Teemad:
- Sissejuhatus
- Laadimispistikud ja ühendused
- Elektroonilised sõidukivarustusseadmed (EVSE)
- Laadimisvalikud
- Laadimisajad
- Laaditavad hinnad
- Side laadimisjaama ja sõiduki vahel
- Läheduse piloot
- Juhtpiloot
- Elektrivõrk
Eessõna:
Elektrisõidukite või pistikhübriidide akusid saab laadida väliste laadimisseadmetega. Aku laadimiseks elektrivõrgu kaudu saate auto laadimiskaabli abil ühendada avaliku laadimisjaama, avaliku laadimisjaama või oma seinakarbiga (välisfassaadil või garaažis). Sageli on saadaval ka mobiililaadija, mis võimaldab laadimist läbi seinakontakti, kuid seda laadijat on soovitatav kasutada vaid hädaolukordadeks.
Järgmisel pildil on näha elektriauto laadimine. Sõiduki küljel on klapp, mis näeb välja väga sarnane sisepõlemismootoriga auto kütuseklapiga. Klapi tagant leiame pistikühenduse, millesse saab laadida laadimispistiku.
Kleebis klapil näitab, mis värvi pistiku kõrval olev LED teatud olekus süttib.
Laadimispistikud ja ühendused:
Laadimispistikud ja -ühendused on Euroopas standarditud. Vahelduvvoolu (vahelduvvool) laadimiseks kasutame Mennekes (tüüp 2) ja alalisvoolu laadimiseks (alalisvool) CCS2 pistikut.
Järgmisel pildil on kombineeritud Mennekes Type 2 koos CSS2 laadimispistikutega. See pistik võimaldab laadida (kiiresti) alalisvooluga.
Alloleval pildil on näha mujal maailmas kasutatavad pistikud. Eristatakse vahelduv- ja alalisvoolu, kusjuures alalisvoolu variant on sageli vahelduvvoolu pistiku pikendus.
Elektroonilised sõidukivarustusseadmed (EVSE):
Avalikud laadimisseadmed on alati varustatud liidesega EVSE-ga (Electronic Vehicle Supply Equipment). See tagab turvalisuse ja suhtluse. EVSE funktsioonid hõlmavad järgmist:
- Ühenduste kontrollimine: kui olete veendunud, et kõik pistikud on ühendatud ja lukustatud, käivitub laadimisrežiim;
- Enesediagnostika: vigade tuvastamisel katkeb vooluvõrk;
- Lekkevoolu tuvastamine: toitepinge katkeb igasuguse lekkevoolu korral;
- Voolu juhtimine: suhtleb autos oleva pardalaadijaga, kasutades voolu piiramiseks PWM-signaali.
Laadimisvalikud:
Vahelduvvooluga (AC) laadimisel muundatakse auto elektrivõrgust saadav elekter alalisvooluks (DC). Vahelduvvoolu laadimise puuduseks on suur induktsiooninähtuste ja juhtide takistusest tingitud kadude oht. Muundamine vahelduvvoolult alalisvooluks toimub ka autos enne, kui energia akuni jõuab, mis piirab laadimisvoolu.
Alalisvoolu (DC) laadimine võimaldab ülikiiret laadimist. AC/DC muundamine ei toimu enam pardalaadijas, vaid väljaspool sõidukit. Seetõttu saab akut laadida suurema laadimisvõimsusega ja seetõttu saab see kiiremini täis. See sobib ideaalselt laadimiseks kohvipausi ajal maanteel ülejäänud teekonna jooksul.
Sõiduki laadimise viisid ja kiirused võib jagada nelja erinevasse režiimi. Režiimid 1, 2, 3 ja 4 näitavad, kuidas sõiduk on toitepunktiga ühendatud.
- Režiim 1: laadimine toimub otse majapidamisühenduse elektrivõrgu kaudu. Sõidukis muundatakse pinge vahelduvvoolust (vahelduvvool) alalisvooluks (alalisvooluks). Laadimisseade pakub turvalisust, kuna puudub voolupiirang ega tagasiside sõidukilt pistikupessa. Seda laadimisviisi kasutatakse harva, kuna on oht, et tekib oht ja defektid, ning seetõttu on see paljudes riikides keelatud.
- Režiim 2: nagu režiimis 1, kasutatakse majaühenduse seinakontakti ja laadimisvool on piiratud 16 A-ni. võimu 3,68 kW. Ülekoormuse vältimiseks on aga laadimiskaablite võimsus tavaliselt piiratud 2,3 kW-ni (ca 10 A). Laadimisrežiimiga 2 on laadimisjaam disainitud mobiilse laadijana, mida saab kaasa võtta. Sõidukis muudab sisseehitatud laadija vahelduvvoolu alalisvooluks.
