Viðfangsefni:
- Inngangur
- Hleðslutengi og tengingar
- Rafræn ökutækjabúnaður (EVSE)
- Hleðsluvalkostir
- Hleðslutímar
- Verð til að hlaða
- Samskipti milli hleðslustöðvar og farartækis
- Nálægðarflugmaður
- Control Pilot
- Rafmagnsnet
Kynning:
Hægt er að hlaða rafhlöður rafbíla eða tengitvinnbíla með ytri hleðsluaðstöðu. Hægt er að tengja bílinn með hleðslusnúru við almenna hleðslustöð, almenna hleðslustöð eða eigin veggbox (á ytri framhliðinni eða í bílskúrnum) til að hlaða rafhlöðuna í gegnum rafmagnskerfið. Það er líka oft farsímahleðslutæki í boði sem gerir þér kleift að hlaða í gegnum vegginnstunguna, en mælt er með því að nota þetta hleðslutæki eingöngu í neyðartilvikum.
Eftirfarandi mynd sýnir hleðslu rafbíls. Á hlið ökutækisins er loki sem lítur mjög út og bensínloki á bíl með brunavél. Fyrir aftan flipann finnum við innstunguna sem hægt er að stinga hleðslutenginu í.
Límmiðinn í flipanum gefur til kynna hvaða litur ljósdíóðan við hliðina á klónni kviknar í ákveðnu ástandi.
Hleðslutengi og tengingar:
Hleðslutengi og tengingar eru staðlaðar í Evrópu. Við notum Mennekes (tegund 2) fyrir AC hleðslu (riðstraum) og CCS2 kló fyrir DC hleðslu (jafnstraum).
Eftirfarandi mynd sýnir samsetta Mennekes Type 2 með CSS2 hleðslutengjum. Þessi kló gerir það mögulegt að hlaða (hratt) með jafnstraumi.
Myndin hér að neðan sýnir innstungurnar sem notaðar eru í öðrum heimshlutum. Gerður er greinarmunur á AC og DC, þar sem DC afbrigðið er oft framlenging á AC tenginu.
Rafræn ökutækjabúnaður (EVSE):
Almenn hleðsluaðstaða er alltaf búin tengi við EVSE (Electronic Vehicle Supply Equipment). Þetta tryggir öryggi og samskipti. Aðgerðir EVSE eru meðal annars:
- Athugun á tengingum: eftir að hafa staðfest að allar innstungur séu tengdar og læstar, byrjar hleðsluhamur;
- Sjálfsgreining: þegar villur uppgötvast er rafmagnsspennan rofin;
- Lekastraumsgreining: rafveitan er rofin ef einhvers konar lekastraumur er;
- Straumstýring: hefur samskipti við innbyggða hleðslutækið í bílnum með því að nota PWM merki til að takmarka strauminn.
Hleðsluvalkostir:
Við hleðslu með riðstraumi (AC) breytist rafmagni frá rafmagnsneti í bílnum í jafnstraum (DC). Ókosturinn við AC hleðslu er að mikil hætta er á örvunarfyrirbæri og tapi vegna leiðaraviðnáms. Umbreyting úr AC í DC á sér einnig stað í bílnum áður en orkan nær rafhlöðunni sem takmarkar hleðslustrauminn.
Jafnstraumshleðsla (DC) gerir „ofur“ hraðhleðslu kleift. AC/DC umbreyting á sér ekki lengur stað í hleðslutækinu um borð heldur utan ökutækisins. Það er því hægt að hlaða rafhlöðuna með meiri hleðslugetu og fyllist því hraðar. Þetta er tilvalið til að hlaða í kaffitíma meðfram þjóðveginum það sem eftir er ferðarinnar.
Hægt er að skipta leiðum og hraða sem hægt er að hlaða ökutæki í fjórar mismunandi stillingar. Stillingar 1, 2, 3 og 4 gefa til kynna hvernig ökutækið er tengt við rafmagnstengi.
