zilm (zilm) wrote,
zilm
zilm

Электромобили и плагин-гибриды: Часть 2B. Инфраструктура, типы зарядок.

Рассказ про инфраструктуру начну с типов зарядок, потому что не в все зарядки "одинаково полезны", более того производители уже успели напридумывать несколько несовместимых стандартов (хорошо, что Apple и Sony не производят автомобилей!). И даже несмотря на то, что количество электротранспорта ещё не слишком большое, инфраструктуры не так много, уже зарядиться можно не на каждой станции, а только на совместимой с конкретным автомобилем.


Мультистандартная зарядка. Слева направо: разъёмы Mennekes, CHAdeMO, SAE Combo2.
Рыночная стоимость такой зарядки минимум в 2 раза больше, чем обычной.


Прежде всего зарядки лучше разделить по уровням мощности, в США их называют Level 1, 2, 3.

Уровень 1 (Level 1) - это самая медленная зарядка переменным током до 16А. Для США 16А обременены 120 Вольтами и максимум на что можно рассчитывать - это 1.92 кВт пиковой мощности. Для среднего электромобиля это значит, что придётся ждать около 12 часов до полной зарядки. С такой скоростью любой автомобиль можно заряжать без специальной инфраструктуры, просто воткнув адаптер в розетку.


Таким адаптером обычно комплектуется любой электромобиль. С одной стороны обычная
вилка, с другой коннектор подходящий к зарядному порту автомобиля (J1772 в США).

Внутри типичного зарядного устройства находятся средства защиты и регулировки тока, которые замыкают цепь, только когда разъем воткнут в гнездо зарядки автомобиля. Чаще всего в комплектации есть такое зарядное устройство, максимум на 3.3 кВт - больше многие автомобили в базе не проглотят. В домашнем исполнении такая зарядка вряд ли будет стоить больше $500 (вот, например), а в уличном их уже не ставят, но есть некоторое количество старых зарядок 1-го уровня. Сколько они стоят в промышленном исполнении никак не узнать, потому что никто их уже не делает.


Порты Nissan Leaf. Слева CHAdeMO (Level 3) до 50 кВт.
Справа - стандартный для США SAE J1772 (Level 1/2).

Уровень 2 (Level 2) зарядки уже повеселее, до 7 кВт пиковой мощности (240 Вольт, 30А). В домашнем исполнении цена зарядок начинается с $500 (например), в уличном с $1000 (тыц).

Зарядки первого и второго уровня используют переменный ток. В автомобиле, соответственно, располагается зарядное устройство, которое выпрямляет ток и подзаряжает аккумуляторы.


Типичная медленная зарядка (Амстердам, Нидерланды).

Если заряжается машина, которая способна переварить 6-7 кВт, то для стандартной ёмкости в 22-24 кВтч получаем уже время около 4 часов. Или меньше 2 часов для среднедневного пробега. Уже намного веселее. Тем не менее, не все автомобили способны переварить такую мощность, любое повышение влечёт удорожание бортового зарядного устройства. Плюс часть публичных зарядок будут установлены не очень удачно, так что лучшее на что можно рассчитывать - это то, что одна маломощная зарядка может перекрыть потребности 1-2 автомобилей, у которых нету доступа к другой инфраструктуре (например, домашней зарядки). То есть, для того чтобы такими зарядками удовлетворить потребности владельцев электромобилей, нужно, чтобы их стояло примерно столько же, сколько и самих электромобилей и плагин-гибридов (по крайней мере порядок цифр должен быть таким же). К тому же они должны стоять в местах, где человек оставляет машину на несколько часов, а не на 15 минут.