- Režiim 3: laadimisel kasutatakse statsionaarset laadimisjaama või seinakarpi, mis, nagu ka režiimis 2, on ühendatud hoone elektrivõrku. Mode 3 laadija sobib vahelduvvoolu laadimiseks ja võimsustele 3,68 kuni 22 kW. Taaskord muudetakse vahelduvvool sõiduki jõuelektroonikas alalisvooluks.
- Režiim 4: Kui laadimisrežiimid 1 kuni 3 kasutavad vahelduvvoolu, tuleb see sõidukis muuta alalisvooluks, siis režiimi 4 laadimisel toimub vahelduvvoolult alalisvooluks muundamine laadimisjaamas endas. Alalisvool antakse otse akukomplekti. Seda nimetatakse alalislaadimiseks või kiirlaadimiseks. Alalisvoolu laadimisjaam režiimi 4 laadimiseks nõuab vähemalt 480-voldist sisendpinget ja annab võimsust 43 kW.
Laadimisajad:
Hübriid- ja elektrisõidukite laadimisaegu saab määrata aku mahtuvus jagada tarnitud kogusega võimu laadijast.
Saadaolevat laadimisvõimsust ei määra ainult laadija ja laadimiskaabli tüüp, vaid ka maksimaalne laadimisvõimsus, mille jaoks sõiduki jõuelektroonika sobib. Uued luksusautod saavad järjest suuremaid akusid, mille mahutavus on suurema sõiduulatuse jaoks, kuid kuna laadimisvõimsus suureneb, võib see isegi tähendada, et laadimisaeg väheneb. Näitena võtame VW e-Golfi (32 kWh) võrreldes Mercedes EQS linnamaasturiga 500 (108,4 kWh). Kõik sõidukid ei saa alalisvooluga laadida kuni 100%. Alalisvoolu laadimine peatub 80% juures. Viimased 20% lähevad vahelduvvoolu kaudu väiksema laadimisvõimsusega. See on mõeldud HV-aku kaitsmiseks.
VW e-Golf (32 kWh)
Vahelduvvoolu laadimine:
Tüüp 2 laadimispistikuga saab akut laadida vahelduvvoolu kaudu. Integreeritud laadija maksimaalne laadimisvõimsus on 3,7 kW. Kui akut laetakse laadimisjaama kaudu 20%-lt (režiim 3), kulub selleks ligikaudu 7 tundi. Selgitus: 80% (laadimine) 32 kWh-st = 25,6 kWh. Laadimisaja arvutame, jagades vajaliku võimsuse tarnitud võimsusega: (25,6 / 3,68) = 6,96 tundi (6 tundi ja 58 minutit).
Pistikupesa kaudu laadides (režiim 2) on võimsus piiratud 2,3 kW-ni ja laadimisaeg on 11,13 tundi (11 tundi ja 8 minutit).
DC laadimine:
Kiirlaadimisel alalisvooluga võimsusega 44 kW on aku täislaadimine 0,58 tunni (35 minuti) pärast.
Mercedes EQS maastur 500 4MATIC (108,4 kWh)
Vahelduvvoolu laadimine:
Tüüp 2 laadimispistikuga saab akut laadida vahelduvvoolu kaudu. Integreeritud laadija maksimaalne laadimisvõimsus on 11 kW. Taaskord eeldame, et võtame tasu alates 20%. Laadimisseadme võimsus on 86,72 kW. Laadimisjaama kaudu laadides on laadimisaeg 7,88 tundi (7 tundi ja 53 minutit).
DC laadimine:
Režiimiga 4 on võimalik laadida kuni 207 kW. Laadimisaeg on: (86,72 / 207) = 0,42 tundi (25 minutit).
Laadimise hinnad:
Laadimiskaartide pakkujaid on palju. Erinevad veebisaidid pakuvad ülevaadet hindade kohta. Selles jaotises võtame aluseks 2023. aasta märtsis kehtinud energiatariifid ega võta arvesse liitumistasusid ega laadimiskordade alghindu, vaid ainult energiahindu.
- Holland AC 0,60 €/kWh
- Holland DC 0,85 €/kWh
- Belgia ja Luksemburg 0,65 €/kWh
- Euroopa: AC 0,51 €/kWh
- Euroopa: DC 0,87 €/kWh
VW e-Golfi ja Mercedese EQS-i näidetes arvestame laadimishinnad laadimisvõimsuse ja selle alusel, et laadime 20% ulatuses.
