных работ за стенами. Если вы сами не являетесь экспертом или уже знакомы с электриком, любой поиск EVSE должен включать в себя также исследования электриков.

Покупка и использование «умного» зарядного устройства для электромобилей

Все электромобили поставляются со средствами подключения к электросети. Зарядное устройство, встроенное в электромобиль, преобразует переменный домашний ток в постоянный ток для зарядки аккумуляторной батареи. Хотя можно заряжать электромобиль от стандартной розетки на 110 вольт, это не особенно практично. Это связано с тем, что для полной зарядки элементов питания может потребоваться от восьми до почти 24 часов, в зависимости от автомобиля. Вот почему разумно установить выделенную линию на 240 В, например те, которые используются с мощными электрическими приборами, чтобы обеспечить более быструю зарядку уровня 2.

Вы также захотите приобрести внешний зарядный блок, который также называется оборудованием для обслуживания электромобилей (EVSE). Они поставляются в виде съемных переносных и настенных устройств, которые жестко подключаются непосредственно к электросети дома. Так называемое «умное» зарядное устройство включает в себя подключение по Wi-Fi для дополнительного удобства. Зарядное устройство с поддержкой Wi-Fi позволяет владельцу «общаться» с устройством через загружаемое приложение для смартфона.

Умная зарядка

ESVE с поддержкой Wi-Fi позволяет удаленно инициировать зарядку, проверять ее ход и отслеживать, сколько энергии потребляет автомобиль.Устройство может уведомить вас, когда автомобиль заряжается и когда он закончился, а также может отправить напоминание о необходимости подключить автомобиль, если вы этого не сделали. Некоторые зарядные устройства Wi-Fi могут даже получать голосовые команды через виртуального помощника Amazon Alexa.

Важно отметить, что если ваша местная энергетическая компания взимает меньшую плату за электроэнергию в определенные непиковые часы, вы можете использовать приложение, чтобы запланировать оплату в этот период, чтобы сэкономить деньги. Некоторые интеллектуальные зарядные устройства могут проверять Интернет, когда ваш провайдер взимает меньшую плату за электроэнергию, и автоматически инициируют зарядку в эти часы.

В то время как базовые домашние зарядные устройства могут стоить от 300 до 500 долларов, дополнительные возможности Wi-Fi имеют более высокую цену, обычно около 600-800 долларов или больше. Популярные бренды в этом отношении, среди прочих, включают Siemens, JuiceBox и ChargePoint. Онлайн-поиск может помочь вам найти устройство, которое обладает функциями и выходной мощностью, которые соответствуют как вашим потребностям, так и бюджету. Будьте готовы заплатить еще несколько сотен долларов за установку настенного устройства, в зависимости от местных ставок оплаты труда и стоимости разрешения.

В зависимости от того, где вы живете, вы можете воспользоваться государственными и / или местными льготами за установку EVSE. Например, Департамент водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса (Калифорния) предлагает скидки до 500 долларов на покупку квалифицированного зарядного устройства 2-го уровня. Полная база данных стимулов для покупки и установки домашнего зарядного устройства доступна по этой ссылке на веб-сайте ChargePoint.

Рекомендации по покупке

Если вы покупаете домашнее зарядное устройство для электромобиля, базовое или с Wi-Fi, убедитесь, что оно подходит для ваших нужд.Эксперты предлагают выбрать EVSE, который может производить не менее 30 ампер мощности, и его следует подключать к автоматическому выключателю, который может выдерживать не менее 40 ампер. Вообще говоря, этот тип устройства мог бы добавить около 30 миль рабочего диапазона к данному батарейному блоку в час. Даже если в настоящее время у вас есть более старый электромобиль, покупка большей мощности, чем вам может потребоваться сегодня, делает установку «перспективной», если вы в конечном итоге обменяете ее на модель, которая может справиться с дополнительной мощностью.

Убедитесь, что кабель устройства достаточно длинный, чтобы дотянуться до зарядного порта вашего электромобиля.Обычно используются 15- и 25-футовые кабели. Учитывайте только зарядные устройства, которые были протестированы и сертифицированы на безопасность независимым источником, например Underwriters Laboratory (UL). А если зарядное устройство установлено на улице, убедитесь, что оно предназначено для этой цели.

Если вы подумываете об умном зарядном устройстве, вам нужно убедиться, что сигнал Wi-Fi в вашем доме достаточно силен, чтобы добраться до гаража. Если он слишком слабый, вам нужно купить расширитель диапазона Wi-Fi, который будет принимать сигнал и ретранслировать его.Это устройство просто подключается к стандартной розетке где-то между маршрутизатором и местом, где вы заряжаете автомобиль, хотя вам, возможно, придется поэкспериментировать с размещением, чтобы максимизировать его производительность. Вы можете найти базовый расширитель диапазона Wi-Fi в диапазоне от 30 до 50 долларов.

Следует отметить, что некоторые электромобили, в том числе BMW i3 и Nissan Leaf, предлагают собственные приложения, которые дублируют многие из дополнительных функций интеллектуального зарядного устройства. Они также могут предложить возможность дистанционного обогрева салона автомобиля зимой или охлаждения летом, пока автомобиль все еще подключен к электросети.Это помогает свести к минимуму использование обогревателя или системы кондиционирования автомобиля, когда вы выезжаете из гаража, чтобы сохранить рабочий диапазон автомобиля.

Если ваш электромобиль уже поддерживается приложением и / или вы считаете, что зарядного устройства без Wi-Fi будет достаточно, вы можете купить любой из трех популярных устройств ClipperCreek прямо на MyEV.com. Они доступны как в портативной, так и в проводной конфигурациях по цене от 379 до 565 долларов. Вы можете проверить их по ссылке, встроенной в любой из наших списков использованных электромобилей в разделе «Параметры зарядки дома».

Статистика устройств зарядки электромобилей: апрель 2021 г.

Об этом выпуске

В этом выпуске представлены экспериментальные статистические данные о количестве общедоступных зарядных устройств для электромобилей в Великобритании с разбивкой по местным властям. Данные предоставлены платформой электромобилей и зарядных станций Zap-Map.

Пандемия коронавируса, вероятно, оказала небольшое влияние на цифры, данные которых совпадают с различными ограничениями.

Публикация следующего ежеквартального отчета запланирована на июль 2021 года.

Основные выводы

На 1 апреля 2021 г .:

• в Великобритании было доступно 22790 устройств для зарядки электромобилей общего пользования
Из общего числа доступных устройств
• , 4259 — устройства быстрой зарядки

В первом квартале 2021 года (с января по март):

• доступное устройство увеличилось на 2015 г., что почти на 10% больше, чем в предыдущем квартале (с октября по декабрь 2020 г.)
• быстрое устройство увеличилось на 379, что соответствует квартальному росту почти на 10%
• это самый большой абсолютный квартальный рост как общих, так и быстрых устройств с 2015 года

Рост количества общественных зарядных устройств в Великобритании

С 2015 года количество общедоступных устройств растет в среднем на 43% в год.Быстрые устройства росли гораздо быстрее, в среднем почти на 61%. Пандемия коронавируса могла повлиять на рост числа устройств, при этом увеличение общего числа и быстрых устройств за последние 12 месяцев составило 27% и 37% соответственно. Это заметное снижение годового прироста за предыдущие 12 месяцев с увеличением на 54% и 53%.

В таблицах EVCD_01a и EVCD_01b представлена ​​разбивка общедоступных зарядных устройств в каждом местном органе власти Великобритании, а в таблице EVCD_02 показано изменение количества устройств с 2015 года.Эти таблицы публикуются вместе с данным отчетом.

Диаграмма 1 Рост числа зарядных устройств общего пользования в Великобритании с 2015 г. Таблица EVCD_02

Диаграмма 2 Рост числа общедоступных устройств быстрой зарядки в Великобритании с 2015 г. Таблица EVCD_02

Региональная дистрибуция зарядных устройств

В Великобритании зарядные устройства распределены неравномерно. Некоторые местные жители Великобритании власти подали заявку на финансирование правительством Великобритании зарядных устройств, а другие нет.Большинство предоставление этой инфраструктуры было ориентировано на рынок, с отдельными сетями зарядки и другими предприятия (например, отели) выбирают, где устанавливать устройства.

