Temos:
- Įvadas
- Įkrovimo kištukai ir jungtys
- Elektroninė transporto priemonių tiekimo įranga (EVSE)
- Įkrovimo parinktys
- Įkrovimo laikas
- Kainos įkelti
- Ryšys tarp įkrovimo stoties ir automobilio
- Artumo pilotas
- Valdymo pilotas
- Elektros tinklas
Įvadas:
Elektromobilių ar įkraunamų hibridų baterijas galima įkrauti naudojant išorines įkrovimo priemones. Galite prijungti automobilį įkrovimo kabeliu prie viešosios įkrovimo stotelės, viešosios įkrovimo stotelės arba privačios sieninės dėžės (išoriniame fasade arba garaže), kad akumuliatorių įkrautumėte per elektros tinklą. Taip pat dažnai yra mobilusis įkroviklis, leidžiantis įkrauti per sieninį lizdą, tačiau šį įkroviklį rekomenduojama naudoti tik kritiniais atvejais.
Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas elektromobilio įkrovimas. Transporto priemonės šone yra sklendė, kuri atrodo labai panaši į automobilio su vidaus degimo varikliu kuro dangtelį. Už sklendės randame kištuką, į kurį galima įkišti įkrovimo kištuką.
Atvarte esantis lipdukas nurodo, kokios spalvos šviesos diodas šalia kištuko užsidegs tam tikroje būsenoje.
Įkrovimo kištukai ir jungtys:
Įkrovimo kištukai ir jungtys yra standartizuoti Europoje. Mes naudojame Mennekes (2 tipas) kintamajai srovei (kintamajai srovei) ir CCS2 kištuką nuolatinei srovei (nuolatinei srovei).
Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas kombinuotas Mennekes Type 2 su CSS2 įkrovimo kištukais. Šis kištukas leidžia (greitai) įkrauti nuolatine srove.
Žemiau esančiame paveikslėlyje pavaizduoti kištukai, naudojami kitose pasaulio vietose. Skiriamas kintamoji ir nuolatinė srovė, o nuolatinės srovės variantas dažnai yra kintamosios srovės jungties pratęsimas.
Elektroninė transporto priemonių tiekimo įranga (EVSE):
Viešosiose įkrovimo vietose visada yra sąsaja su EVSE (elektroninė transporto priemonių tiekimo įranga). Tai užtikrina saugumą ir bendravimą. EVSE funkcijos apima:
- Jungčių tikrinimas: patvirtinus, kad visi kištukai prijungti ir užrakinti, pradedamas įkrovimo režimas;
- Savidiagnostika: nustačius klaidas, nutrūksta elektros tiekimas;
- Srovės nuotėkio aptikimas: elektros tiekimas nutrūksta bet kokios formos nuotėkio srovės atveju;
- Srovės valdymas: palaiko ryšį su automobilyje esančiu įkrovikliu, naudodamas PWM signalą, kad apribotų srovę.
Įkrovimo parinktys:
Įkraunant kintamąja srove (AC), elektra iš elektros tinklo automobilyje paverčiama nuolatine srove (DC). Kintamosios srovės įkrovimo trūkumas yra tai, kad dėl laidininko varžos kyla didelė indukcijos reiškinių ir nuostolių rizika. Konvertavimas iš kintamosios srovės į DC taip pat vyksta automobilyje, kol energija pasiekia akumuliatorių, o tai riboja įkrovimo srovę.
Nuolatinės srovės (DC) įkrovimas leidžia „super greitai“ įkrauti. Kintamosios srovės/nuolatinės srovės konvertavimas vyksta ne įmontuotame įkroviklyje, o už transporto priemonės ribų. Todėl akumuliatorių galima įkrauti didesne įkrovimo talpa, todėl jis greičiau išsikrauna. Tai idealiai tinka įkrauti per kavos pertraukėlę greitkelyje likusiai kelionės daliai.
Transporto priemonės pakrovimo būdus ir greitį galima suskirstyti į keturis skirtingus režimus. 1, 2, 3 ir 4 režimai rodo, kaip transporto priemonė prijungta prie maitinimo taško.