- VW e-Golf: 25,6 kW laadimisvõimsuse põhjal maksab vahelduvvoolu laadimise eest Hollandis 15,36 eurot ja alalisvoolu laadimise eest 21,76 eurot. Kogu sõiduulatus: 190 km.
- Mercedes EQS: 86,72 kW laadimisvõimsusega maksab see Hollandis vahelduvvoolu laadimise eest 52 eurot ja alalisvoolu laadimise eest 73,70 eurot. Sõiduulatus on umbes 485 km.
Side laadimisjaama ja sõiduki vahel:
Laadimisliidese moodul tagab side laadimisjaama ja sõiduki vahel. Niinimetatud "läheduspiloot" ja "juhtpiloot", lühendatult "PP" ja "CP", näitavad, et laadimispistik on ühendatud ja määravad, kui suur laadimisvool on lubatud. Järgmised kaks lõiku selgitavad PP ja CP toimimist.
Pildil näeme Ameerika tüüp 1 (vasakul) ja Euroopa tüüpi 2 Mennekesi pistiku CP ja PP (paremal), mõlemad koos alalisvoolu laadimispistikuga. Keskendume paremale pistikule, millel on CP, PP, kolm faasi (L1 kuni L3) neutraaljuhtmega (N) ja nn kaitsemaandus (PE).
Selles jaotises kasutatakse järgmist diagrammi, mis põhineb Euroopa standardil (IEC 62196-2). See puudutab tüüp 2 pistikut, mida nimetatakse ka Mennekesiks. Diagrammil näeme (vasakult paremale) järgmisi komponente:
- EVSE kontroller: see on laadimisjaama või seinakasti sisseehitatud moodul;
- Laadimispistik: lisaks laadimisvoolule toimub side EVSE kontrolleri ja sõiduki kontrolleri vahel läbi PP ja CP;
- Sõiduki kontroller: sõiduki elektroonika aktiveerib laadimisprotsessi niipea, kui mitmed tingimused on täidetud.
Läheduspiloot:
Läheduspiloodil on kaks funktsiooni: registreerib, kas laadimiskaabel on ühendatud, ja registreerib, millist laadimiskaabli tüüpi on ühendatud, et saaks määrata maksimaalse laadimisvoolu.
Alloleval diagrammil on PP-ahel punaseks värvitud. Siin näeme pingejagurit R1 ja R2 vahel, mis saab toite 5 voltiga. Juhtseade mõõdab pinget R1 ja R2 vahel (selguse huvides on see näidatud voltmeetriga). Takisti R1 toimib tõmbetakistina.
- Kui laadimispistikut pole ühendatud, pole pingejagurit. Takisti R1 ei neela pinget, seega on mõõdetud pinge 5 volti;
- Kui laadimispistik on ühendatud, luuakse jadaühendus. Antud takistuse väärtuste korral mõõdab juhtseade pinget 3,1 volti.
Laadimispistiku takistuse väärtus näitab maksimaalset voolu läbi laadimiskaabli. Need takistuse väärtused on järgmised:
- 100 oomi: maksimaalselt 63 A;
- 220 oomi: maksimaalne 32A;
- 680 oomi: maksimaalselt 20 A;
- 1500 oomi: maksimaalselt 13A.
Näites toodud takistuse väärtus on 220 oomi, mis tähendab, et vool läbi selle laadimiskaabli võib olla maksimaalselt 32 A. Suurem või väiksem takistus tagab erineva pingejaotuse ja seega ka erineva sisendpinge kontrollerile.
Põhja-Ameerika pistikud kuuluvad standardi SAE J1772 alla. See 1. tüüpi laadimispistik erineb Euroopa versioonist:
- Euroopa tüüp 2 pistiku kolmefaasilise vahelduvpinge asemel ühefaasiline vahelduvpinge;
- Käsitsi lukustuskonks. Täiendav pingejaotur võimaldab luua täiendavat ohutust. Niipea kui tuvastatakse, et nuppu on vajutatud, lülitub laadimissüsteem kohe välja.
Allolev diagramm näitab USA versiooni.
Eelkõige pikendab lukustuskonks Proximity Pilot ahelat.
- Pistikus on pingejagur;
- Lüliti S3 on paralleelselt takistiga R7. Puhkeolekus on lüliti suletud ja takistus R7 on sillatud;
- Pistiku eemaldamisel peab juht pistiku sõidukist välja tõmbamiseks kasutama lukustuskonksu. Seda konksu vajutades avaneb S3. Takisti R7 on pingejaguri osa.