Например, средний пробег 20 000 км в год - это 55 км в день. По циклу EPA для Nissan Leaf 2013 в смешанном режиме можно ожидать расхода в 18.125 кВтч/100 км, то есть в день владелец будет тратить 10 кВтч. Стандартная бортовая зарядка на автомобиле в базовой комплектации - 3.6 кВт. Итого, 3 часа в день, каждый день, автомобиль должен заряжаться. Единственная возможность столько часов в день заряжаться, не имея домашней зарядки - на работе. Плюс такой длинный промежуток времени означает то, что владелец часто будет занимать слот ещё дольше, например, всё рабочее время. Далеко не каждый будет выходить и перепарковывать машину после окончания зарядки.


Штекер стандарта быстрой зарядки SAE Combo не такой
массивный, как CHAdeMO, но и маленьким его не назовёшь.

И, наконец, зарядка третьего уровня, самая мощная, быстрая зарядка. 300-600 Вольт, 100 и более ампер. На деле же обычно речь идёт о 50 кВт-зарядках. Они способны зарядить автомобильную батарею от 0 до 80% за 30 минут. Дальнейшая зарядка на них либо вообще невозможна, либо идёт со значительно меньшей мощностью, как у зарядки 1-2 уровня, чтобы не повредить аккумулятор.


Штекеры SAE Combo2 зарядки (слева, зарядка в режиме Mode 4)
и Mennekes (справа, Mode 1,2,3), основные стандарты для Европы.

В Европе похожая ситуация, стандарт IEC 62196 определяет следующие мощности зарядок:
Mode 1 - 240 вольт 16 А, тот же Level 1, только в Европе 220 Вольт, так что мощность в два раза выше;
Mode 2 - 240 Вольт 32 А (= Level 2);
Mode 3 - 480 Вольт, 3-фазный переменный ток, 63 А, то есть 43 кВт (чаще устанавливаются зарядки с половиной от этого, 22 кВт), такого в штатах уже нет, это быстрая зарядка переменным током;
Mode 4 - быстрая зарядка постоянным током, допускает 600 Вольт и до 400 А, то есть 240 кВт максимум.


Зарядка SAE Combo совмещает порты, и уже не нужно два гнезда, как
в Nissan Leaf. На фото штекер типа Mennekes воткнут в Volkswagen e-up.

Получается, в Европе примерно такие же стандарты мощности зарядок, что и в США, только появляется Mode 3 - быстрая зарядка переменным током. Первые два типа - медленные зарядки, скорость зарядки на них измеряется часами, мощные же могут зарядить аккумулятор типичного электромобиля за полчаса.

Таким образом, ключевое разделение зарядок: обычные и быстрые зарядки. Обычные - Level 1, Level 2 для США, Mode 1, Mode 2 для Европы. Быстрые - Level 3 в США, Mode 3, Mode 4 в Европе. Когда говорят в статистике о тысячах установленных зарядок, почти всегда речь идёт об обычных зарядок. И, конечно, их устанавливают заметно меньше, чем продают автомобилей, хотя и не на порядок.

Что касается быстрых зарядок, есть страны с заметными рынками электромобилей, где их вообще нет. Хотя, наверное, она одна такая, нетрудно догадаться о ком речь. Но об этом подробнее я расскажу, когда буду писать о статистике установок зарядок на сегодняшний день. Впрочем, для плагин-гибридов быстрые зарядки не нужны, не тот объем батареи, чтобы она могла переварить такую мощность при текущих технологиях. На данный момент из всех плагин-гибридов только Mitsubishi Outlander PHEV поддерживает быструю зарядку.


Коннектором CHAdeMO можно легко кого-нибудь убить, даже если электричество отключено.

Дальше стоит пробежаться по стандартам. Для быстрой зарядки самое большое количество станций установлено под стандарт CHAdeMO. Этот стандарт используется на автомобилях Nissan, Mitsubishi (так же в альянс входят Toyota, Subaru). Несмотря на то, что сам разъем выглядит очень массивным, рассчитан он на использование тока с напряжением 500 Вольт до 125 Ампер, то есть на 62,5 кВт. Организация CHAdeMO сообщает, что в пределах той же спецификации, используя то же оборудование, ток может быть увеличен до 200 А, а общая мощность до 100 кВт. Глядя на габариты коннектора даже такая мощность выглядит смешной, но на самом деле сейчас нету автомобилей, кроме Tesla, для которых могла бы понадобиться мощность выше 50 кВт, так как большую часть современных аккумуляторов не рекомендуется заряжать током большим 2C.