- 1 režimas: įkrovimas vyksta tiesiogiai per buitinės jungties elektros tinklą. Transporto priemonėje įtampa konvertuojama iš kintamosios srovės į DC (nuolatinę srovę). Įkrovimo įrenginys užtikrina saugumą, nes nėra srovės apribojimo ar grįžtamojo ryšio iš transporto priemonės į lizdą. Šis krovimo būdas retai naudojamas, nes kyla pavojaus ir defektų rizika, todėl daugelyje šalių draudžiamas.
- 2 režimas: kaip ir 1 režime, naudojamas namo jungties sieninis lizdas, o įkrovimo srovė ribojama iki 16 A su galia 3,68 kW. Tačiau norint išvengti perkrovos, galia per įkrovimo laidus paprastai ribojama iki 2,3 kW (apie 10 A). Naudojant 2 įkrovimo režimą, įkrovimo stotelė sukurta kaip mobilus įkroviklis, kurį galima pasiimti su savimi. Transporto priemonėje integruotas įkroviklis konvertuoja kintamąją srovę į nuolatinę srovę.
- 3 režimas: įkrovimui naudojama stacionari įkrovimo stotelė arba sieninė dėžė, kuri, kaip ir 2 režimu, yra prijungta prie pastato elektros tinklo. 3 režimo įkroviklis tinka kintamos srovės įkrovimui ir galiai nuo 3,68 iki 22 kW. Dar kartą transporto priemonės galios elektronikoje kintamoji srovė paverčiama nuolatine.
- 4 režimas: 1–3 įkrovimo režimuose naudojama kintamoji srovė, kuri transporto priemonėje turi būti konvertuojama į nuolatinę srovę, o 4 režimu kintamosios srovės keitimas į nuolatinę srovę vyksta pačioje įkrovimo stotyje. Nuolatinė srovė tiekiama tiesiai į akumuliatorių. Tai žinoma kaip nuolatinės srovės įkrovimas arba greitas įkrovimas. Nuolatinės srovės įkrovimo stotelės 4 režimo įkrovimui reikalinga bent 480 voltų įėjimo įtampa ir 43 kW galia.
Įkrovimo laikas:
Hibridinių ir elektrinių transporto priemonių įkrovimo laikas gali būti nustatomas pagal akumuliatoriaus talpa padalyti iš pristatytos sumos galia nuo įkroviklio.
Turimą įkrovimo galią lemia ne tik įkroviklio ir įkrovimo kabelio tipas, bet ir maksimali įkrovimo galia, kuriai tinka transporto priemonėje esanti galios elektronika. Naujuose prabangiuose automobiliuose vis dažniau įgyjami didesni akumuliatoriai, kurių talpa yra didesnė, kad būtų galima pasiekti didesnį atstumą, tačiau dėl didėjančio įkrovimo pajėgumo tai netgi gali reikšti, kad įkrovimo laikas sutrumpėja. Kaip pavyzdį imame VW e-Golf (32 kWh), palyginti su Mercedes EQS SUV 500 (108,4 kWh). Ne visos transporto priemonės gali įkrauti iki 100% nuolatinės srovės. Nuolatinės srovės įkrovimas sustoja ties 80%. Paskutiniai 20% eina su mažesne įkrovimo talpa per kintamą srovę. Taip siekiama apsaugoti HV bateriją.
„VW e-Golf“ (32 kWh)
AC įkrovimas:
Naudojant 2 tipo įkrovimo kištuką, akumuliatorių galima įkrauti per kintamosios srovės tinklą. Didžiausia integruoto įkroviklio įkrovimo galia yra 3,7 kW. Kai akumuliatorius įkraunamas nuo 20% per įkrovimo stotelę (3 režimas), tai užtrunka maždaug 7 valandas. Paaiškinimas: 80% (įkrovimas) iš 32 kWh = 25,6 kWh. Įkrovimo laiką apskaičiuojame dalijant reikiamą galią iš tiektos galios: (25,6 / 3,68) = 6,96 valandos (6 valandos ir 58 minutės).
Įkraunant per lizdą (2 režimas), galia ribojama iki 2,3 kW, o įkrovimo laikas yra 11,13 valandos (11 valandų ir 8 minučių).