ControlPilot:
CP jälgib laadimisprotsessi alates laadimise alustamise nõudest kuni laadimise lõpuni, kui aku on täielikult laetud. CP võimaldab sidet laadimisseadme EVSE kontrolleri ja sõiduki vahel.
- Pärast laadimiskaabli ühendamist laadimisjaamaga rakendab EVSE kontroller laadimispistiku Control Pilot ühendusele pinge 12 volti.
- niipea, kui laadimispistik on sõidukiga ühendatud, langeb pinge R9 ja R3 vahelise pingejagaja tõttu ligikaudu 4 voltini;
- Kontroller mõõdab sissetulevat pinget ST2 (Schmitt trigger) kaudu.
Vooluvool ühendatud laadimiskaabliga on tähistatud punasega.
- Pärast 9 volti registreerimist lülitab EVSE kontroller relee K2 pingesse. 12-voldise toiteallika asemel on vooluringis ostsillaator;
- ostsillaator tekitab nelinurkse pinge vahemikus -12 kuni +12 volti;
- diood tagab, et CP-ühenduse pinge muutub vahemikus +9 kuni -12 volti;
- Kui PWM-signaalis on töötsükkel, näitab EVSE kontroller maksimaalset laadimisvoolu, mida sõiduk võib tarbida.
Pärast PWM-signaali loomist lülitab sõiduki kontroller sisse relee K1, kui sõiduk on laadimise alustamiseks valmis.
- Relee K1 lülitab takisti R5 maandusele;
- tänu paralleelühendusele R4 ja R5 vahel langeb PWM-signaali positiivne impulss 6 voltini;
- Pinget 6 volti mõõdab EVSE kontroller laadimisseadmes ja ühendab nüüd toiteallika laadimiskaabliga aku laadimiseks.
Allolev pilt näitab juhtpiloodi signaali, mis näitab pinge arengut ajas. Seda pingeprofiili saab mõõta laadimispistiku juhtpiloodi ühenduses, kui see on ühendatud.
- Olek A: Sõidukiga pole ühendust. Kuni laadimiskaablit pole ühendatud, jääb pinge 12 volti;
- Olek B: elektrisõiduk on ühendatud. Relee K2 on pinge all. Pinge langeb ahelas oleva dioodi tõttu 9 voltini;
- Olek C: relee K1 on pingestatud. See on laadimisseadme signaal laadimisprotsessi alustamiseks.
Olekud D ja E näitavad, millal on vaja ventilatsiooni või laadimisprotsessi lõpetamiseks toimingut, kuna tuvastati viga.
Elektrivõrk:
Jaotises "Laadimisvalikud" kuvati režiimid 1 kuni 4. Saate valida, kas soovite sõidukit kodus laadida kodulaadija, seinakasti, laadimisjaama või kiirlaadija kaudu maanteel. Kodune laadimine oma laadimisseadme kaudu on muutumas üha populaarsemaks. Kodulaadija saab ühendada lihtsalt pistikupessa, kuid võimalikult lühikese laadimisaja saavutamiseks suurema laadimisvooluga saab jaotuskasti reguleerides ühendada oma seinakarbi. Kõigepealt vaatleme mõisteid: 1- ja 3-faasiline vahelduvvool.
1-faasilise ühenduse korral näeme "standardset" kolme südamikuga elektrikaablit:
- pruun: faasijuhe;
- sinine: nulljuhe;
- kollane/roheline: maandusjuhe.
1-faasilise laadimisjaama või seinakasti puhul liigub elekter läbi kahe juhtme (faasijuhe ja nulljuhe).
1-faasiline seinakast või laadimisjaam kasutab tavalist koduelektroonika 230 V ühendust. Maksimaalne võimsus on 16 A, mis viib 1-faasilise laadija maksimaalseks laadimisvõimsuseks 3,7 kW. 60 kW akupaketti laetakse selle laadimisvõimsusega ligikaudu 16 tunniga, mis võtab suhteliselt kaua aega. Enamik uusi elektriautosid on suurema võimsusega.
Koduelektroonika jaotuskarbis on võimalik suurendada maksimaalset voolutugevust, et 32 A 1-faasilise laadija jaoks oleks rohkem mahtu. Sel juhul saab laadida maksimaalselt 7,4 kW. 1-faasilise laadija puhul on aga võimalus, et jaotuskarp saab ülekoormatud, mille tulemuseks on voolukatkestus. Lisaks laadimisjaamale on rohkem elektrivõrku kasutavaid elektriseadmeid, sealhulgas pesumasin, nõudepesumasin, pliidiplaat ja soojuspump. Koormuse tasakaalustamise abil saab maksimaalset võimsust ära kasutada:
- Päevasel ajal on suur võimalus kasutada mitmeid elektriseadmeid. Sõiduki laadimisvool väheneb;
- Enamik seadmeid lülitatakse öösel välja, et sõidukil oleks rohkem laadimisvõimsust.