По сравнению с другими стандартами быстрой зарядки, штекер Tesla образец элегантности. Вдобавок ко
всему, он и мощнее CHAdeMO и SAE Combo, оба допускают максимум 100кВт, а Tesla уже использует 135 кВт.

У Tesla проприетарный стандарт. У американских автомобилей используется и свой, несовместимый ни с чем разъем, так что использование публичных зарядок, отличных от суперзарядок компании, возможно только с использованием адаптера. Правда несколько адаптеров идёт в комплекте с машиной, но лишних движений уже не избежать. У европейских машин используется стандартный в Европе разъем Mennekes, который совместим с Mode 1, 2, 3 зарядками. Собственные суперзарядки Tesla рассчитаны на мощность до 150 кВт, но пока настроены на мощность в 135 кВт.

В США стандарт для большей части автомобилей - SAE (J1772), он используется для Level 1, 2 зарядки. И сейчас начинает разиваться стандарт SAE Combo для Level 3 зарядки, который использует часть коннекторов SAE для установления договорённости, но постоянный ток передаёт по отдельным коннекторам. В этом году возможность быстрой зарядки по стандарту SAE Combo получат первые автомобили - Chevrolet Spark EV и BMW i3 в США. Станций быстрой зарядки для этого стандарта пока практически нет, но у CHAdeMO поддержка только Nissan и Mitsubishi, все остальные производители (Volkswagen, BMW, GM, Ford и т.д.) будут вкладываться в штатах в развитие быстрых зарядок SAE Combo. Быстрая зарядка по стандарту допускает постоянный ток с напряжением 500 Вольт и силой тока до 200 Ампер, то есть мощностью 100 кВт.


Французы и итальянцы хотели разрядить обстановку своим стандартом Type 3,
справедливо полагая, что стандартов никогда не бывает много.

В Европе основной стандарт Type 2 более известный по типу используемого разъема, разработанного одноимённой немецкой компанией - Mennekes. С его использованием допустима зарядка в Mode 1, 2, 3. То есть до 43 кВт переменным током. Во Франции и Италии электрические компании предложили Type 3 разъем, конструкция которого включает защиту контактов, и вследствие этого удешевляет стоимость станции, в то же время её мощность ограничена Mode 2 зарядкой и, судя по толщине коннекторов, безальтернативно. Но, слава объединённой бюрократии, Европейская Комиссия решила, что в Европе должен использоваться только Type 2 разъем.


Основные стандарты зарядки без проприетарного Tesla и японского CHAdeMO.

А в Китае используется разъем GB/T 20234, часто называемый просто GBT. Он хоть и подозрительно похож на европейский Mennekes, но с ним не совместим.


Стандарты быстрой зарядки постоянным током в разных странах.

Для зарядки постоянным током в Европе предложен разъем Combo2 аналогичный американскому SAE Combo, только сделанный не вокруг J1772, а совместимый с Mennekes, и использующий его коннекторы для установки договорённости с автомобилем. Зарядок по этому стандарту ещё почти не установлено, а сам стандарт только недавно утверждён. Но все свежие автомобили оборудованы соответствующим разъемом.

Так что и в Старом и в Новом свете ситуация со стандартами быстрых зарядок очень похожая. Японские производители поддерживают CHAdeMO, которое во всём мире одинаковое, у Tesla свой стандарт, но разный в США и Европе, все остальные производители продвигают в США SAE Combo, а в Европе SAE Combo2.


Изначально зарядка Proterra не использовала сложных технических решений.