DC įkrovimas:
Greitai įkraunant naudojant nuolatinę srovę, kurios galia 44 kW, baterija visiškai įkraunama po 0,58 valandos (35 minučių).
Mercedes EQS SUV 500 4MATIC (108,4 kWh)
AC įkrovimas:
Naudojant 2 tipo įkrovimo kištuką, akumuliatorių galima įkrauti per kintamosios srovės tinklą. Didžiausia integruoto įkroviklio įkrovimo galia yra 11 kW. Dar kartą darome prielaidą, kad apmokestinsime nuo 20 proc. Įkrovimo įrenginio tiekiama galia yra 86,72 kW. Įkraunant per įkrovimo stotelę, įkrovimo laikas yra 7,88 valandos (7 valandos ir 53 minutės).
DC įkrovimas:
4 režimu galima įkrauti iki 207 kW. Įkrovimo laikas yra: (86,72 / 207) = 0,42 valandos (25 minutės).
Įkrovimo kainos:
Yra daug įkrovimo kortelių tiekėjų. Įvairiose svetainėse pateikiamos tarifų apžvalgos. Šioje skiltyje darome prielaidą, kad 2023 m. kovo mėn. galiojo energijos tarifai ir neatsižvelgiama į abonentinius mokesčius ar įkrovimo pradžios tarifus, o tik į energijos kainas.
- Nyderlandai AC 0,60 €/kWh
- Nyderlandai DC 0,85 €/kWh
- Belgija ir Liuksemburgas 0,65 €/kWh
- Europa: AC 0,51 €/kWh
- Europa: DC 0,87 €/kWh
„VW e-Golf“ ir „Mercedes EQS“ pavyzdžiuose įkrovimo kainas skaičiuojame pagal įkrovimo pajėgumą ir tai, kad krausime nuo 20% diapazono.
- „VW e-Golf“: remiantis 25,6 kW įkrovimo galia, Olandijoje už kintamosios srovės įkrovimą kainuoja 15,36 euro, o iš nuolatinės srovės – 21,76 euro. Bendras atstumas: 190 km.
- Mercedes EQS: su 86,72 kW įkrovimo galia Nyderlanduose kainuoja 52 € už kintamosios srovės įkrovimą ir 73,70 € už nuolatinės srovės įkrovimą. Atstumas yra apie 485 km.
Ryšys tarp įkrovimo stoties ir automobilio:
Įkrovimo sąsajos modulis užtikrina ryšį tarp įkrovimo stoties ir automobilio. Vadinamieji „Proximity Pilot“ ir „Control Pilot“, sutrumpintai „PP“ ir „CP“, rodo, kad prijungtas įkrovimo kištukas, ir nustato, kokia leistina įkrovimo srovė. Kitos dvi pastraipos paaiškina PP ir CP veikimą.
Paveikslėlyje matome CP ir PP amerikietiško tipo 1 (kairėje) ir europietiško tipo 2 Mennekes kištukuose (dešinėje), abu kartu su nuolatinės srovės įkrovimo kištuku. Mes sutelkiame dėmesį į dešinįjį kištuką su CP, PP, trimis fazėmis (L1–L3) su neutralia viela (N) ir vadinamuoju apsauginiu įžeminimu (PE).
Šiame skyriuje naudojama ši diagrama, pagrįsta Europos standartu (IEC 62196-2). Tai susiję su 2 tipo jungtimi, dar vadinama Mennekes. Diagramoje matome (iš kairės į dešinę) šiuos komponentus:
- EVSE valdiklis: tai modulis, kuris yra įmontuotas įkrovimo stotelėje arba sieninėje dėžutėje;
- Įkrovimo kištukas: be įkrovimo srovės, per PP ir CP vyksta ryšys tarp EVSE valdiklio ir transporto priemonės valdiklio;
- Transporto priemonės valdiklis: transporto priemonės elektronika suaktyvina įkrovimo procesą, kai tik įvykdomos kelios sąlygos.
Artumo pilotas:
Artumo pilotas turi dvi funkcijas: registruoja, ar prijungtas įkrovimo kabelis, ir registruoti, kokio tipo įkrovimo kabelis yra prijungtas, kad būtų galima nustatyti maksimalią įkrovimo srovę.
