Зарядная станция для электробуса напряжение
Также электродвигатели могут использоваться как переменного (синхронный или асинхронный), так и постоянного тока.
Зарядные станции
Электрический транспорт вмещает в себя аккумуляторные батареи, которые накапливают заряд и позволяют приводить транспорт в движение. Заряд и разряд происходит благодаря химической реакции элементов, взаимодействующих друг с другом (литий, никель, кобальт и т.д.). Электромоторов может быть несколько. Чтобы производить заряд накопителя электротранспорта от внешнего источника питания, необходимы специальные устройства – зарядные станции. Они являются заправками для электромобилей и электробусов.
Зарядные станции или электрозаправки являются элементами инфраструктуры города, которые находятся на придорожной территории и предназначены для зарядки аккумуляторов электрического транспорта, такого как электрокары, электробусы, электросамокаты, гироскутеры и так далее. Электрозаправки как и любое зарядное устройство являются преобразователем одного вида энергии в другой. То есть, чтобы запитать АКБ электромобиля, которая использует постоянный ток, необходимо преобразовать переменный ток внешней сети. Помимо этого, зарядные устройства выравнивают напряжение общих сетей электроснабжения на вольтаж, подходящий электродвигателю автомобиля.
Зарядные станции подразделяются на станции переменного тока и постоянного тока .
Как заряжаются электромобили?
Проще всего пополнить энергию электротранспорта с помощью обычной однофазной сети переменного тока . Зарядить АКБ от обычной бытовой розетки позволит специальный преобразовательный кабель, которым обычно комплектуется любой электрокар. Но в данном случае пополнение энергии будет происходить очень медленно, так как розетка 220В не способна выдать большой ток, достаточный для быстрого заряда всей ёмкости электромобиля.
Питание от трёхфазной сети 380В переменного тока обеспечивает бó льшую выходную мощность зарядного устройства (ЗУ), которая достигает 43кВт. При этом зарядка может производиться по трёхфазной и однофазной схеме. Для данного способа уже не подойдёт простой кабель с преобразователем, в таком случае используется стационарное ЗУ, которое выдаёт максимальный ток на выходе 63А, а диапазон выходного напряжения до 480В.
Самый быстрый способ зарядки электродвигателя – это зарядка постоянным током , при которой отсутствует звено преобразования переменного тока в постоянный. От ультрабыстрых зарядных станций с большим током обычно заряжаются электробусы, которые имеют на борту АКБ большой ёмкости.
Также существуют различные виды разъёмов и вилок для зарядки электромобилей с выходной мощностью 65, 100, 120, 180 кВт в зависимости от модели. Среди них следующие:
- Type 1 J 1772;
- Type 2 Mennekes;
- Tesla Supercharger;
- CCS Combo 1/2;
- CHAdeMO.
Электробусы заряжаются специальной мачтой, которая считается ультрабыстрой зарядной станцией и обеспечивает полной зарядкой за 20 минут. К данной подзаряжающей колонне электробус стыкуется с помощью контактных токоприёмников, расположенных на крыше.
Электрические щиты для электробусов
Электробусы в отличие от троллейбусов, которые получают энергию от контактных проводов и на протяжении всего пути к ним присоединены, электробусы имеют на своём борту электрический тяговый двигатель на АКБ. Автобусный автопарк, в котором состоят такие экологичные автобусы должен иметь специальные мощные зарядные станции.
Чтобы обеспечить электрический автобус энергией используются станции с зарядным куполом, либо пополнение производится одним из разъёмов при долгой ночной зарядке.
Некоторые зарядные станции заряжают электробусы как куполом, так и зарядными кабелями. Такие электрозаправки имеют модульную конструкцию, позволяющую осуществлять сервисные работы изнутри. Внутри мощной зарядной станции обычно установлен следующий комплект из электрических щитов. Вводной силовой щит обеспечивает ввод электроэнергии внутри станции, а также защищает оборудование от перегрузок. Щит собственных нужд (ЩСН) – также как и на трансформаторных подстанциях обеспечивает распределение электрической энергии от вводного щита по потребителям. ЩСН обеспечивает защиту и резервирование потребителей внутри зарядной станции. Шкаф преобразователей представляет собой устройство для конвертирования входного напряжения под напряжение с параметрами, необходимыми для зарядки электробусов. В своём составе щит с преобразователями имеет инверторы, преобразующие напряжение из AC в DC и высокоскоростные блоки защиты от скачков напряжения. Также в его составе имеются автоматы защиты для каждого устройства. В результате работы электрических щитов и правильного распределения электроэнергии, необходимое напряжение поступает в розетку или купол с 2 контактами для пополнения заряда электробусов.
