высокомощная зарядка электромобилей

Десятиминутная зарядка постоянно появляется в заголовках новостей, и трудно сказать, насколько эти обещания когда-либо воплотятся в жизнь на реальных автомобилях и в реальных местах. Если вы водите электромобиль, вопрос прост: действительно ли быстрая остановка даст мне достаточный запас хода, или я все равно буду сидеть у зарядного устройства полчаса? Если вы управляете или планируете зарядные станции, возникает другой вариант тех же сомнений: имеет ли смысл тратить больше на мощное оборудование ради «10-минутной» зарядки? Для типичного современного электромобиля ответ очевиден: полная зарядка от 0 до 100% за десять минут нереалистична. Что же реально, при наличии подходящего автомобиля и соответствующих характеристик? Быстрое зарядное устройство постоянного токаКабель и разъем позволяют добавить полезный запас хода за это время. Понимание того, где проходит эта граница и какие требования она предъявляет к батарее и оборудованию, важно как для водителей, так и для владельцев проектов.  1.Можно ли зарядить электромобиль за 10 минут? Время зарядки всегда привязано к диапазону уровня заряда (SOC). В большинстве случаев показатели быстрой зарядки относятся к диапазону 10–80%, а не 0–100%.В середине диапазона уровня заряда литий-ионные элементы могут выдерживать гораздо больший ток. Ближе к пику система управления батареей (BMS) вынуждена отключать питание, чтобы предотвратить перегрев, осаждение лития и другие неисправности. Именно поэтому последние 20% заряда часто кажутся очень низкими.Поэтому, когда кто-то заявляет о «10-минутной зарядке», это обычно означает одно из трех:·добавление определенного количества энергии (например, 20–30 кВт·ч)·добавление заданного запаса хода (например, 200 км)·перемещение через средний диапазон уровня заряда (SOC) на конкретном транспортном средстве и зарядном устройстве. В реальных условиях лишь очень немногие комбинации гарантируют полное заполнение за это время.  2.Насколько быстро на самом деле заряжаются электромобили: от домашнего переменного тока до сверхбыстрого постоянного тока. В реальных условиях скорость зарядки определяется скорее контекстом, чем каким-либо одним большим числом в киловаттах. Домашний кондиционер·Домашняя зарядка 1-го и 2-го уровней отличается низкой мощностью, но всегда доступна.·Автомобиль может стоять подключенным к зарядке в течение 6–10 часов всю ночь.·Этого достаточно для большинства ежедневных поездок без необходимости использования быстрых зарядных устройств постоянного тока. Обычная быстрая зарядка постоянным током (около 50–150 кВт)·На совместимых автомобилях загрузка на 10–80% часто занимает 30–60 минут.·Для более старых моделей, небольших аккумуляторных блоков или транспортных средств, ограниченных мощностью постоянного тока, может потребоваться больше времени.·Для многих водителей это по-прежнему органично вписывается в остановку на обед или поездку за покупками. Мощный и сверхбыстрый постоянный ток (250–350 кВт и выше)·Современные высоковольтные платформы способны потреблять очень большую мощность в среднем диапазоне уровня заряда батареи.·В благоприятных условиях — при предварительной подготовке батареи, мягкой погоде и низком начальном уровне заряда — за 10–20 минут можно поднять уровень заряда батареи с низкого до комфортного для следующего этапа поездки. Для операторов объектов те же факторы, которые влияют на опыт водителей, влияют и на уровень загрузки:·прибытие SOC·Размер батареи и возможности подключения постоянного тока для местного состава транспортных средств.·как долго водители на самом деле предпочитают оставатьсяНа площадке, где большинство автомобилей простаивают по 45 минут, количество обслуживаемых автомобилей в день будет значительно отличаться от площадки, где большинство автомобилей остаются на 10-15 минут, даже если заявленная мощность зарядных устройств примерно одинакова.  3.Что на самом деле добавляет 10-минутная остановка? Водители мыслят расстоянием, а не процентами. Владельцы площадок думают о количестве автомобилей на стоянке в день. И то, и другое можно перевести из одних и тех же базовых чисел.В таблице ниже с помощью простых архетипов показано, как на практике может выглядеть использование подходящего мощного зарядного устройства постоянного тока в течение десяти минут.