Žemiau esančioje diagramoje PP grandinė yra raudona. Čia matome įtampos daliklį tarp R1 ir R2, kuris maitinamas 5 voltais. Valdymo blokas matuoja įtampą tarp R1 ir R2 (aiškumo dėlei tai nurodo voltmetru). Rezistorius R1 tarnauja kaip ištraukiamasis rezistorius.
- Jei nėra prijungtas įkrovimo kištukas, nėra įtampos daliklio. Rezistorius R1 nesugeria jokios įtampos, todėl išmatuota įtampa yra 5 voltai;
- Prijungus įkrovimo kištuką, sukuriama serijinė jungtis. Esant nurodytoms varžos vertėms, valdymo blokas išmatuos 3,1 volto įtampą.
Įkrovimo kištuko varžos vertė rodo didžiausią srovę per įkrovimo kabelį. Šios pasipriešinimo vertės yra šios:
- 100 omų: maksimali 63 A;
- 220 omų: maksimali 32A;
- 680 omų: maksimali 20 A;
- 1500 omų: maksimali 13A.
Atsparumo vertė pavyzdyje yra 220 omų, o tai reiškia, kad srovė per šį įkrovimo kabelį gali būti ne didesnė kaip 32 A. Didesnė ar mažesnė varža užtikrina skirtingą įtampos padalijimą, taigi ir skirtingą valdiklio įėjimo įtampą.
Šiaurės Amerikos jungtys atitinka standartą: SAE J1772. Šis 1 tipo įkrovimo kištukas skiriasi nuo europietiškos versijos:
- Vienfazė kintamoji įtampa, o ne trifazė kintamoji įtampa Europos 2 tipo kištuke;
- Rankinis fiksavimo kabliukas. Papildomas įtampos daliklis leidžia sukurti papildomą saugumą. Kai tik atpažįstama, kad mygtukas buvo paspaustas, įkrovimo sistema iš karto išsijungia.
Žemiau esančioje diagramoje parodyta JAV versija.
Užrakinimo kabliukas ypač praplečia „Proximity Pilot“ grandinę.
- Jungtyje yra įtampos daliklis;
- Jungiklis S3 yra lygiagretus rezistoriumi R7. Ramybės būsenoje jungiklis yra uždarytas, o varža R7 perjungta;
- Ištraukdamas kištuką, vairuotojas turi paspausti fiksavimo kabliuką, kad ištrauktų kištuką iš transporto priemonės. Paspaudus šį kabliuką atsidaro S3. Rezistorius R7 yra įtampos daliklio dalis.
ControlPilot:
CP stebi įkrovimo procesą nuo prašymo pradėti įkrovimą iki įkrovimo pabaigos, kai baterija visiškai įkrauta. CP leidžia palaikyti ryšį tarp EVSE valdiklio įkrovimo įrenginyje ir transporto priemonės.
- Prijungus įkrovimo kabelį prie įkrovimo stoties, EVSE valdiklis įkrovimo kištuko Control Pilot jungčiai įjungia 12 voltų įtampą.
- kai tik įkrovimo kištukas prijungiamas prie transporto priemonės, įtampa nukrenta iki maždaug 9 voltų dėl įtampos daliklio tarp R3 ir R4;
- Valdiklis matuoja įeinančią įtampą per ST2 (Schmitt trigerį).
Srovės srautas su prijungtu įkrovimo kabeliu pažymėtas raudonai.
- Užregistravęs 9 voltus, EVSE valdiklis įjungia relę K2. Vietoj 12 voltų maitinimo šaltinio į grandinę įtrauktas osciliatorius;
- osciliatorius sukuria kvadratinės bangos įtampą nuo -12 iki +12 voltų;
- diodas užtikrina, kad įtampa CP jungtyje pasikeistų nuo +9 iki -12 voltų;
- Kai PWM signale veikia darbo ciklas, EVSE valdiklis nurodo maksimalią įkrovimo srovę, kurią transporto priemonė gali sunaudoti.
Nustačius PWM signalą, transporto priemonės valdiklis įjungia relę K1, kai transporto priemonė yra paruošta pradėti krauti.