Источник
Зарядки для электромобилей: как это работает с точки зрения инженера и пользователя
Завтра стартует онлайн-митап про электромобили и силовую электронику — мы об этом уже рассказывали в новостях на Хабре. А сегодня мы погрузимся в эту тему и расскажем, чем мир электротранспорта может заинтересовать инженеров-разработчиков и руководителей проектов: узнаем, как работают зарядки для электрокаров, разберем их внутренности с точки зрения харда и софта, а в конце — посмотрим на прогнозы экспертов.
С появлением электромобилей двигатели внутреннего сгорания с сотнями движущихся частей уступают место электрическим трансмиссиям, в которых таких движущихся частей менее двадцати. Инновации на этом новом рынке зачастую касаются трех главных компонентов:
Зарядные станции и батареи.
Инженеры работают над тем, чтобы увеличить дальность хода авто, повысить его безопасность, срок службы и, конечно, надежность. Самые интересные трансформации сейчас происходят с зарядками и силовыми устройствами, поэтому на них мы и сфокусируемся на завтрашней встрече. Расскажем про силовые устройства нового поколения на основе карбида кремния (SiC), которые сейчас захватывают рынки электромобилей и растут на 27% в год. Узнаем, как развивается инфраструктура зарядных станций в России. А в рамках этой хабрастатьи давайте разберемся с тем, что из себя представляет система зарядных станций для авто.
На наши вопросы ответит Андрей Гольмак — один из лучших мировых специалистов в этой теме. Андрей закончил минский факультет радиофизики и электроники в БГУ, занимался embedded-разработкой, а потом переехал в Канаду и присоединился к небольшой компании, которая одной из первых в мире начала работать с зарядками для электромобилей. В итоге эта компания стала лидером канадского рынка и второй в США. Мы пообщались с Андреем по Zoom и делимся с вами тезисами:
— Что сейчас в целом происходит на рынке зарядок для авто?
— Тем, кто только начинает знакомиться с этой темой, может показаться, что зарядка для электромобиля — это что-то типа зарядки для телефона. На самом деле это сложная экосистема.
Пока этот рынок незрелый. Если кто-то из компаний или инженеров хочет войти в эту отрасль, то сейчас — лучшее время. Меняется вся инфраструктура, сам автомобиль и зарядки, трансформируются поставщики электроэнергии и инфраструктура городов, рождаются интересные проекты. Эти изменения затронут всех в конечном итоге.
Сейчас на рынке зарядок сформировались три сегмента: домашний, частный и общественный. 60% зарядок сейчас составляет домашнее использование, когда пользователи устанавливают зарядку у себя дома, а если есть возможность — в паркинге своего многоквартирного дома.
Частные зарядки — это зарядные станции частных компаний. Например, банк устанавливает зарядки для своих сотрудников, у которых есть свои электромобили. Либо компании, которые доставляют товары Amazon: у них есть парк автомобилей, и они устанавливают для них сеть зарядок в разных городах.
Общественные зарядки доступны для всех, они располагаются в городах и вдоль автотрасс. В качестве аналогии можно привести сеть операторов мобильной связи: ты должен подписаться на определенный тариф, чтобы пользоваться услугами.
Зарядная станция для авто Nissan Leaf, представленная на автошоу в Загребе в 2018 году
— А чем отличаются эти три сегмента — домашний, частный и общественный?
— Начнем с домашнего сегмента, где с точки зрения железа оборудование может быть проще. Это так называемые зарядки второго уровня. Владельцу такой зарядки не нужно как-то специально распределять доступ к пистолету. Основная задача — зарядить свое авто, а статистика, которая потом приходит на смартфон, уже не так важна.
Но дело в том, что в Северной Америке стоимость электроэнергии может варьироваться в зависимости от времени суток — поставщики электричества пытаются компенсировать пиковые нагрузки утром и вечером за счет повышения тарифов. Поэтому сейчас домашние зарядки интегрируются в smart grid, систему управления электроэнергией. Домашние зарядки с такой функцией можно включать изначально на маленьком токе, а ночью, когда стоимость электроэнергии ниже, зарядка автоматически включается на полную мощность. На полную зарядку автомобиля уходит от 6 до 8 часов.
Интеграция со smart grid, конечно, усложняет простейший вариант зарядки: требуется подключение к серверу, а сам сервер подключается к поставщику электроэнергии — так контролируется максимальный ток на зарядках в разное время. Это занятная инженерная задача, но есть еще более интересные проекты: например, коммуникационный интерфейс vehicle to grid (ISO15118). Согласно этой концепции, авто может не только заряжаться, но и отдавать электричество — питать дом, когда электричество дорогое. Такой power bank на колесах. Более того, владелец такого устройства может продавать электроэнергию — возвращать ее в сеть и получать за это деньги.