- Háttur 1: hleðsla fer beint í gegnum rafmagnsnet heimilistengingar. Í ökutækinu er spennunni breytt úr AC (riðstraumi) í DC (jafnstraum). Hleðslubúnaðurinn veitir öryggi vegna þess að það er engin straumtakmörkun eða endurgjöf frá ökutækinu í innstunguna. Þessi hleðsluaðferð er sjaldan notuð, þar sem hætta er á hættu og galla, og er því bönnuð í mörgum löndum.
- Stilling 2: eins og í stillingu 1 er vegginnstunga hústengis notuð og hleðslustraumur takmarkaður við 16 A með eignir af 3,68 kW. Hins vegar, til að koma í veg fyrir ofhleðslu, er aflið í gegnum hleðslusnúrurnar venjulega takmarkað við 2,3 kW (u.þ.b. 10 A). Með hleðslustillingu 2 er hleðslustöðin hönnuð sem farsímahleðslutæki sem hægt er að taka með. Í ökutækinu breytir hleðslutækið um borð AC í DC.
- Hlutur 3: Hleðsla notar fasta hleðslustöð eða veggbox, sem, rétt eins og í ham 2, er tengd við raforkukerfi byggingar. Mode 3 hleðslutækið hentar fyrir AC hleðslu og fyrir afl frá 3,68 til 22 kW. Enn og aftur er AC breytt í DC í rafeindatækni ökutækisins.
- Stilling 4: Á meðan hleðsluhamur 1 til 3 notar riðstraum og honum verður að breyta í jafnstraum í ökutækinu, með hleðslustillingu 4 fer umbreytingin frá riðstraumi í jafnstraum fram í hleðslustöðinni sjálfri. Jafnstraumurinn er veittur beint í rafhlöðupakkann. Þetta er þekkt sem DC hleðsla eða hraðhleðsla. Jafnstraumhleðslustöð fyrir hleðslustillingu 4 þarf innspennu sem er að minnsta kosti 480 volt og skilar afli upp á 43 kW.
Hleðslutími:
Hægt er að ákvarða hleðslutíma tvinnbíla og rafbíla af getu rafhlöðunnar á að deila með afhentri upphæð eignir frá hleðslutækinu.
Tiltækt hleðsluafl ræðst ekki aðeins af gerð hleðslutækis og hleðslusnúru, heldur einnig af hámarks hleðsluafli sem rafeindabúnaður ökutækisins hentar fyrir. Nýir lúxusbílar fá í auknum mæli stærri rafhlöður með meiri afkastagetu fyrir meiri drægni, en vegna þess að hleðslugetan eykst getur það jafnvel þýtt að hleðslutíminn styttist. Sem dæmi tökum við VW e-Golf (32 kWst) samanborið við Mercedes EQS jeppa 500 (108,4 kWst). Ekki geta öll ökutæki hlaðið allt að 100% með DC. DC hleðsla hættir við 80%. Síðustu 20% fara með minni hleðslugetu í gegnum AC. Þetta er til að vernda HV rafhlöðuna.
VW e-Golf (32 kWst)
AC hleðsla:
Með hleðslutengi af tegund 2 er hægt að hlaða rafhlöðupakkann með straumlínu. Hámarks hleðsluafl hleðslutækisins um borð er 3,7 kW. Þegar rafhlöðupakkinn er hlaðinn úr 20% í gegnum hleðslustöð (hamur 3) tekur þetta um það bil 7 klukkustundir. Skýring: 80% (hleðsla) af 32 kWh = 25,6 kWh. Við reiknum út hleðslutímann með því að deila nauðsynlegu afli með afhentu afli: (25,6 / 3,68) = 6,96 klukkustundir (6 klukkustundir og 58 mínútur).
Þegar hleðsla er í gegnum innstunguna (hamur 2) er aflið takmarkað við 2,3 kW og hleðslutíminn er 11,13 klst (11 klst og 8 mínútur).