- Relė K1 perjungia rezistorių R5 į žemę;
- dėl lygiagrečio ryšio tarp R4 ir R5 teigiamas PWM signalo impulsas sumažėja iki 6 voltų;
- 6 voltų įtampą matuoja EVSE valdiklis įkrovimo įrenginyje ir dabar jungia maitinimo šaltinį prie įkrovimo kabelio, kad įkrautų akumuliatorių.
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas valdymo piloto signalas, rodantis įtampos raidą laiko atžvilgiu. Šį įtampos profilį galima išmatuoti prie įkrovimo kištuko Control Pilot jungties, kai jis yra prijungtas.
- A būsena: nėra ryšio su transporto priemone. Kol neprijungtas įkrovimo laidas, įtampa išlieka 12 voltų;
- B būsena: elektrinė transporto priemonė prijungta. Relė K2 įjungta. Įtampa nukrenta iki 9 voltų dėl grandinėje esančio diodo;
- C būsena: relė K1 įjungta. Tai yra įkrovimo įrenginio „signalas“, kad būtų pradėtas įkrovimo procesas.
Būsenos D ir E nurodo, kada reikia imtis veiksmų vėdinimui arba įkrovimo procesui užbaigti, nes buvo aptikta klaida.
Elektros tinklas:
Skiltyje „Įkrovimo parinktys“ buvo rodomi režimai nuo 1 iki 4. Galite pasirinkti įkrauti automobilį namuose naudodami namų įkroviklį, sieninę dėžę, įkrovimo stotelę arba greitąjį įkroviklį greitkelyje. Įkrovimas namuose, naudojant savo įkrovimo įrenginį, tampa vis populiaresnis. Namų įkroviklį galima tiesiog prijungti prie rozetės, tačiau norint gauti kuo trumpesnį įkrovimo laiką esant didesnei įkrovimo srovei, reguliuojant paskirstymo dėžutę galima prijungti savo sieninę dėžę. Pirmiausia pažvelkime į sąvokas: 1 ir 3 fazių kintamoji srovė.
Su 1 fazės jungtimi matome „standartinį“ trijų gyslų elektros laidą:
- ruda: fazinis laidas;
- mėlyna: neutrali viela;
- geltona/žalia: įžeminimo laidas.
Naudojant 1 fazę įkrovimo stotelę arba sieninę dėžę, elektra teka dviem laidais (faziniu ir nuliniu).
1 fazės sieninė dėžutė arba įkrovimo stotelė naudoja standartinę 230 V namų elektronikos jungtį. Didžiausia galia yra 16 A, o tai padidina maksimalią 1 fazės įkroviklio įkrovimo galią iki 3,7 kW. 60 kW baterijų blokas su tokia įkrovimo talpa įkraunamas maždaug per 16 valandų, o tai užtrunka gana ilgai. Dauguma naujų elektromobilių turi didesnę talpą.
Namų elektronikos skirstomojoje dėžutėje galima padidinti maksimalią srovę, kad būtų daugiau talpos 32 A 1 fazei įkrovikliui. Tokiu atveju galima įkrauti ne daugiau kaip 7,4 kW. Tačiau naudojant 1 fazę įkroviklį yra tikimybė, kad paskirstymo dėžė bus perkrauta ir dėl to nutrūks maitinimas. Be įkrovimo stotelės, yra ir daugiau elektros prietaisų, kurie naudojasi elektros tinklu, įskaitant skalbimo mašiną, indaplovę, kaitlentę ir šilumos siurblį. Apkrovos balansavimo pagalba galima išnaudoti maksimalią talpą:
- Dienos metu yra didelė tikimybė, kad bus naudojami keli elektros prietaisai. Sumažėja transporto priemonės įkrovimo srovė;
- Dauguma įrenginių naktį išjungiami, kad transporto priemonė turėtų daugiau įkrovimo pajėgumų.
Norint greičiau įkrauti, įkrovimo stotelę arba sieninę dėžutę galima prijungti prie paskirstymo dėžutės 3 fazių jungtimi. Tai nebūtinai turi būti energijos srautas. Su 3 faziu jungtimi matome du papildomus laidus:
- juoda: papildomos fazės laidas;
- pilka: papildomos fazės laidas.