— Что из себя представляет зарядка с точки зрения железа, hardware-начинки?
— Есть три уровня зарядок. Зарядки первого уровня и правда похожи на зарядки для телефона: подключаем любой розетке на 110—120 вольт, 6—8 ампер.
Для второго уровня (наиболее распространенного) требуется 220—240 вольт с переменным током 30 ампер максимум. Автомобиль с такой зарядкой берет от 6 до 30 ампер.
Рассмотрим, что есть внутри зарядки для домашнего использования:
плата преобразователя энергии (GFCI), которая преобразует напряжение, в ней встроены разные типы защиты;
плата контроля коммуникации с автомобилем, зачастую в зарядках такого уровня используется аналоговый интерфейс (для коммуникации используется сигнал, который называется pilot signal);
коммуникационная плата, которая может иметь свой модемом с wi-fi или кабелем.
Зарядки для частного и публичного использования дополнительно содержат встроенную защиту для ограничения доступа и экраны для общения с пользователем. Также у них может быть контроллер для интеграции в систему управления зданием.
Зарядки третьего уровня для офисов и общественных мест — это такие большие «холодильники» вдоль автотрассы, в больших городах и на заправках. Они достаточно сложны технологически: 100—150 киловатт, сотни ампер, 480 вольт. Это устройства с постоянным током, так называемые DC-зарядки. На полную зарядку авто уходит от 10 до 30 минут максимум. Начинка у них аналогичная, есть графический интерфейс.
QC45 (Level 3) — станция зарядки по стандартам CHAdeMO и CCS. Подходит для электрокаров Nissan, Chevrolet, BMW, Ford, Tesla и др.
Отличительный компонент DC-зарядок — дополнительный power-модуль для преобразования тока и контроля. И когда речь идет о сотнях ампер, сам кабель зарядки довольно тяжелый, не всем хватает сил подключить его. Но Tesla, например, использует водяное охлаждение кабеля, поэтому он у них достаточно легкий.
С точки зрения коммуникации зарядки второго и третьего уровня схожи — в них используются те же модемы для подключения зарядки к серверу. Причем уже сейчас появляются новые задачи для компаний в этой сфере: модемы в старых моделях больше не могут поддерживать нужную скорость и количество данных, которое переносится от зарядки к серверу.
— А почему старых модемов для передачи данных уже недостаточно? За счет чего растет объем этих данных?
Возьмем в качестве примера общественные зарядки: в них может быть установлена простая почасовая оплата, а может быть динамическая, с учетом скидки в зависимости от потребленной электроэнергии, времени суток или рекламных акций конкретных автопроизводителей. Соответственно, возрастает и сложность коммуникации.
Еще один пример — проекты по профилактическому (предиктивному) обслуживанию, когда к зарядкам подключают искусственный интеллект, который по своим алгоритмам предсказывает необходимость обслуживания.
— Какие интерфейсы для передачи данных используются чаще всего и почему?
Используются два типа интерфейса: между зарядкой и модемом + между модемом и сервером. А сами модемы бывают встраиваемые и внешние.
Внешние модемы в основном используются для частных и общественных решений, когда нужно подключить много зарядок к одному модему.
Интерфейсы между зарядкой и модемом — зачастую wi-fi или ZigBee. ZigBee — наиболее эффективный, но пропускная способность у него такая же, как у wi-fi, и ее не всегда достаточно. Wi-fi проще, но не всегда удобен для установки в общественных местах (на улицах или в паркингах, где качество сигнала не всегда хорошее).
Интерфейс между модемом и сервером достаточно простой, это прямое подключение к интернету либо сотовая связь с сим-картой. Разработчики ушли от кабелей и ethernet, потому что зарядки устанавливаются на улице, где неудобно прокладывать кабель под землей — намного проще использовать симку, которая стала доступна по стоимости (несколько долларов в месяц для ИТ-решений).
— А теперь про инфраструктуру: чем отличается заправка для электромобилей от заправок для привычных авто с бензиновым двигателем?
Для зарядки электрокара можно использовать дополнительное приложение и указать в нем тип своего автомобиля. Такое приложение подскажет, как спланировать путь, где зарядиться и сколько это будет стоить. И каждый из этих сервисов — логистика, интеграция с платежами — это отдельные инженерные задачи.
На уровне B2C рынок развивается и предлагает свои плюшки: бонусные программы за использование определенных зарядок. С точки зрения В2В ситуация тоже интересная: если сравнить с мобильной связью, то тут есть возможность обмениваться данными у разных операторов (компаний-поставщиков).