Диаграммы 3 и 4 показывают, что в Лондоне и Шотландии самый высокий уровень тарификации на 100 000 населения: 80 и 43 устройства на 100 000 соответственно. Диаграмма 4 также показывает, что в Шотландии самый высокий уровень предоставления быстрых устройств — 11 быстрых устройств на 100000, в то время как средний показатель в Великобритании составляет 6.4 на 100 000.

Диаграмма 3 Общественные зарядные устройства на 100000 населения по странам и регионам Великобритании Таблица ECVD_01a

Диаграмма 4 Общественные устройства быстрой зарядки на 100000 населения по странам и регионам Великобритании Таблица ECVD_01b

Карты 1 и 2 — Общие и быстрые общественные зарядные устройства на 100000 населения по регионам Великобритании

Зарядные устройства в значительной степени финансировались за счет инвестиций частного сектора, однако ряд устройств финансировался государством через ряд схем грантов, которыми управляет Управление транспортных средств с нулевым выбросом (OZEV).Управление транспортных средств с нулевым выбросом также предоставляет гранты для частных домашних зарядных устройств и зарядных устройств на рабочем месте, однако эти типы устройств не включены в эту статистику, поскольку они не обязательно доступны для широкой публики.

Доступна интерактивная карта с этими данными.

Ежеквартальное изменение количества общедоступных зарядных устройств

Карты 3 и 4 — Ежеквартальные изменения в общем количестве и быстродействии общедоступных зарядных устройств по регионам

Как показано на картах 3 и 4, во всех регионах Великобритании за последний квартал наблюдалось увеличение количества зарядных устройств, в то время как во всех регионах, кроме Северной Ирландии, увеличилось количество устройств быстрой зарядки.Количество доступных устройств может колебаться по ряду причин. Увеличение, вероятно, связано с установкой новых устройств, в то время как владельцы и операторы могут временно или навсегда списать или заменить устройства, или они могут быть недоступны из-за неисправностей, технического обслуживания или других ограничений в районе, где они расположены.

В Лондоне наблюдается наибольший общий рост количества устройств, увеличившись на 16,7% по сравнению с прошлым кварталом, что соответствует дополнительным 1025 устройствам. На их долю приходилось более 50% новых доступных устройств в последнем квартале, что еще больше усилило географические различия в предоставлении зарядки в Великобритании.И наоборот, рост числа устройств в Северной Ирландии был самым низким: количество общедоступных устройств увеличилось на 2,2%, а на Северо-Востоке — на 4,1%.

Число доступных быстрых устройств увеличилось по всей Великобритании, при этом наибольший рост составил 14,9% в Ист-Мидлендсе, а в Юго-Западе — 4,4%. Между тем, в Северной Ирландии в скоростных устройствах не произошло никаких изменений.

Общие сведения и ограничения данных

Это ежеквартальный статистический отчет по зарядным устройствам для электромобилей.Мы будем рады отзывам пользователей статистики. Это можно получить с помощью статистики окружающей среды.

Зарядное устройство — это устройство, способное заряжать аккумуляторные батареи электромобилей. Устройства классифицируются по их выходной мощности, и каждое устройство может иметь одну или несколько точек подключения. Термин «точка начисления» также иногда используется, в том числе в предыдущих статистических публикациях Министерства транспорта. Это может относиться как к одному устройству, так и к нескольким разъемам на устройстве, которые могут использоваться одновременно.

Данные о местоположении зарядного устройства получены с платформы зарядки электромобилей Zap-Map и представляют устройства, о которых было сообщено, что они работают в полночь 1 апреля 2021 года. Zap-Map сообщает, что они охватывают 95% общедоступных устройств. Следовательно, истинные подсчеты, вероятно, будут выше, и у нас нет возможности оценить, лучше ли охват данных в одних географических регионах, чем в других.

Нет других источников с таким всесторонним покрытием, по которым мы могли бы проверить устройства Zap-Map.По состоянию на 30 апреля 2021 года Национальный реестр точек зарядки (NCR) охватывает 14 649 устройств, поэтому его нельзя использовать для проверки счетчиков Zap-Map. Национальный реестр пунктов зарядки, хотя и охватывает меньшее количество устройств, содержит более подробную информацию о каждом зарядном устройстве, включая точное расположение и количество разъемов.

«Всего устройств» — это общедоступные зарядные устройства на всех скоростях, включая медленные, быстрые, быстрые и сверхбыстрые.

«Устройства Rapid» — это устройства, у которых самый быстрый разъем рассчитан на 43 кВт и выше.

Устройство может иметь несколько разъемов разного типа и скорости. Некоторые устройства могут заряжать только один автомобиль одновременно, а другие могут заряжать несколько одновременно. Данные Zap-Map не указывают, сколько автомобилей может заряжать одно устройство, поэтому в статистике учитывается само устройство. Часто в одном месте находится более одного устройства. Возможность зарядки в любом заданном месте (количество автомобилей, которые можно заряжать одновременно) будет выше, чем количество устройств.

Данные о населении, предоставленные местными властями, получены из Среднегодовых оценок Управления национальной статистики по населению на 2019 год. Административные географические данные местных органов власти указаны с апреля 2020 года, данные доступны на географическом портале ONS.

Данные с июля по сентябрь 2019 года отражают зарядные устройства, которые были доступны в конце каждого квартала. В данных до этого используются зарядные устройства, которые были доступны с июля по сентябрь 2019 года, но были установлены в предыдущих кварталах до этого.Впоследствии эти цифры не включают устройства, установленные до июля — сентября 2019 года, которые были выведены из эксплуатации или недоступны в то время.

Этот ежеквартальный статистический ряд дополняет 3 предыдущих выпуска, в которых представлена ​​статистика наблюдаемого использования и моделей зарядки для зарядных устройств электромобилей, финансируемых в рамках различных схем OZEV:

Экспериментальная статистика

Эта ежеквартальная статистика обозначена как экспериментальная статистика. Пользователи должны знать о статусе и предупреждениях в этих сериях, которые будут различаться для каждой статистики и будут объяснены в каждой публикации.Статистические данные являются новыми, но все еще подлежат тестированию на предмет их изменчивости и способности удовлетворять потребности клиентов. Они не соответствуют строгим стандартам качества национальной статистики, например, в отношении частичного охвата. Более подробную информацию об ограничениях экспериментальной статистики можно найти в Управлении национальной статистики.

Мы тестируем этот компактный формат HTML для нашей ежеквартальной публикации и хотели бы услышать ваши комментарии. Если у вас есть какие-либо отзывы о том, как мы используем этот формат, отправьте электронное письмо Environment Statistics.

Твиттер. Чтобы узнать больше о статистических публикациях DfT по мере их выпуска, подпишитесь на нас в Twitter через @DfTstats.

Системы хранения энергии повышают инфраструктуру быстрой зарядки электромобилей

Аннотация

Электромобили (EV) будут завоевывать все большую долю рынка, в конечном итоге вытесняя автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Станции быстрой зарядки постоянного тока заменят или объединят заправочные станции. Для их производства будут использоваться возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая.Люди захотят зарядить свои электромобили менее чем за 15 минут, и им не захочется ждать в очереди уникальных зарядных устройств.

С учетом нескольких зарядных штабелей пиковая зарядная мощность, которую сеть должна обеспечивать локально, составляет более 1 МВт. Сеть может выйти из строя во многих точках, или необходимы огромные инвестиции для улучшения линий электропередачи и центральных электростанций, необходимых для обеспечения гораздо более высокой базовой нагрузки. Эта нагрузка, однако, носит импульсный характер и должна быть объединена с прерывистой энергией, вырабатываемой возобновляемыми источниками, такими как солнце и ветер.