Архетип транспортного средстваАккумулятор (кВт·ч)Максимальная мощность постоянного тока (кВт)Энергия за 10 мин (кВт·ч)*Добавленный запас хода (км)*Типичный сценарий использованияВысоковольтный магистральный внедорожник90250–27035–40150–200Длинные участки автомагистралиСреднеразмерный семейный седан70150–20022–28110–160Смешанный городской и автомагистральный транспортКомпактный городской электромобиль5080–12013–1870–120В основном городские, изредка автомагистрали.Легкий коммерческий фургон75120–15020–2590–140Маршруты доставки, пополнение запасов на складах. *Предполагается оптимальный диапазон уровня заряда батареи (например, 10–60%) при использовании совместимого мощного зарядного устройства постоянного тока при умеренной температуре. Для человека, ежедневно добирающегося на работу, эта 10-минутная остановка может охватить несколько дней езды по городу. Для водителя, совершающего дальние поездки, это может быть еще один участок автомагистрали без беспокойства по поводу запаса хода. Если рассматривать ситуацию с точки зрения оборачиваемости парковочных мест, то та же таблица показывает, что мощное парковочное место может обслуживать несколько автомобилей в час, если большинству водителей требуется всего 10–15 минут, вместо того чтобы запирать место почти на час на каждый автомобиль.  4.На что способна батарея — пределы возможностей и срок службы.Первое жесткое ограничение – время зарядки аккумулятора, которое составляет десять минут.Химический состав и скорость зарядки·Для каждой конструкции элемента питания существует допустимый практический уровень скорости заряда (C-rate).·При слишком интенсивной нагрузке на элемент питания литий может осаждаться на аноде, что снижает его емкость и может создавать проблемы с безопасностью. Нагревать·Высокий ток вызывает внутренние потери и выделение тепла.·Если тепло не отводится достаточно быстро, температура элемента повышается, и система управления батареей (BMS) снижает мощность, чтобы оставаться в безопасных пределах. зависимость SOC·Элементы питания лучше переносят быструю зарядку при низком и среднем уровне заряда.·При почти полной зарядке запас прочности сужается, и скорость зарядки должна снизиться. Исследования в области сверхбыстрой зарядки ведутся по всем трем направлениям: новые материалы для электродов, улучшенная геометрия ячеек и более эффективные пути охлаждения. Тем не менее, очень быстрая зарядка всегда ограничена определенным диапазоном уровня заряда и предполагает использование специально разработанного аккумуляторного блока и системы охлаждения. Пожизненный и ежедневный срок службыДля частных водителей вопрос заключается не столько в том, «выдержит ли батарея одну 10-минутную быструю зарядку?», сколько в том, «что произойдет, если я буду делать это постоянно?». Основные моменты:·Периодическая быстрая зарядка постоянным током во время длительных поездок оказывает умеренное влияние на срок службы устройства.·Частое использование мощного постоянного тока, особенно при очень высоком уровне заряда батареи, может ускорить старение оборудования.·Поддержание умеренного уровня заряда батареи и предоставление системе управления батареей и системе охлаждения возможности выполнять свою работу очень помогает. Практический вариант выглядит так:·Кондиционер дома или на работе является основой для ежедневного энергоснабжения.·Быстрая зарядка постоянным током, когда этого требуют ограничения по расстоянию или времени.·Нет необходимости полностью избегать постоянного тока, но и не нужно гоняться за ним ради каждого киловатт-часа. Для автопарков и операторов такси, использующих быструю зарядку постоянным током, срок службы батареи становится частью бизнес-модели. Стратегии зарядки, диапазоны уровня заряда и размещение зарядных устройств должны выбираться с учетом как доступности транспортных средств, так и стоимости замены батареи.  5.Аппарат для 10-минутной зарядки.Обеспечение подачи полезной энергии за десять минут — это задача не только для автомобиля. Все, от подключения к сети до впускного коллектора автомобиля, должно справляться с высокой мощностью стабильно и без сбоев. Обычно цепочка выглядит так:·Сеть и трансформаторДостаточная контрактная мощность и номинальная мощность трансформатора для нескольких мощных зарядных устройств, а также для любой нагрузки здания. ·зарядное устройство постоянного токаМодули питания рассчитаны на требуемую мощность для каждого отсека и имеют тепловую конструкцию, способную выдерживать непрерывную высокую мощность. Интеллектуальное распределение питания между разъемами при подключении нескольких