Ну и напоследок, чтобы окончательно не взорвать вам мозг, расскажу о более экзотических зарядках.
Первая, это зарядка Proterra. Первоначально компания использовала зарядку с очень простым соединением с открытыми контактами, но в целях безопасности и улучшения внешнего вида, конструкцию пришлось усложнить. Зарядка имеет мощность около 500 кВт, и КПД порядка 92% при быстрой зарядке с 0 до 95% ёмкости за 10 минут.


Современная зарядка для автобусов Proterra.

Сейчас Proterra устанавливает зарядки, где контактные площадки изначально спрятаны, и выезжают только когда появляется автобус. Похожую систему разрабатывает ABB в Швейцарии, только там предполагается установка зарядной системы не на конечной станции, а на каждой остановке и 15+ секундные подзарядки во время погрузки-выгрузки пассажиров. С учётом расходов по установке этой системы на всём маршруте вряд ли у неё есть будущее. Да и, в отличие от Proterra, речь идёт просто о тестировании, а не об использовании этой разработки.


Беспроводная зарядка Evatran сейчас стоит около $3 000, но первым
250 покупателям в рамках маркетинговой акции была доступна за $2 000.

Американская компания Evatran продвигает бесконтактную зарядку(спецификация) второго уровня для легковых автомобилей с мощностью 3.3 кВт. Она требует подключения к 240 Вольт сети, но её мощность в два раза меньше максимальной для Level 2. КПД такой зарядки несмотря на беспроводную передачу неплохое: при входных 3.6 кВт мощность на приёмнике - 3.3 кВт. Проблема только в том, что ни один автомобиль серийно не оборудован приёмником для такой зарядки, так что Evatran продаёт и модуль для установки в самом автомобиле (есть модули для самых популярных в штатах Nissan Leaf и Chevrolet Volt), и саму зарядочную станцию в комплекте за $3 000.

Беспроводная зарядка очень перспективна для обычной, небыстрой зарядки. Она проходит по всем нормам на излучение в США и Европе, она меньше будет загружать улицы, всё оборудование может быть спрятано. Но пока нет ни одного автомобиля поддерживающего такую зарядку с завода. Впрочем, несколько производителей уже пообещали внедрить такую опцию в будущем, например, Porsche. Так что кроме различных проводных зарядок, скоро будут и разные стандарты беспроводных зарядок.


Схема беспроводной зарядки электрических автобусов, эксплуатирующихся в Милтоне, Великобритания.

Использование беспроводных зарядок не ограничено малыми мощностями: в Англии уже работают на маршруте 8 новых автобусов, заряжающихся бесконтактно. А в Южной Корее испытывают беспроводную зарядку автобусов в движении, мощность которой составляет 100 кВт. Конечно, последний вариант кажется слишком дорогим для реальной жизни, ведь такая зарядка должна устанавливаться на протяжении всего маршрута движения, и, кроме эстетического, не имеет никаких других преимуществ перед троллейбусами. А использование в личном транспорте выглядит ещё более невероятным, потому что производители никогда не смогут между собой договорится, как строить такую дорогую инфраструктуру, и как прийти к единому стандарту зарядки.


Горячая замена батарей "в разрезе" на примере технологии Better Place.

Писать подробно про зарядку сменой батарей на заряженные нет особого смысла, потому что единственная компания, которая использовала этот метод зарядки, Better Place, благополучно обанкротилась. Выпуск единственного автомобиля, совместимого с этими станциями, Renault Fluence ZE, был прекращен. И никто больше не собирается в это ввязываться, кроме Tesla. Но и последняя, анонсировав технологию по смене батарей почти год назад, так и не ввела в строй первую станцию в США, не пообещала ни одной станции в Европе, зато ударными темпами возводит суперзарядки. Очевидно, что и в Tesla есть понимание тупиковости этого пути, и приоритет ввода в строй станций по смене батарей очень низкий. Я не думаю, что первую, уже обещанную, станцию совсем отменят, её всё-таки введут позже в строй, но, скорее всего, этим всё и ограничится.

Оглавление статей на эту тему
Tags: плагин-гибриды, электрические мотоциклы, электромобили, электромобили и плагин-гибриды
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 12 comments