Системы накопления энергии могут решить эту проблему простым и элегантным способом. Мы используем такие жидкости, как бензин или газы, для хранения энергии и ее повторного использования при необходимости (например, при заправке автомобиля). По тому же принципу мы можем хранить электроэнергию в батареях, используя электроны и химические вещества. Эта энергия затем может быть использована для увеличения заряда электромобиля, чтобы поддерживать стабильность сети за счет снижения пиков мощности или для обеспечения питания в случае отключения электроэнергии.

Рынок мобильности меняется. В 2020 году будет продано около 3 миллионов электромобилей, в общей сложности более 80 миллионов автомобилей.Хотя это может показаться нишевым рынком, прогнозы указывают на стремительный рост до 10 миллионов электромобилей, проданных в 2025 году, и более 50 миллионов в 2040 году, в общей сложности 100 миллионов. Это означает, что к 2040 году 50% проданных автомобилей будут полностью электрическими. Все эти автомобили необходимо заряжать медленно, в течение ночи дома, с помощью простого настенного бокса или с помощью зарядного устройства постоянного тока на несколько киловатт для домов с солнечной системой генерации вместе с аккумуляторной батареей, быстро на зарядных кучах на улице или сверхбыстро. в будущих АЗС.

Вместе с растущим рынком электромобилей мы видим, что рынок возобновляемой энергии, который недавно пережил годы бума для солнечных фотоэлектрических (PV) систем, все еще растет хорошими темпами благодаря снижению цен примерно на 80% в последние 10 лет и стремление к обезуглероживанию. На долю солнечной энергии приходится менее 5% сегодняшнего мирового производства электроэнергии, ожидается, что в 2050 году солнечная энергия будет составлять более одной трети (33%) мирового производства электроэнергии.

С будущим, основанным на прерывистых нагрузках, электромобили, которые необходимо заряжать, и прерывистые источники энергии — фотоэлектрические, а также ветряная генерация — ставят такие задачи, как объединение этих новых игроков в энергетической экосистеме, сосредоточенной на сети.Прерывистые нагрузки, такие как электромобили, потребуют дополнительных размеров линий передачи, чтобы покрыть более высокие пиковые потребности в мощности.

Производство солнечной энергии изменит способ работы центральных электростанций, чтобы гарантировать, что сеть не перегружена, и что людям будет требоваться более легкий доступ к электричеству, и все больше и больше самостоятельного использования электроэнергии, которую они производят дома, будет осуществляться с помощью бытовых солнечных систем .

Чтобы все организации работали вместе и извлекали выгоду из возобновляемых источников и электромобилей с нулевым уровнем выбросов, в игру должны войти системы хранения энергии, чтобы мы могли хранить и повторно использовать электроэнергию, генерируемую при низком спросе (для Например, солнечная энергия, генерируемая в полдень, будет использоваться вечером) и использовать дополнительную энергию для балансировки сети.

Системы накопления энергии (ESS) — это электрический эквивалент резервуаров для топлива или складов для хранения угля. ESS можно использовать в нескольких приложениях как в жилых, так и в промышленных масштабах. В жилых помещениях можно просто подключить фотоэлектрический инвертор к аккумуляторной батарее, чтобы сэкономить и использовать энергию в доме или зарядить автомобиль на ночь энергией, производимой солнцем в течение дня. При реализации в промышленном или коммунальном масштабе, например, для услуг, подключенных к сети, установки ESS могут использоваться для различных целей: от регулирования фотоэлектрических и ветровых источников до энергетического арбитража, от резервной поддержки до черного запуска (удаление дизельных генераторов) и , что наиболее важно с точки зрения общих затрат, отсрочка инвестиций.В последнем случае системы накопления энергии будут использоваться для покрытия пиков мощности в узлах сети, гарантируя, что существующие линии электропередачи не нуждаются в дорогостоящей модернизации. Другой важный случай пользователя — установка вне сети, когда ESS позволяет микросети или островкам быть самодостаточными.

Рис. 1. Интеграция возобновляемых источников, накопителей энергии и инфраструктуры зарядки электромобилей.

Рынок ESS, с учетом всех возможных применений, выйдет за пределы порога мощности 1000 ГВт / 2000 ГВтч до 2045 года, быстро увеличиваясь с сегодняшних 10 ГВт / 20 ГВтч.

В этой статье основное внимание будет уделено установкам ESS для инфраструктуры зарядки электромобилей.

Инфраструктура зарядки от сети переменного тока, как для частных, так и для общественных сетей, проста, но ограничена по мощности. Зарядные устройства переменного тока уровня 1 работают при напряжении 120 В переменного тока, обеспечивая максимальную мощность 2 кВт; Уровень 2 рассчитан на 240 В переменного тока и 20 кВт, и для обоих случаев требуется преобразование мощности из переменного тока в постоянное для бортового зарядного устройства транспортного средства. Настенный блок переменного тока — это скорее прибор для измерения и защиты, чем зарядное устройство.Бортовое зарядное устройство для автомобилей всегда имеет номинальную мощность ниже 20 кВт из-за ограничений по стоимости, размеру и весу.

С другой стороны, зарядка постоянным током дает возможность заряжать электромобиль с гораздо большей мощностью: зарядные устройства уровня 3 рассчитаны на 450 В постоянного тока и 150 кВт, а новейшие суперзарядные устройства (эквивалент уровня 4) могут превышать 350 кВт и 800 В постоянного тока. Верхний предел напряжения установлен на 1000 В постоянного тока из соображений безопасности, когда выходной разъем подключен к автомобилю. При использовании зарядного устройства постоянного тока преобразование мощности производится в зарядном блоке, а выходная мощность постоянного тока напрямую соединяет зарядный блок с аккумулятором автомобиля.Это устраняет необходимость в бортовом зарядном устройстве со всеми преимуществами меньшего занимаемого пространства и меньшего веса. Тем не менее, на этом переходном этапе, когда инфраструктура зарядки электромобилей по-прежнему фрагментирована и различается от страны к стране, от региона к региону, небольшое бортовое зарядное устройство мощностью 11 кВт в основном присутствует в электромобилях, чтобы дать пользователям возможность заряжать через при необходимости розетку переменного тока.

Увеличение мощности зарядки требует увеличения рабочего напряжения, чтобы обеспечить поддержание тока в разумных пределах для размера и стоимости кабеля, и подразумевает необходимость правильного проектирования и определения размеров микросети или подсети, где установлены зарядные станции.

Представим себе зарядную станцию ​​будущего (в 2030 году), где топливо состоит из электронов и где топливо поступает из трубопровода, называемого линией передачи, подключенного к сети среднего напряжения (MV) через трансформатор. Сегодня топливо хранится в больших резервуарах под землей и регулярно доставляется на АЗС автоцистернами. Наличие нового топлива — электронов — всегда доступного из сети кажется простым и беспроблемным решением, но мы видим, что этот простой подход не является устойчивым, если мы хотим дать водителям возможность заряжать свои электромобили менее чем за 15 минут. .

Наша зарядная станция имеет пять зарядных батарей постоянного тока, каждая из которых может обеспечивать максимальную выходную мощность 500 кВт. Наихудший случай, для которого необходимо подобрать зарядную станцию, представлен пятью электромобилями, заряжающими полностью разряженные батареи одновременно. Чтобы упростить расчет, мы теперь рассмотрим нулевые потери на ступенях преобразования мощности и на пути зарядки аккумулятора. Позже в статье мы увидим, как на правильную конструкцию влияют даже небольшие потери мощности в цепи питания.

Давайте рассмотрим пять электромобилей, каждый с батареей 75 кВтч (автомобили, доступные сегодня на рынке с полной электрической трансмиссией, имеют батареи от 30 кВтч до 120 кВтч), которые необходимо заряжать с 10% -ного состояния заряда (SOC ) до 80%:

Это означает, что энергия 262.5 кВтч необходимо передать из сети в электромобили за 15 минут:

Электромонтажная сеть должна обеспечивать мощность чуть более 1 МВт в течение 15 минут. Для процесса зарядки литиевых батарей потребуется профиль зарядки с постоянным током и постоянным напряжением, при котором мощность, необходимая для зарядки до 80% батареи, больше, чем последние 20%. В нашем примере мы останавливаем заряд на 80%, предполагая максимальную мощность.