Kiiremaks laadimiseks on võimalik ühendada laadimisjaam või wallbox 3-faasilise ühenduse kaudu jaotuskastiga. See ei pea tingimata olema vooluvoog. 3-faasilise ühenduse korral näeme kahte lisajuhet:
- must: lisafaasijuhe;
- hall: lisafaasijuhe.
3-faasilise laadimisjaama puhul liigub elekter läbi nelja juhtme (kolmefaasiline juhe ja nulljuhe).
Laadimisjaama või seinakarbi laadimisvõimsus 3-faasilisel ühendusel on suurem kui 1-faasilisel ühendusel, mis tähendab, et sõiduk laeb kiiremini. Sõiduki maksimaalset laadimisvoolu ei ületata kunagi. Mõned sõidukid sobivad ainult kuni 3,7 kW laadimiseks. Siis pole mõtet 3-faasilist ühendust luua. Sõidukid võivad sobida ka 7,4 või 11 kW võimsusega: võimsust (3 * 16 A) tasub tõsta jaotuskarbist.
Vanemates majades näeme sageli 1-faasilist ühendust (kuni 35 A) jaotuskarbis. Kõik kolm faasi on olemas, kuid ainult üks on ühendatud.
Jaotuskarbi saab muuta nii, et kasutatakse kõiki kolme faasi. Uuemad majad, kus jaotuskarp on ette valmistatud rohkematele elektritarbijatele (näiteks päikesepaneelid, induktsioonpliit ja soojuspump), saab juba tarnimisest alates varustada 3-faasilise ühendusega. Sel juhul on elektriarvesti kirjas “3×220/230V või 3×380/400 volti”. Jaotuskarbi põhjast tuleb kokku ka neli juhet – kolm faasijuhet ja nulljuhe. Olenevalt jaotuskarbist on grupp kaitstud kuni 1x25A, 1x30A või 1,35A. Mida suurem on märgitud voolutugevus, seda rohkem voolu saab korraga kasutada.
Alloleval pildil on viis olukorda alates 1-faasilisest kuni 3-faasilise ühenduseni jaotuskarbis ning 1- või 3-faasilise laadija kasutamist.
1 faas: Hädalaadijaga saad laadida sõidukit pistikupesa kaudu. Wallboxiga saab 1-faasiline grupp laadida kuni 16A ilma koormuse tasakaalustamiseta ja 32A koos koormuse tasakaalustamisega. 32A saab saavutada ainult siis, kui majas ei ole aktiivseid teisi tarbijaid.
Kuni 7,4 kW võimsusel on võimalik 1-faasiline koormuse tasakaalustamisega võrk. Kui kasutate kodus mitut suure tarbimisega elektriseadet, sealhulgas pesumasinat/kuivatit, nõudepesumasinat ja soojuspumpa, väheneb võimsus, et kaitsta ülekoormuse eest. Praktikas tähendab see, et võimsus võib väheneda lausa 50%. Seetõttu on 1-faasilt 3-faasiline ümberlülitamine mõistlik.
3 faas: Kui samal ajal nõutakse liiga palju voolu, võib see põhjustada ülekoormust ja käivitada kaitse, põhjustades elektrikatkestuse. Seetõttu on oluline, et võrk suudaks varustada piisavalt elektrit. 3-faasilise ühendusega saab samaaegselt anda rohkem voolu. 3 faasirühma on standardselt kaitstud kuni 25A.
- 11 kW: vajalik arvestikapi tugevdamine. Reguleerimine 1 faasilt 3 faasile on piisav;
- 22 kW: lisaks reguleerimisele 1 faasilt 3 faasile on vaja suurendada 35A.
Reguleerimine 22 kW-le ja 35A-le ei paku eraisikutele erilist huvi. Seoses tõusuga tuleb tasuda täiendavalt 1000 € aastas püsitasusid. Iga raskema sammu (3x63A või 3x80A) eest tuleb tasuda lisatasu. Lisaks ei sobi paljud elektrisõidukid (veel) nii suure vahelduvvooluga laadimiseks:
Eeldatakse, et lähiaastatel suureneb nende sõidukite arv, mis suudavad vahelduvvooluga laadida 22 kW.