DC hleðsla:
Við hraðhleðslu með jafnstraumi með 44 kW afli er rafhlaðan fullhlaðin eftir 0,58 klukkustundir (35 mínútur).
Mercedes EQS jeppi 500 4MATIC (108,4 kWst)
AC hleðsla:
Með hleðslutengi af tegund 2 er hægt að hlaða rafhlöðupakkann með straumlínu. Hámarks hleðsluafl hleðslutækisins um borð er 11 kW. Enn og aftur gerum við ráð fyrir að við munum rukka frá 20%. Aflið sem hleðslutækið á að veita er 86,72 kW. Þegar hleðsla er í gegnum hleðslustöðina er hleðslutíminn 7,88 klukkustundir (7 klukkustundir og 53 mínútur).
DC hleðsla:
Með stillingu 4 er hægt að hlaða allt að 207 kW. Hleðslutíminn er: (86,72 / 207) = 0,42 klukkustundir (25 mínútur).
Verð til að hlaða:
Það eru margar veitendur hleðslukorta. Ýmsar vefsíður bjóða upp á yfirlit yfir verð. Í þessum kafla er gert ráð fyrir orkutöxtum sem giltu í mars 2023 og tökum ekki tillit til áskriftargjalda eða upphafsgjalda á hverja hleðslulotu, heldur eingöngu orkuverðs.
- Holland AC € 0,60/kWh
- Holland DC 0,85 €/kWst
- Belgía og Lúxemborg 0,65 evrur/kWst
- Evrópa: AC € 0,51/kWh
- Evrópa: DC 0,87 €/kWst
Í dæmunum um VW e-Golf og Mercedes EQS reiknum við út hleðsluverð út frá hleðslugetu og því að við byrjum að hlaða frá 20% bili.
- VW e-Golf: Miðað við 25,6 kW hleðsluafl kostar hann 15,36 evrur fyrir AC hleðslu í Hollandi og 21,76 evrur fyrir DC hleðslu. Heildardrægni: 190 km.
- Mercedes EQS: með hleðslugetuna 86,72 kW kostar það 52 evrur í Hollandi fyrir AC hleðslu og 73,70 evrur fyrir DC hleðslu. Drægni er um 485 km.
Samskipti milli hleðslustöðvar og ökutækis:
Hleðsluviðmótseiningin veitir samskipti milli hleðslustöðvarinnar og ökutækisins. Svokallaður „Proximity Pilot“ og „Control Pilot“, skammstafað sem „PP“ og „CP“ gefa til kynna að hleðslutengi sé tengdur og ákvarða hversu mikill hleðslustraumur er leyfilegur. Næstu tvær málsgreinar útskýra rekstur PP og CP.
Á myndinni sjáum við CP og PP í American Type 1 (vinstri) og European Type 2 Mennekes klónni (hægri), bæði ásamt DC hleðslutenginu. Við einbeitum okkur að réttu innstungunni með CP, PP, þrem fasum (L1 til L3) með hlutlausum vír (N) og svokallaðri hlífðarjörð (PE).
Þessi hluti notar eftirfarandi skýringarmynd, sem er byggð á evrópska staðlinum (IEC 62196-2). Þetta varðar Type 2 tengið, einnig kallað Mennekes. Í skýringarmyndinni sjáum við (frá vinstri til hægri) eftirfarandi þætti:
- EVSE stjórnandi: þetta er einingin sem er innbyggð í hleðslustöðina eða veggboxið;
- Hleðslutengi: auk hleðslustraumsins fara samskipti fram á milli EVSE stjórnandans og ökutækisstýringarinnar í gegnum PP og CP;
- Ökutækisstýring: rafeindabúnaðurinn í ökutækinu virkjar hleðsluferlið um leið og nokkrum skilyrðum er fullnægt.
Nálægðarflugmaður:
Nálægðarflugmaðurinn hefur tvær aðgerðir: að skrá hvort hleðslusnúra sé tengdur og skrá hvers konar hleðslusnúru er tengdur þannig að hægt sé að ákvarða hámarks hleðslustraum.