Сеть или, лучше, подсеть, в которой расположена зарядная станция, должна периодически выдерживать пики мощностью более 1 МВт.Должны быть реализованы очень эффективные и сложные этапы активной коррекции коэффициента мощности (PFC), чтобы обеспечить сохранение работоспособности сети, не влияя на частоту и не создавая нестабильности. Это также означает, что необходимо установить очень дорогие трансформаторы для подключения зарядной станции низкого напряжения к сети среднего напряжения, а также убедиться, что линии передачи, передающие мощность от электростанции к зарядной станции, имеют правильные размеры, чтобы справиться с пиковыми нагрузками требуется мощность.Если зарядная станция заряжает легковые и грузовые автомобили или автобусы, требуемая мощность выше.

Самым простым и наиболее экономичным решением вместо установки новых линий электропередачи и больших трансформаторов является использование энергии, вырабатываемой на месте из возобновляемых источников, таких как солнце и ветер. Это позволяет пользователям иметь прямую связь с зарядной станцией с дополнительной мощностью, а не полагаться только на сеть. Реально солнечные фотоэлектрические (PV) установки в диапазоне от 100 кВт до 500 кВт могут быть выполнены на зарядной станции или рядом с подсетью, к которой подключена зарядная станция.

Хотя фотоэлектрический источник может обеспечивать 500 кВт, ограничивая мощность, запрашиваемую от сети до 500 кВт, фотоэлектрический источник работает с перебоями и не всегда присутствует. Это вносит нестабильность в сеть, а также позволяет водителям электромобилей заряжать свои автомобили на максимальной скорости только тогда, когда солнце светит на максимум. Это не то, чего хотят пользователи, и это неустойчиво.

Отсутствующий кусок этой головоломки силовой электроники — ESS. Действуя как подземный резервуар для топлива на современных станциях, ESS можно представить как большую батарею, способную накапливать и передавать энергию из возобновляемых источников в сеть, в зарядные батареи или обратно в сеть.Первая ключевая характеристика накопителя энергии — двунаправленность и работа на стороне низкого напряжения сети. Новые установки будут рассчитаны на напряжение на шине постоянного тока 1500 В постоянного тока, связывающее возобновляемые источники, зарядные батареи электромобилей и батарею ESS. Также необходимо правильно подобрать ESS, чтобы убедиться, что баланс между пиковой мощностью и энергоемкостью является оптимальным для конкретной установки. Это соотношение сильно зависит от размера местной выработки электроэнергии за счет солнечных, ветровых или других источников, количества зарядных батарей, других нагрузок, подключенных к подсети, и эффективности систем преобразования энергии.

Рис. 2. Преобразование энергии на заправочных станциях для электромобилей будущего.

В этом расчете мощность системы накопления энергии должна составлять от 500 кВтч до 2,5 МВтч, а пиковая мощность — до 2 МВт.

После определения критических компонентов зарядной станции — источников, нагрузок, энергетического буфера — необходимо провести анализ четырех систем преобразования энергии, которые создают энергетические пути в станции.

Все четыре системы преобразования мощности подключены к главной шине постоянного тока с номинальным напряжением от 1000 В до 1500 В постоянного тока.Чем выше требуемая мощность, тем выше напряжение на шине постоянного тока. 1500 В постоянного тока представляет собой отраслевой стандарт сегодня и на ближайшие 20 лет. Хотя возможно использование более высоких напряжений, это усложняет правила безопасности, силовые компоненты и конструкцию системы, что делает ее неэффективной с доступными технологиями. Это не означает, что через 10 лет новые технологии, такие как силовые выключатели и системы защиты, не позволят перейти на 2000 В постоянного тока или выше.

Рассматривая фотоэлектрический инвертор, мы видим, что он выполняет двойную функцию преобразователя постоянного тока в цепь питания, идущего от фотоэлектрических панелей к шине постоянного тока, и функцию преобразователя постоянного тока в переменный. путь мощности, идущий от фотоэлектрических панелей к шине переменного тока, а затем в сеть.Этап преобразования постоянного тока в постоянный является наиболее важным здесь, поскольку этап преобразования переменного тока в постоянный также может быть интегрирован в основной инвертор двунаправленной коррекции коэффициента мощности (PFC), идущий от шины постоянного тока к сети переменного тока. Учитывая современную конструкцию силовой электроники, наивысший КПД достигается при использовании преобразователей, созданных на основе силовых полевых МОП-транзисторов из карбида кремния (SiC). Сравнение с кремниевыми биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT) показывает увеличение эффективности в диапазоне от 5% (максимальная нагрузка) до 20% (частичная нагрузка).В нашем примере с фотоэлектрическим инвертором мощностью 500 кВт повышение эффективности на 5% означает снижение потерь на 25 кВт или более высокую выходную мощность — эквивалент потребления пяти домов или большого теплового насоса, вырабатывающего горячую воду или охлаждающего здание зарядной станции летом. .

Очень похожий расчет может быть произведен как для батарей постоянного тока, так и для зарядных устройств ESS. В обоих случаях возможны два подхода к проектированию: либо большие монолитные преобразователи мощности мощностью более 100 кВт, либо множество небольших преобразователей мощностью от 25 до 50 кВт, используемых параллельно.Оба решения имеют свои преимущества и недостатки. В настоящее время на рынке лидируют многочисленные подключения небольших преобразователей из-за более низких затрат за счет экономии на масштабе и простоты конструкции. Конечно, необходимо внедрить интеллектуальную систему управления энергопотреблением.

Даже для этих преобразователей постоянного тока переход от кремниевых IGBT к SiC MOSFET дает огромные преимущества в эффективности наряду с экономией места и веса за счет немного более высокой цены — сегодня на 25% больше, ожидается, что она упадет до 5. % в ближайшие пять лет.Только повышение эффективности может перекрыть эту небольшую цену за счет экономии (если мы используем те же 5% при максимальной нагрузке):

Наконец, в инверторе PFC 5% от 1 МВт снова составляет 50 кВт, в результате чего общая экономия энергии только за счет более высокого КПД SiC по сравнению с IGBT составляет 250 кВт. Это похоже на наличие дополнительного зарядного устройства или возможность лучше сбалансировать сверхурочное потребление энергии с фактической потребностью нагрузок.

Как мы уже говорили, для достижения этих результатов необходимы SiC MOSFET, но они не могут решить проблемы в одиночку.Способ управления SiC MOSFET является ключевым для достижения требуемой частоты переключения, необходимой для достижения наилучшего компромисса между затратами на проектирование системы (за счет использования полевых МОП-транзисторов, катушек и катушек индуктивности) и эффективностью. Разработчики нацелены на частоту переключения в диапазоне от 50 кГц до 250 кГц. Требования к драйверам затвора становятся все более сложными, в основном с точки зрения более коротких задержек распространения и улучшенной защиты от короткого замыкания.

Analog Devices ADuM4136 — это изолированный драйвер затвора, основанный на современной технологии iCoupler ^® .Эта технология изоляции обеспечивает устойчивость к синфазным переходным процессам (CMTI) 150 кВ / мкс для управления SiC MOSFET в диапазоне частот коммутации сотни кГц. Это, вместе с быстрым устранением неисправностей, таким как защита от рассыщения, дает разработчикам возможность правильно управлять одиночными или параллельными SiC MOSFET до 1200 В.