Компактная зарядная станция Sputnik российской компании Portal Energy
— А когда уже сами автомобили будут общаться с зарядками?
Сегодня цифровое общение реализовано только на зарядках третьего уровня. Интерфейс между зарядкой и авто работает примерно так: электромобиль говорит «я готов заряжаться, мне нужно 15 ампер», а зарядка определяет максимальное количество тока, которое авто может потребить.
Тот же стандарт ISO15118 идет с функцией plug-in-charge, благодаря которой автомобиль сам авторизуется в системе, т.е. пользователю не обязательно проводить карточкой по зарядке, чтобы войти в свой аккаунт и получать электроэнергию.
Сейчас самая сложная коммуникация реализована на уровне «зарядка-сервер», а не между авто и зарядкой.
— А что со стандартами в этой теме?
— Все начиналась с компаний, у которых был большой опыт в разработке железа. Потом рынку понадобилось больше программных приложений для обслуживания данных с этих зарядок. Каждый производитель пытался внедрить свой стандарт — сделать протокол для общения между своей зарядкой и своим сервером.
Но клиенты не хотят быть привязанными к одному производителю. Например, город Монреаль как заказчик хочет быть свободен в выборе поставщиков: оставить за собой возможность покупать зарядные станции у разных компаний, а потом подключать их к своей единой системе.
Мало того, что каждый производитель пытался продвинуть свой протокол, так нельзя сказать, что эти протоколы были хорошо оптимизированы. Не хочу бросать камень в огород embedded-разработчиков, но и тогда и сейчас их протоколы были на бинарном уровне, где каждый бит имеет значение. Когда речь идет о больших данных, такой протокол тяжело обслуживать и модифицировать.
Требования от клиентов заставили нас переходить к более сложным протоколам. Стали появляться стандарты общения между зарядкой и сервером. В Европе появился OCPP — Open Charge Point Protocol — протокол открытой зарядной точки. Также стали появляться стандарты общения в сети зарядных станций. И в какой-то момент производители зарядных станций были вынуждены внедрить эти протоколы в свои решения.
Универсальные стандарты задействованы пока не везде, их продолжают внедрять, и они продолжают меняться, так как рынок еще достаточно сырой, и не все стабилизировалось.
— А как рождаются стандарты? Это противодействие на уровне компаний или важнее вклад отраслевых организаций, которые ищут компромисс?
— OCPP — это открытый стандарт, его создавал комитет из представителей разных компаний в Нидерландах. В этом open source-проекте приняли участие не только производители станций и разработчики софта, но также институты.
— А что, если посмотреть на эту тему с точки зрения умного города: зарядки — это ведь только часть подсистемы такого города. Что думаешь про наше будущее, можно ли согласовать всю эту инфраструктуру?
— Я не верю в один общий стандарт. Есть определенные стандарты, которые решают определенные задачи. Например, есть стандарт OpenADR, который позволяет удаленно управлять электроэнергией подключенных электроустройств — он балансирует всплески потребления электроэнергии, и зарядки в него отлично вписываются. Он является частью умного города, но решает конкретную задачу. И таких специализированных стандартов будет достаточно много.
— А как вообще можно подключиться к подобным проектам по разработке инфраструктуры для электротранспорта?
Сложно предвидеть, что будет с этой индустрией через 5 лет. Сейчас можно экспериментировать с разными типами клиентов: работать с банками, с городами, с компаниями со своим парком электромобилей. Если сфокусироваться на решениях проблем клиентов, то ты автоматически будешь двигать индустрию в правильном направлении. А в сборе требований работает стандартная схема: продукт-менеджеры общаются с клиентами, записывают их проблемы, а потом вместе с инженерной командой приоритезируют и выбирают те, решение которых даст максимальный эффект не только в деньгах, но также в новых клиентах и партнерах.
За рамками нашего общения остался самый интересный вопрос для читателей Хабра: а как обстоят дела с инфраструктурой зарядок в России? Об этом мы и поговорим завтра на митапе. Свои вопросы на тему электротранспорта и силовой электроники можно оставлять прямо в комментариях. Мы адресуем их спикерам в прямом эфире, который будет открыт для всех зарегистрированных участников.
А пока поделимся обнадеживающим прогнозом, который несколько дней назад опубликовала британская консалтинговая фирма IDTechEx: в течение следующего десятилетия рынок электрокаров вырастет на 25% и продолжит рост во всех регионах мира в течение 20 лет как минимум. Так что для тех, кто хочет войти в эту отрасль сейчас — и правда лучшее время.
Источник