Á myndinni hér að neðan er PP hringrásin rauð. Hér sjáum við spennuskil milli R1 og R2, sem er knúinn af 5 voltum. Stýribúnaðurinn mælir spennuna á milli R1 og R2 (þetta er gefið til kynna með spennumæli til glöggvunar). Viðnám R1 þjónar sem uppdráttarviðnám.
- Ef engin hleðslutengi er tengdur er engin spennuskil. Viðnám R1 gleypir enga spennu, þannig að mæld spenna er 5 volt;
- Þegar hleðslutengið er tengt myndast raðtenging. Með tilgreindum viðnámsgildum mun stjórneiningin mæla spennu upp á 3,1 volt.
Viðnámsgildið í hleðslutenginu gefur til kynna hámarksstraum í gegnum hleðslusnúruna. Þessi viðnámsgildi eru sem hér segir:
- 100 ohm: hámark 63 A;
- 220 ohm: hámark 32A;
- 680 ohm: hámark 20 A;
- 1500 ohm: hámark 13A.
Viðnámsgildið í dæminu er 220 ohm, sem þýðir að straumurinn í gegnum þessa hleðslusnúru má að hámarki vera 32 A. Hærri eða lægri viðnám tryggir aðra spennuskiptingu og því aðra innspennu fyrir stjórnandann.
Norður-Ameríku tengin falla undir staðalinn: SAE J1772. Þessi tegund 1 hleðslutengi er frábrugðin evrópsku útgáfunni:
- Einfasa riðspenna í stað þriggja fasa riðspennu í evrópsku tegund 2 klútnum;
- Handvirkur læsiskrókur. Auka spennuskilin gerir það mögulegt að byggja inn aukið öryggi. Um leið og viðurkennt er að ýtt hefur verið á hnappinn slokknar strax á hleðslukerfinu.
Myndin hér að neðan sýnir bandarísku útgáfuna.
Sérstaklega lengir læsiskrókurinn út Proximity Pilot hringrásina.
- Það er spennuskil í tenginu;
- Rofi S3 er samhliða viðnám R7. Þegar hann er í hvíld er rofinn lokaður og viðnám R7 er brúað;
- Þegar tappinn er fjarlægður verður ökumaður að stjórna læsiskróknum til að draga tappann úr ökutækinu. Þegar ýtt er á þennan krók opnast S3. Viðnám R7 er hluti af spennuskilanum.
ControlPilot:
CP fylgist með hleðsluferlinu frá beiðni um að hefja hleðslu þar til hleðslu lýkur þegar rafhlaðan er fullhlaðin. CP gerir samskipti milli EVSE stjórnanda í hleðsluaðstöðunni og ökutækisins.
- Eftir að hleðslusnúran hefur verið tengd við hleðslustöðina setur EVSE stjórnandi 12 volta spennu á Control Pilot tengingu hleðslutengsins.
- um leið og hleðslutengi er tengdur við ökutækið, lækkar spennan í um það bil 9 volt vegna spennuskilsins milli R3 og R4;
- Stýringin mælir innkomandi spennu í gegnum ST2 (Schmitt trigger).
Straumflæði með tengdri hleðslusnúru er merkt með rauðu.
- Eftir að 9 volt hafa verið skráð kveikir EVSE stjórnandi gengi K2. Í stað 12 volta aflgjafans er oscillator innifalinn í hringrásinni;
- oscillator framleiðir ferhyrningsbylgjuspennu frá -12 til +12 volt;
- díóðan tryggir að spennan á CP tenginu breytist á milli +9 og -12 volta;
- Með vinnulotunni í PWM merkinu gefur EVSE stjórnandi til kynna hámarks hleðslustraum sem ökutækið getur eytt.
Eftir að PWM merkið hefur verið komið á kveikir stjórnandi ökutækis á gengi K1 þegar ökutækið er tilbúið til að hefja hleðslu.