Изолированный драйвер затвора должен быть запитан, и в ADI Application Note AN-2016 мы показываем, как сочетание драйвера затвора ADuM4136 с двухтактным контроллером LT3999 представляет собой бесшумный, высокоэффективный строительный блок для правильного управления SiC MOSFET.LT3999 используется для управления биполярным изолированным источником питания для ADuM4136. Конструкция изолированного источника питания LT3999 со сверхнизким уровнем электромагнитных помех вместе с возможностью переключения на частоту до 1 МГц обеспечивает компактное и экономичное решение.

Общая задержка распространения, включая мертвое время плюс задержку распространения, составляет 226 нс для включения и 90 нс для выключения. Время задержки драйвера составляет 66 нс для включения и 68 нс для выключения, в то время как мертвые времена составляют 160 нс для включения и 22 нс для выключения.

Цель по очень высокой плотности мощности в преобразователях мощности достигается без снижения эффективности.

Рис. 3. Блок драйвера затвора ADuM4136 и LT3999.

В то время как преобразователи энергии являются основополагающими для путей преобразования энергии, в системах накопления энергии ключевым компонентом, обеспечивающим оптимальную совокупную стоимость владения, являются системы управления / мониторинга аккумуляторных батарей (BMS). При анализе ценового разрыва мы видим, что для систем хранения энергии мегаваттного диапазона более половины стоимости приходится на аккумуляторную стойку: сегодня около 200 долларов за кВтч, а в 2025 году ожидается снижение до 100 долларов за кВтч.Наличие надежного и точного решения BMS позволяет батарее продлить срок ее службы на 30%, что приводит к огромной экономии средств и упрощению эксплуатации всей зарядной станции. Меньший объем технического обслуживания означает более длительное рабочее время и отсутствие проблем для пользователей, что повышает уровень безопасности за счет снижения связанных рисков ремонта.

Для достижения этих результатов система управления энергопотреблением, которая контролирует потоки энергии вокруг зарядной станции, должна иметь очень точное представление о SOC и состоянии здоровья (SOH) аккумуляторной батареи.Точные и надежные расчеты SOC и SOH позволяют увеличить срок службы батареи от 10 до 20 лет в лучшем случае, и в целом можно достичь увеличения срока службы на 30% без увеличения электронных затрат, связанных с BMS. Это приводит к снижению эксплуатационных расходов и затрат на владение как минимум на 30% за счет увеличения срока службы батареи. Это, вместе с более высокой точностью информации SOC, обеспечивает возможность использовать всю энергию, хранящуюся в батареях, и заряжать их наилучшим образом, избегая перезарядки или чрезмерной разрядки, условий, которые могут разрядить батарею в очень короткие сроки. и создавать опасные ситуации, такие как короткие замыкания и пожары.Для профилактического обслуживания и для обеспечения правильного управления потоками энергии и мощности знание SOC и SOH аккумулятора означает возможность прогнозировать и настраивать алгоритмы, участвующие в стабилизации сети, в процессе зарядки электромобиля и в автомобиле. -grid (V2G) соединение, где автомобили также рассматриваются как единицы хранения.

Решением для обеспечения точного мониторинга является использование ИС монитора батареи с несколькими ячейками (до 18 ячеек) с общей погрешностью измерения менее 2,2 мВ.Все 18 ячеек могут быть измерены за 290 мкс, а для высокого снижения шума можно выбрать более низкие скорости сбора данных. Несколько устройств контроля стека могут быть подключены последовательно, что позволяет одновременно контролировать элементы длинных цепочек высоковольтных батарей. Каждый монитор стека имеет изолированный последовательный периферийный интерфейс (isoSPI) для высокоскоростной, устойчивой к радиочастотам и связи на большие расстояния. Несколько устройств подключены в гирляндную цепочку с одним подключением к главному процессору для всех устройств. Эта гирляндная цепь может работать в двух направлениях, обеспечивая целостность связи даже в случае сбоя на пути связи.ИС может получать питание непосредственно от батарейного стека или от изолированного источника питания. IC включает пассивную балансировку для каждой ячейки с индивидуальным управлением рабочим циклом PWM для каждой ячейки. Другие функции включают встроенный регулятор 5 В, девять линий ввода-вывода общего назначения и режим ожидания, в котором потребление тока снижено до 6 мкА.

Из-за краткосрочных и долгосрочных требований к точности приложения BMS, IC использует опорный сигнал преобразования со скрытым стабилитроном, а не опорный сигнал запрещенной зоны. Это обеспечивает стабильный, низкий дрейф (20 ppm / √kh), низкий температурный коэффициент (3 ppm / ° C), низкий гистерезис (20 ppm) опорного напряжения первичной обмотки, а также превосходную долгосрочную стабильность.Точность и стабильность имеют решающее значение, поскольку они являются основой для всех последующих измерений аккумуляторных элементов, и эти ошибки в совокупности влияют на достоверность полученных данных, согласованность алгоритмов и производительность системы.

Хотя эталон высокой точности является необходимой функцией для обеспечения превосходных характеристик, одного этого недостаточно. Архитектура преобразователя переменного тока в постоянный и его работа должны соответствовать спецификациям в электрически зашумленной среде, что является результатом переходных процессов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) системного инвертора высокого тока / напряжения.Для точной оценки SOC и SOH батарей также требуются коррелированные измерения напряжения, тока и температуры.

Для уменьшения системного шума до того, как он может повлиять на производительность BMS, преобразователь монитора стека использует сигма-дельта топологию, чему способствуют шесть выбираемых пользователем параметров фильтрации для устранения шумных сред. Подход сигма-дельта снижает влияние электромагнитных помех и других переходных шумов благодаря самой своей природе использования большого количества отсчетов на преобразование с функцией усреднения и фильтрации.

В портфеле ADI семейства LTC681x и LTC680x представляют собой новейшие разработки для мониторов батарейного стека. 18-канальная версия называется LTC6813.

Таким образом, для решения проблем будущей инфраструктуры быстрой зарядки постоянным током важнейшими аспектами будут системы преобразования энергии и системы хранения энергии. Было предложено два примера: комбинация изолированного драйвера затвора ADuM4136 с контроллером источника питания LT3999 для каскадов преобразования энергии, разработанных с использованием SiC MOSFET, и устройства контроля заряда батареи LTC6813 для аккумуляторов энергии.В этих системах присутствует гораздо больше областей внимания, от измерения тока до устройств защиты от неисправностей, от обнаружения газа до функциональной безопасности. Все они чрезвычайно важны и приносят огромные выгоды, и ADI активно работает над всеми этими подсистемами, чтобы убедиться, что мы можем распознавать, измерять, соединять, интерпретировать, защищать и управлять всеми физическими явлениями, производящими надежные и надежные данные — данные, которые будут используется высокопроизводительными алгоритмами, чтобы обеспечить преобразование большей части энергии из возобновляемых источников в нагрузки, в данном случае электромобили.

Вождение эволюции электромобилей с GaN

Когда мы создаем более эффективные интегральные схемы для электрических и гибридно-электрических транспортных средств, наши клиенты могут разрабатывать более эффективные и доступные автомобили, которые сокращают выбросы и помогают создать более чистую окружающую среду.

Подпитываемые опасениями по поводу запаса хода и опасаясь найти зарядные станции, требующие длительных остановок, многие водители не решаются переключиться с обычных автомобилей на гибридно-электрические или электрические (HEV / EV).

Но инновации в управлении питанием помогают положить конец их ожиданию.

HEV / EV, которые включают в себя новейшую технологию управления питанием из нитрида галлия (GaN), отвечающую требованиям автомобильной промышленности, смогут заряжаться быстрее и двигаться дальше, чем автомобильные системы, основанные на традиционной технологии зарядки на основе кремния. Предоставление производителям автомобилей возможности устранить эти препятствия на пути широкого внедрения HEV / EV — важный шаг на пути к снижению выбросов, которые влияют на качество воздуха и климат во всем мире.

«Наши клиенты ищут способы увеличения мощности без значительного увеличения веса или стоимости автомобиля», — сказал Стив Ламбаус, возглавляющий группу высоковольтных источников питания в нашей компании. «Высокоинтегрированное решение TI на основе GaN дает автомобильным конструкторам возможность разрабатывать системы зарядки, которые будут более надежными, более доступными и более эффективно потребляющими электроэнергию. Это настоящий поворотный момент ».