Naudojant 3 fazių įkrovimo stotelę, elektra teka keturiais laidais (trifaziais laidais ir nuliniu laidu).
Įkrovimo stotelės ar sieninės dėžės įkrovimo pajėgumas, prijungus 3 fazę, yra didesnis nei naudojant 1 fazę, o tai reiškia, kad automobilis įkraunamas greičiau. Maksimali transporto priemonės įkrovimo srovė niekada neviršijama. Kai kurios transporto priemonės tinkamos įkrauti tik iki 3,7 kW. Tada nėra prasmės kurti 3 fazių ryšį. Transporto priemonės gali tikti ir 7,4 arba 11 kW: verta padidinti galią (3 * 16 A) iš skirstomosios dėžutės.
Senesniuose namuose dažnai matome 1 fazės jungtį (iki 35 A) skirstomojoje dėžutėje. Yra visos trys fazės, tačiau prijungta tik viena.
Paskirstymo dėžutę galima paversti taip, kad būtų naudojamos visos trys fazės. Naujesniuose namuose, kur skirstomoji dėžutė paruošta daugiau elektros vartotojų (pavyzdžiui, saulės kolektorių, indukcinė kaitlentė ir šilumos siurblys), jau nuo pristatymo gali būti įrengtas 3 fazių jungtis. Tokiu atveju elektros skaitiklis rodo „3×220/230V arba 3×380/400 voltų“. Taip pat iš viso yra keturi laidai - trijų fazių laidai ir nulinis laidas - iš paskirstymo dėžutės apačios. Priklausomai nuo skirstomojo dėžutės, grupė yra apsaugota iki 1x25A, 1x30A arba 1,35A. Kuo didesnis nurodytas srovės stiprumas, tuo daugiau srovės gali būti naudojama tuo pačiu metu.
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytos penkios situacijos nuo 1 fazės iki 3 fazės jungties paskirstymo dėžutėje ir 1 fazės arba 3 fazės įkroviklio naudojimas.
1 fazė: Naudodami avarinį įkroviklį galite įkrauti automobilį per lizdą. Su sienine dėžute 1 fazės grupė gali įkrauti iki 16A be apkrovos balansavimo ir 32A su apkrovos balansavimu. 32A galima pasiekti tik tada, kai namuose nėra aktyvių kitų vartotojų.
Galiai iki 7,4 kW galimas 1 fazių tinklas su apkrovos balansavimu. Namuose naudojant kelis daug suvartojančius elektros prietaisus, įskaitant skalbimo mašiną/džiovyklę, indaplovę ir šilumos siurblį, galia sumažės, kad apsisaugotų nuo perkrovos. Praktiškai tai reiškia, kad galia gali sumažėti net 50%. Todėl perjungimas iš 1 į 3 fazes yra protingas.
3 fazė: Jei vienu metu reikalaujama per daug energijos, tai gali sukelti perkrovą ir suaktyvinti apsaugą, dėl kurios gali nutrūkti maitinimas. Todėl svarbu, kad tinklas galėtų tiekti pakankamai elektros energijos. Naudojant 3 fazių jungtį, vienu metu galima tiekti daugiau srovės. Standartiškai 3 fazių grupės yra apsaugotos iki 25A.
- 11 kW: būtinas skaitiklių spintelės sutvirtinimas. Pakanka reguliuoti nuo 1 fazės iki 3 fazių;
- 22 kW: be reguliavimo nuo 1 fazės iki 3 fazių, reikia padidinti 35 A.
Reguliavimas iki 22 kW ir 35A privatiems asmenims vargu ar įdomus. Dėl padidinimo reikia mokėti papildomus 1000 € metinius nuolatinius mokesčius. Už kiekvieną sunkesnį žingsnį (3x63A arba 3x80A) reikia mokėti papildomai. Be to, daugelis elektromobilių (dar) nėra tinkami įkrauti tokiomis didelėmis kintamosiomis srovėmis:
Tikimasi, kad artimiausiais metais padaugės transporto priemonių, galinčių įkrauti 22 kW kintamosios srovės.