- Relay K1 skiptir viðnám R5 í jörð;
- vegna samhliða tengingar milli R4 og R5, lækkar jákvæður púls PWM merkisins í 6 volt;
- 6 volta spennan er mæld af EVSE stjórnandi í hleðslutækinu og tengir nú aflgjafa við hleðslusnúruna til að hlaða rafhlöðuna.
Myndin hér að neðan sýnir merki frá stjórnflugmanninum, sem sýnir spennuþróun á móti tíma. Þetta spennusnið er hægt að mæla við Control Pilot tengingu hleðslutengsins á meðan hún er tengd.
- Staða A: Engin tenging er við ökutækið. Svo lengi sem engin hleðslusnúra er tengd er spennan áfram 12 volt;
- Staða B: Rafmagns ökutæki er tengt. Relay K2 er virkjað. Spennan lækkar í 9 volt vegna díóðunnar í hringrásinni;
- Staða C: Relay K1 er virkjað. Þetta er „merki“ fyrir hleðslueininguna til að hefja hleðsluferlið.
Staða D og E gefa til kynna hvenær aðgerða er nauðsynleg fyrir loftræstingu, eða til að ljúka hleðsluferlinu vegna þess að villa hefur fundist.
Rafmagnsnet:
Í hlutanum „hleðsluvalkostir“ voru stillingar 1 til 4 sýndar. Þú getur valið að hlaða ökutækið heima í gegnum hleðslutækið, veggboxið, hleðslustöðina eða með hraðhleðslutæki meðfram þjóðveginum. Sérstaklega verður sífellt vinsælli að hlaða heima í gegnum eigin hleðsluaðstöðu. Heimilishleðslutæki er einfaldlega hægt að tengja við innstungu en til að ná sem stystum hleðslutíma með meiri hleðslustraumi er hægt að tengja eigin veggbox með því að stilla dreifiboxið. Fyrst skoðum við hugtökin: 1- og 3-fasa riðstraumur.
Með 1-fasa tengingu sjáum við „venjulegan“ rafmagnssnúru með þremur kjarna:
- brúnn: fasa vír;
- blár: hlutlaus vír;
- gulur/grænn: jarðvír.
Með 1-fasa hleðslustöð eða veggboxi flæðir rafmagnið í gegnum tvo víra (fasavírinn og hlutlausa vírinn).
Einfasa veggbox eða hleðslustöð notar staðlaða 1 V tengingu heimilisraftækjanna. Hámarksafl er 230 A, sem færir hámarks hleðsluafl einfasa hleðslutækis í 16 kW. 1 kW rafhlaða pakki er hlaðinn á um það bil 3,7 klukkustundum með þessari hleðslugetu, sem tekur tiltölulega langan tíma. Flestir nýir rafbílar hafa meiri afkastagetu.
Hægt er að auka hámarksstraum í dreifibox heimilisraftækja, þannig að meira rými sé fyrir 32 A 1-fasa hleðslutæki. Í því tilviki má hlaða að hámarki 7,4 kW. Hins vegar, með 1-fasa hleðslutæki er möguleiki á að dreifiboxið verði ofhlaðinn, sem leiðir til rafmagnsleysis. Auk hleðslustöðvar eru fleiri rafmagnstæki sem nýta rafmagnskerfið, þar á meðal þvottavél, uppþvottavél, helluborð og varmadæla. Með hjálp álagsjafnvægis er hægt að nýta hámarksgetu:
- Á daginn eru góðar líkur á að nokkur rafmagnstæki séu notuð. Hleðslustraumur ökutækisins minnkar;
- Slökkt er á flestum tækjum á nóttunni, þannig að ökutækið hefur meiri hleðslugetu.
Til að hlaða hraðar er hægt að tengja hleðslustöðina eða veggboxið við dreifiboxið í gegnum 3 fasa tengingu. Þetta þarf ekki endilega að vera orkuflæði. Með 3-fasa tengingu sjáum við tvo auka víra:
- svartur: auka fasa vír;
- grár: auka fasa vír.