Надежная технология управления питанием

GaN — чрезвычайно универсальный полупроводниковый материал, который может работать при высоких температурах и напряжениях — ключевой фактор для приложений управления питанием, таких как светоизлучающие диоды, солнечные инверторы и системы хранения возобновляемой энергии.В течение последнего десятилетия продукты TI GaN использовались для эффективного питания широкого спектра коммуникаций и промышленных образцов, достигая новых уровней плотности мощности и эффективности с каждым запуском продукта.

Теперь TI представляет обещание GaN на автомобильном рынке с первым в отрасли продуктом, пригодным для использования в автомобилях, для питания бортовых систем зарядки в электромобилях.

Для HEV / EV TI GaN дает производителям преимущества по сравнению с традиционным кремнием или новыми технологиями карбида кремния (SiC), которые выделяют значительное количество тепла во время процесса зарядки и отводят энергию, увеличивая время зарядки.Самый быстрый в отрасли интегрированный драйвер затвора обеспечивает вдвое большую выходную мощность, удваивая удельную мощность по сравнению с кремниевыми MOSFET и позволяя разработчикам автомобилей оптимизировать конструкцию своей встроенной архитектуры зарядки.

«Следующий шаг в эффективном управлении энергопотреблением вращается вокруг трех вещей», — сказал Иво Марокко, который руководит развитием бизнеса в области автомобильных аккумуляторов в нашей компании. «Во-первых, вам нужна точная зарядка. Во-вторых, вам нужна большая безопасность аккумуляторной системы.И, в-третьих, ключевым моментом является доступность. Литий-ионные батареи могут составлять 30% стоимости автомобиля, а решения на основе GaN предлагают гораздо более эффективный подход за счет снижения потерь мощности на 50%. Наша технология GaN решает все эти проблемы ».

Более быстрое, компактное и надежное управление питанием

От небольших портативных потребительских устройств и ноутбуков до огромных центров обработки данных, технологии все больше зависят от управления питанием, и электромобили не являются исключением. Более ранние технологии переключения мощности, такие как биполярные транзисторы с изолированным затвором и металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы, хорошо зарекомендовали себя с течением времени, но разработчики боролись с ограничениями по размеру, тепловыделению и задержке или проблематичным скоростям переключения.

Все управление питанием включает в себя переключение — включение и выключение тока. Неэффективное переключение вызывает потерю мощности, что создает потребность в более мощных и тяжелых источниках питания и более длительном времени зарядки, чтобы компенсировать потерю. Технология быстрой и точной коммутации создает более плавный и эффективный поток энергии, обеспечивая преимущества, включая уменьшение размера системы и стоимости.

«Высокая скорость переключения GaN увеличивает эффективность, что, в свою очередь, снижает нагрузку на охлаждение автомобилей», — сказал Стив.«В результате эффективность, которую обеспечивает GaN, снижает стоимость системы и увеличивает общую плотность мощности, поскольку тяжелые магнитные поля вокруг источника питания становятся на ~ 60% меньше. Конечным результатом является снижение веса автомобиля, что увеличивает запас хода. Это обещание систем управления питанием на основе GaN ».

GaN также позволяет инженерам HEV / EV достичь удельной мощности, вдвое большей по сравнению с существующими решениями, более быстрой зарядки аккумулятора, более надежной работы и большей общей эффективности бортовых систем зарядки электромобилей.

«GaN существует уже давно, и все знают о его преимуществах», — сказал Иво. «Но теперь мы наблюдаем, как теория в автомобильном мире переходит к реальным приложениям, и это здорово».

Высокоинтегрированное решение TI на основе GaN оптимизирует затраты и энергопотребление

Наша инновация с GaN выходит далеко за рамки обычного коммутатора. Это дает клиентам полный набор возможностей для создания бортовой системы зарядки на основе GaN, которая станет значительным шагом вперед на рынке HEV / EV.

Используя наш опыт в автомобильной промышленности, мы совместно упаковали производимый TI полевой транзистор GaN-на-кремнии и быстродействующий кремниевый драйвер затвора 2,2 МГц, чтобы предоставить клиентам простой способ объединить все вместе — интеграцию переключателя, контроллера и защиты. технологии на одном чипе.

«Я считаю, что это объединение мозгов и мускулов», — сказал Стив. «Коммутатор — это мускулатура, но интеллект, обеспечиваемый встроенным контроллером в инновации TI GaN, позволяет разработчикам выжать из нашего решения максимальную производительность.”

Испытания GaN

Поскольку GaN и другие широкополосные транзисторы отличаются от кремниевых устройств по конструкции и материалам, им требуются специальные инструкции по тестированию, чтобы гарантировать надежность устройств. Рекомендации по тестированию являются ключом к повышению уверенности в надежности GaN и ускорению его внедрения в отрасли.

Наша компания стала соучредителем комитета JEDEC JC-70 по широкополосным силовым электронным преобразователям полупроводников, чтобы предоставить инженерам полезные рекомендации по созданию надежных конструкций.Комитет недавно объявил о новом руководстве по переключению исключительно для GaN — JEP180: Руководство по процедурам оценки надежности переключения для устройств преобразования энергии из нитрида галлия.

«Это новое руководство предоставляет инженерам надежную оценку поведения переключения, что еще больше ускорит внедрение GaN в отрасли, особенно на автомобильном и промышленном рынках, где эффективность, плотность мощности и надежность имеют наибольшее значение», — сказала д-р Стефани Уоттс Батлер. Архитектор инновационных технологий GaN в нашей компании.

За последнее десятилетие наша собственная лаборатория надежности проверила производительность GaN, выполнив более 40 миллионов часов тестирования надежности устройства и почти пять гигаватт-часов тестирования в приложении, чтобы гарантировать долгосрочную надежность устройства. .

«GaN может походить на точные швейцарские часы», — сказал Стив. «Его можно очень точно настроить, и мы знаем, как это сделать, чтобы добиться от него максимальной производительности. Наша испытательная лаборатория дает нам это ».

Мир транспорта чище, безопаснее и умнее

В автомобильной промышленности наблюдается стремительный рост продаж HEV / EV — почти на 60% в годовом исчислении, а сегодня их 5.6 миллионов автомобилей, по оценкам, увеличатся до 30% всех продаж автомобилей в мире к 2025 году. ¹ Ожидается, что существующая сеть примерно из 25 000 зарядных станций в Соединенных Штатах также существенно расширится.

«Наша технология управления питанием GaN дает инженерам-проектировщикам и автопроизводителям возможность значительно сократить время зарядки автомобилей, увеличить удельную мощность, снизить затраты, увеличить дальность пробега и повысить надежность», — сказал Стив.«Барьеры для внедрения HEV / EV будут снижены, и мы все сможем приблизиться к более чистой и зеленой планете».

Живя нашей страстью к созданию лучшего мира

Разработка высокоинтегрированной технологии GaN для бортовых систем зарядки в электрических и гибридно-электрических транспортных средствах является одним из примеров того, как новаторы TI воплощают в жизнь страсть нашей компании к созданию лучшего мира, делая электронику более доступной с помощью полупроводников. По мере того, как каждое поколение инноваций основывается на последних, делая технологии меньше, эффективнее, надежнее и доступнее, открываются новые рынки, и появляется возможность для полупроводников повсюду проникать в электронику.В TI мы думаем об этом как об инженерном прогрессе. Это то, чем мы занимаемся и занимаемся десятилетиями.

(1) https://www.jpmorgan.com/insights/research/electric-vehicles

Что следует учитывать при покупке и установке домашней зарядной станции для электромобилей

Большинство автомобилей с подзарядкой от сети (как чисто электрические, так и гибриды) оснащены зарядной станцией уровня 1, которая позволяет заряжать автомобиль от стандартной бытовой розетки. Если ваш автомобиль представляет собой подключаемый гибрид с ограниченным запасом хода на электротяге или вы мало водите, это, вероятно, все, что вам нужно.В противном случае вам понадобится зарядная станция 2-го уровня.

Если вы делаете все сами и любите разбираться в мелочах, вам следует прочитать статью полностью. Если вам просто нужен быстрый совет о лучшей зарядной станции, перейдите к последнему разделу «Собираем все вместе».

Что делает домашняя зарядная станция

Технически домашняя зарядная станция (также известная как «оборудование для электроснабжения электромобилей» или EVSE) не заряжает ваш автомобиль. В вашем автомобиле есть бортовое зарядное устройство, которое преобразует бытовой переменный ток в постоянный, который хранится в его батареях.

Я только что установил зарядную станцию ​​для нового подключаемого гибрида Prius Prime моей жены и одновременно подал заявку на получение гранта от штата Нью-Йорк от имени города Марблтаун на установку коммерческой зарядной станции в общественном центре моего города. Эта статья основана на этом опыте. Ответы пришли из опроса 20 владельцев зарядных станций, с которым я связался через группы Facebook и PlugShare, приложение, которое позволяет пользователям находить и просматривать зарядные станции, а также общаться с другими владельцами подключаемых модулей.

Прежде чем начать

Вот информация, которая вам понадобится, чтобы принять решение.

1. Марка / модель автомобиля, который вы хотите заряжать.
2. Расположение ближайшего электрического щита к месту парковки.
3. Запас хода электромобиля (PHEV) или максимальное расстояние, которое вы ожидаете проезжать без подзарядки на регулярной основе (электромобили).

Марка и модель плагина позволяют узнать емкость бортового зарядного устройства автомобиля и размер его аккумуляторной батареи.Вам понадобится зарядное устройство, достаточно мощное, чтобы полностью заряжать аккумулятор между поездками, и вам понадобится розетка или зарядная станция, установленная рядом с парковочным местом, способная поддерживать такую ​​скорость зарядки.

Насколько быстрое зарядное устройство вам нужно?

Если вам нужно будет зарядить свой автомобиль только на ночь, у вас есть подключаемый гибрид с ограниченным электрическим диапазоном или вы не будете ездить очень далеко между зарядками, вам, вероятно, не понадобится очень быстрое зарядное устройство. Быстрая зарядка может быть тем, что вам нужно только в длительных поездках, когда вы можете воспользоваться более высокими скоростями зарядки, доступными на большинстве общественных зарядных станций.

Большинство подключаемых гибридов (за заметным исключением Volt) имеют ограниченный электрический диапазон, что означает, что они могут полностью заряжаться менее чем за 5 часов с помощью прилагаемого зарядного устройства уровня 1 (120 В), подключенного к стандартной бытовой розетке. Большинству владельцев этих автомобилей не потребуется зарядная станция 2-го уровня.

Prius Prime моей жены — пограничный пример. Его запас хода составляет 25 миль, и его можно полностью зарядить за 5-6 часов с помощью зарядного устройства уровня 1. Я решил установить зарядное устройство уровня 2 для удобства, чтобы иметь возможность оставлять заводское зарядное устройство уровня 1 в любое время уложенным в машине, а также потому, что бывают случаи, когда мы выводим машину из машины чаще, чем один раз в день.В этом случае быстрая зарядка между поездками может иметь значение, когда вы используете бензин и оставайтесь полностью электрическими. Плюс мне нравятся гаджеты.

В таблице ниже показано, какой запас хода на электричестве типичный электромобиль, который разгоняется от 3 до 4 миль на киловатт-час, может восстановить для зарядных станций с разной емкостью. Число, за которым следует A, — это номинальный ток в амперах, число, за которым следует V, — это напряжение. Зарядные станции уровня 1 используют 120 В, а зарядные станции уровня 2 — 240 В.

Скорость, с которой может заряжаться плагин, также ограничивается встроенным зарядным устройством.Емкость зарядного устройства указана в киловаттах (кВт). Аккумуляторная батарея автомобиля рассчитана на киловатт-часы (кВтч). Запас хода электромобиля — это его эффективность (обычно на 3–4 мили / кВт · ч, умноженные на размер его аккумуляторной батареи). Таким образом, 30-киловатт-час аккумуляторной батареи Nissan Leaf 2016 года и приблизительная эффективность 3,5 мили на киловатт-час дают ему диапазон около 105 миль. Leaf имеет бортовое зарядное устройство на 6,6 киловатт-часов, что дает ему максимальную скорость зарядки около 10 миль в час для полной зарядки за 4-5 часов с использованием зарядной станции уровня 2 на 30 А, 240 В.

Большинство подключаемых гибридов имеют меньшие встроенные зарядные устройства, чтобы соответствовать их меньшим аккумуляторным блокам, как и некоторые чистые электромобили с меньшими аккумуляторными блоками и более низким электрическим диапазоном. Большая часть информации, доступной в Интернете, говорит, что Leaf имеет бортовое зарядное устройство мощностью 3,3 кВт, но все восемь владельцев Leaf, которые ответили на мой опрос, сообщили о времени зарядки, которое может быть достигнуто только с более быстрым бортовым зарядным устройством.

Ниже указана емкость зарядного устройства для большинства плагинов, представленных сегодня на рынке, а также размер зарядного устройства, необходимого для полного использования этой емкости.Дополнительная емкость для зарядки доступна в качестве опции на некоторых моделях.

Размер цепи

Последним фактором, который может ограничить размер необходимой вам зарядной станции, является емкость используемой электрической цепи. Если вы попытаетесь зарядить автомобиль со скоростью, равной емкости вашей проводки или превышающей ее, вы перевернете автоматический выключатель.Если цепь не рассчитана на непрерывное использование, вам следует ограничить скорость зарядки до 80 процентов от емкости цепи.

Вторая причина медленной зарядки — эффективность. Потери электричества (называемые потерями в линии) пропорциональны квадрату тока (число ампер в скорости зарядки) и обратно пропорциональны емкости проводки. Потери в линии также увеличиваются с увеличением температуры, а потерянная энергия превращается в тепло в проводке, что еще больше снижает эффективность.Потери в линии становятся тем значительнее, чем длиннее проводка между вашей главной электрической панелью и зарядной станцией. При правильно подобранной проводке эти потери обычно составляют менее 2 процентов от потребляемой электроэнергии. Но 2 процента могут сложиться, учитывая большое потребление электроэнергии электромобилями. На тридцать пять миль в день на обычном электромобиле расходуется 3650 киловатт-часов в год. Два процента от этой суммы составляют 73 киловатт-часа, или два-три дня потребления электроэнергии в обычном домашнем хозяйстве.

Большинство зарядных станций можно настроить так, чтобы скорость зарядки была меньше их максимальной емкости.Многие автомобили с подзарядкой от сети также могут ограничивать скорость зарядки и время зарядки. Эта функция может использоваться как для сохранения фактических скоростей зарядки в пределах емкости цепи, так и для дальнейшего снижения скорости зарядки с целью уменьшения потерь в линии. Выбор определенного времени зарядки (на вашем автомобиле или на некоторых зарядных станциях) также может сэкономить вам деньги благодаря льготным тарифам от вашего коммунального предприятия.

Если вам необходимо установить новую цепь 240 В для обслуживания вашей зарядной станции, я рекомендую установить как минимум цепь на 50 А, 240 В или даже дополнительную панель на 100 А, 240 В для вашего гаража, если вы можете.Достаточно доступные электромобили с большими аккумуляторными батареями и мощными бортовыми зарядными устройствами, такими как Tesla Model 3, вероятно, будут широко доступны в ближайшие несколько лет. Вам понадобится зарядная емкость, подходящая для вашего нового электромобиля дальнего действия. Если у вас есть семья из двух автомобилей, вам также может понадобиться возможность заряжать две машины одновременно.