Með 3 fasa hleðslustöð flæðir rafmagnið í gegnum fjóra víra (þriggja fasa vírinn og hlutlausa vírinn).
Hleðslugeta hleðslustöðvar eða veggkassa á 3-fasa tengi er meiri en með 1-fasa tengi, sem þýðir að ökutækið hleðst hraðar. Aldrei er farið yfir hámarks hleðslustraum ökutækisins. Sum farartæki henta aðeins til að hlaða allt að 3,7 kW. Það er þá ekkert vit í að búa til 3-fasa tengingu. Ökutæki geta einnig hentað fyrir 7,4 eða 11 kW: það er þess virði að auka afkastagetu (3 * 16 A) frá dreifiboxinu.
Í eldri húsum sjáum við oft 1-fasa tengingu (allt að 35 A) í dreifiboxinu. Allir þrír fasarnir eru til staðar, en aðeins einn er tengdur.
Hægt er að breyta dreifiboxinu þannig að allir þrír fasarnir séu notaðir. Nú þegar er hægt að útbúa nýrri hús, þar sem dreifiboxið er útbúið fyrir fleiri rafnotendur (svo sem sólarrafhlöður, innleiðsluhelluborð og varmadæla), með 3 fasa tengingu frá afhendingu. Í því tilviki segir rafmagnsmælirinn „3×220/230V eða 3×380/400 volt“. Það eru líka alls fjórir vírar - þriggja fasa vírarnir og hlutlausi vírinn - sem koma frá botni dreifiboxsins. Það fer eftir dreifiboxinu, hópurinn er varinn allt að 1x25A, 1x30A eða 1,35A. Því hærra sem uppgefinn straummagn er, því meiri straum er hægt að nota á sama tíma.
Myndin hér að neðan sýnir fimm aðstæður frá 1-fasa til 3-fasa tengingu í dreifiboxi og notkun á 1-fasa eða 3-fasa hleðslutæki.
1 áfangi: Með neyðarhleðslutækinu geturðu hlaðið ökutækið í gegnum innstunguna. Með veggkassa getur 1-fasa hópur hlaðið allt að 16A án álagsjafnvægis og 32A með álagsjafnvægi. 32A er aðeins hægt að ná þegar engir aðrir neytendur eru virkir í húsinu.
Fyrir afl allt að 7,4 kW er 1-fasa net með álagsjöfnun mögulegt. Þegar notuð eru mörg rafmagnstæki með mikilli notkun á heimilinu, þar á meðal þvottavél/þurrkara, uppþvottavél og varmadælu, minnkar aflið til að verjast ofhleðslu. Í reynd þýðir þetta að krafturinn getur minnkað um allt að 50%. Skiptingin úr 1 í 3 fasa er því skynsamleg.
3 áfangi: Ef beðið er um of mikið afl á sama tíma getur það valdið ofhleðslu og kveikt á vörninni sem veldur rafmagnsleysi. Því er mikilvægt að netið geti séð fyrir nægu rafmagni. Með 3-fasa tengingu er hægt að veita meiri straum samtímis. 3 fasa hóparnir eru verndaðir upp að 25A sem staðalbúnaður.
- 11 kW: styrking á mælaskáp er nauðsynleg. Aðlögunin frá 1 fasa í 3 fasa er nægjanleg;
- 22 kW: til viðbótar við aðlögun frá 1 fasa í 3 fasa þarf aukningu um 35A.
Aðlögunin á 22 kW og 35A er varla áhugaverð fyrir einkaaðila. Vegna hækkunarinnar þarf að greiða 1000 evrur til viðbótar árgjalda. Fyrir hvert þyngra þrep (3x63A eða 3x80A) þarf að greiða aukagjald. Að auki eru mörg rafknúin farartæki ekki (enn) hentug til að hlaða með svo miklum riðstraumum:
Gert er ráð fyrir að ökutækjum sem geta hlaðið 22 kW á AC muni fjölga á næstu árum.