Электропроводка большей емкости сегодня обойдется вам дороже, но дополнительные затраты будут составлять лишь часть стоимости электромонтажных работ. Позднее для модернизации вашей проводки придется делать все заново.Даже если вам никогда не понадобится более мощная зарядная станция, снижение потерь в линии поможет со временем покрыть дополнительные расходы.

Следует ли увеличить размер зарядной станции?

Вы можете найти зарядную станцию ​​с желаемыми функциями, но большей емкости, чем вам нужно. Если номинальная мощность вашей зарядной станции превышает 80 процентов емкости вашей цепи, убедитесь, что вы покупаете такую, которая может ограничивать зарядный ток.

Одна из веских причин для увеличения размера зарядной станции — долговечность, которая, по мнению моих респондентов, была самой важной характеристикой.Поскольку ни один из брендов не имеет долгой истории, трудно судить, какие бренды будут наиболее надежными. Тем не менее, можно сделать ставку на то, что зарядная станция, рассчитанная на ток 40 ампер, скорее всего, прослужит долгое время, если она будет использоваться только для зарядки автомобилей на 15 ампер.

Характеристики

Я включил в свой опрос вопрос о функциях. Вот те, которые мои респонденты сочли наиболее важными.

Прочность, длинный шнур для зарядки, скорость зарядки, стоимость и возможность использования вне помещений были одними из наиболее ценных характеристик.Я забыл о том, чтобы спросить о зарядной станции, имеющей вилку, а не проводную. Зарядные станции с вилками стоят не намного дороже, чем без них, но даже если они слишком велики, чтобы быть действительно портативными, их легче брать с собой в переезд.

Некоторые функции, возможно, получили более низкие оценки в моем опросе, потому что они полезны только для некоторых пользователей, даже если они важны для пользователей, которым они нужны.

• Рейтинг вне помещения будет иметь важное значение, если ваше парковочное место находится на открытом воздухе, но он не будет иметь значения, если вы припаркуетесь в гараже.
• Возможность контролировать время зарядки будет важна, если ваш автомобиль не имеет этой функции, но только если ваша электрическая сеть предоставляет вознаграждения или льготные тарифы за избежание зарядки во время пикового спроса. Тем не менее, тарифы на коммунальные услуги для подключаемых модулей меняются, и вам может понадобиться эта функция завтра, даже если сегодня она окажется излишней.

Бренды

Хотя немногие люди имеют опыт использования зарядных станций более пары лет, респонденты моего опроса сказали следующее о следующих брендах.

Лучшие рекомендуемые бренды

• Clipper Creek: рекомендовано большим количеством респондентов, чем любой другой бренд
• JuiceBox: Вероятно, лучшие варианты с точки зрения мощности и возможностей по цене
• ChargePoint Home
• Bosch
• Тесла
• Siemens / Versicharge
• GE Durastation

Смешанные отзывы

• Aerovironment (некоторые переименованы в Nissan): Дорого, но с хорошей гарантией.У одного (из четырех) он сломался прямо перед истечением гарантии. Респондента не впечатлило их обслуживание клиентов, но он сказал, что, по его мнению, обслуживание улучшилось за последние годы.
• Audi: Дорого в установке, но легко использовать

Мой выбор

• Duosida 16A: 289 долларов на Amazon, простая портативная зарядная станция с длинным шнуром и отличной ценой. Не предназначен для настенного монтажа.
• Clipper Creek 16A: 402 доллара на Amazon, хорошо зарекомендовавшая себя зарядная станция с длинным шнуром и уважаемой торговой маркой.
• GE DuraStation 30A: 397 долларов на HomeDepot.com, мощной зарядной станции без излишеств от известного бренда. Максимальный ток можно отрегулировать до 30 А, 24 А, 16 А или 12 А с помощью перемычки.
• JuiceBox 40A: 499 долларов в eMotorWerks, самой дешевой из доступных зарядных станций на 40 А. Максимальный ток может быть установлен регулировкой подстроечных резисторов внутри корпуса.
• JuiceBox Pro 40A и Pro 75A: 599 и 899 долларов в eMotorWerks, полнофункциональных мощных зарядных станциях по низкой цене.Wi-Fi включен. Можно отрегулировать с помощью приложения для смартфона для зарядки при любом более низком необходимом токе. Я не перечислил другие полнофункциональные зарядные станции, потому что JuiceBox Pro превосходит другие варианты по цене и обеспечивает достаточный ток для любого автомобиля.

(указанные выше цены включают доставку)

У меня был личный опыт поддержки eMotorWerks (JuiceBox) через eBay, где я купил отремонтированный JuiceBox Pro 40. Я обнаружил, что они очень медленно реагируют, и проблема не была решена через неделю.Но, учитывая, что мой был отремонтирован по сниженной цене (а их цены потрясающие для начала), я все же даю бренду самую высокую рекомендацию.

Я связался с eMotorWerks и попросил их ответить на предыдущий абзац. Вот их ответ:

«Мы ценим поддержку наших продуктов и усердно работаем над укомплектованием штатов и обучением нашей группы поддержки. Наши продажи почти удвоились в конце 2016 года из-за ускоренного роста продаж электромобилей (рекордные 25 000 электромобилей, проданных в декабре, почти вдвое больше в прошлом году) и успешные программы, которые мы недавно запустили с нашими партнерами по агрегации коммунальных предприятий и сообществ.Мы работаем над дальнейшим расширением нашей службы поддержки и предоставлением первоклассных услуг всем нашим клиентам ».

Если вам нужен первоклассный сервис, по мнению моих респондентов, Clipper Creek и ChargePoint Home имеют хорошую репутацию. Я не знаю, напрягает ли рост их отделы обслуживания клиентов. Вы заплатите от 100 до 300 долларов дополнительно за аналогичные модели от этих поставщиков по сравнению с eMotorWerks.

Собираем все вместе

Хотя это довольно техническая статья, выбор домашней зарядной станции не должен быть сложным.Вот основные шаги:

1. Если вы мало водите или запас хода электромобиля составляет менее 20 миль, зарядная станция уровня 2, вероятно, не стоит затрат. Попробуйте какое-то время использовать только заводское зарядное устройство уровня 1.
2. В противном случае используйте Таблицу 2 выше, чтобы определить емкость зарядной станции, которую может использовать ваш автомобиль.
3. Если вы выполняете свои собственные электромонтажные работы, вернитесь и прочтите всю статью.
4. В противном случае купите зарядную станцию ​​из моих лучших предложений (см. Выше) с номинальной емкостью не ниже указанной в таблице 2.
5. Попросите одного или трех электриков дать вам расценки на установку цепи «240 В (В), 50 А (А)» на парковочное место и установку зарядной станции. Вы также можете запросить у них расценки на установку минимально рекомендуемой схемы для вашего автомобиля из Таблицы 2, но экономия вряд ли будет значительной. В долгосрочной перспективе вам, вероятно, будет лучше с цепью 240 В, 50 А.
6. Попросите электрика установить зарядную станцию ​​и отрегулируйте максимальный ток зарядной станции, чтобы не перегружать цепь.Регулировка не требуется, если вы не выбрали более дешевую электрическую схему.
7. Быстро зарядите машину дома.

Цены и конкретные модели, упомянутые в этой статье, основаны на том, что было доступно в начале 2017 года, и это, безусловно, изменится со временем. Рекомендации относительно зарядной станции и размера цепи должны быть более надежными.

Отдавая

После установки зарядного устройства я рекомендую вам периодически заряжать подключаемый драйвер у вас дома.Вы можете сделать это с помощью PlugShare.com и приложения PlugShare (Android, iTunes), которое является отличным ресурсом для поиска как общедоступных зарядных станций, так и владельцев подключаемых модулей, таких как вы, которые хотят сделать электрическое вождение максимально беззаботным, расширив сеть общественных станций.

Мое собственное зарядное устройство доступно на PlugShare, и я с нетерпением жду встречи с первым подключаемым драйвером, с которым я могу помочь с зарядкой.

***

Том Конрад — менеджер портфеля доходов от акций Green Global.