автомобилей к одному шкафу. ·кабель постоянного токаПри токе в сотни ампер обычный кабель с воздушным охлаждением становится тяжелым и сильно нагревается. Кабели постоянного тока с жидкостным охлаждением позволяют выдерживать высокие токи при приемлемом весе и температуре поверхности. ·разъем постоянного токаРазъем должен пропускать ток через свои контакты, поддерживая при этом температуру и контактное сопротивление под контролем. Он также должен выдерживать тысячи циклов сопряжения, грубое обращение и воздействие погодных условий, часто при высоком уровне защиты от проникновения влаги и пыли. ·Впускной коллектор автомобиля и аккумуляторВходное отверстие должно соответствовать стандарту разъема и номинальному току; батарея и система управления батареей (BMS) должны фактически запрашивать и принимать эту мощность. Для объектов с высокой мощностью центральное место в конструкции занимают сильноточные разъемы CCS2, CCS1 или GB/T и соответствующие кабели для зарядки постоянным током, а не аксессуары. Такие поставщики, как Workersbee, сотрудничают с производителями зарядных устройств и владельцами объектов, чтобы предоставлять разъемы для электромобилей и системы кабелей постоянного тока с жидкостным охлаждением, разработанные специально для длительной работы с высокой мощностью, а не для кратковременных всплесков.  6.Планирование мощной площадки постоянного токаКогда операторы зарядных станций или владельцы проектов рассматривают возможность зарядки в «10-минутном режиме», копирование максимального значения мощности из брошюры редко является лучшим началом.Более реалистичный подход заключается в том, чтобы начать с того, как сайт будет использоваться на самом деле. Местоположение и поведение·На автомагистралях характерны короткие остановки и высокие требования к скорости.·На городских парковках торговых центров и в местах отдыха существует естественное время стоянки автомобилей, поэтому электропитание средней мощности постоянным и переменным током может обеспечить более выгодное соотношение цены и качества.·На складах и в логистических центрах можно сочетать ночную зарядку с целевой быстрой подзарядкой. Целевое время стоянки и количество транспортных средств в день·Определите, сколько времени в среднем должно оставаться транспортное средство и сколько транспортных средств должно обслуживать каждое парковочное место.·Эти цифры гораздо сильнее влияют на требуемую мощность на один отсек, чем это утверждают рекламные заявления. Схема электропитания·Определите, сколько отсеков, если таковые имеются, действительно нуждаются в мощности 250–350 кВт.·Другие отсеки могут быть лучше использованы при мощности 60–120 кВт, что все еще "высоко" для многих автомобилей, которым более высокая мощность не принесет пользы. Выбор кабелей и разъемов·Кабели постоянного тока с естественным охлаждением проще и дешевле, но они ограничивают ток и могут становиться тяжелее по мере увеличения мощности.·Кабели с жидкостным охлаждением и сильноточные разъемы стоят дороже, но позволяют сократить время работы за один сеанс и увеличить оборачиваемость рабочих мест в нужных местах.·В суровых климатических условиях или при интенсивной коммерческой эксплуатации особое внимание следует уделять герметизации, снятию натяжения и прочности. Эксплуатация и безопасность·Мощное оборудование требует регулярного осмотра и четких процедур действий в случае загрязнения, повреждения или перегрева.·Обучение персонала и четкие инструкции для пользователей снижают вероятность неправильного использования и продлевают срок службы оборудования. Многим командам проще управлять этой сложностью, используя короткий внутренний контрольный список: основной сценарий использования, целевое время стоянки, целевое количество автомобилей на бокс в день, а затем мощность зарядного устройства, технология кабеля и номинальная мощность разъема, которые подходят для этой комбинации.  7.Кому больше всего выгодна 10-минутная зарядка?Не всем нужны сеансы длительностью около десяти минут.Частные водители дальних поездок·Несколько действительно мощных стоянок вдоль коридора могут кардинально изменить их поездки.·Возможно, им потребуется использовать их всего несколько раз в год, но это окажет значительное влияние на уверенность. Сервисы заказа поездок, такси и службы доставки·Время, проведенное у зарядного устройства, — это время, а не заработок денег.·Для этих пользователей даже сокращение времени остановки с 30 минут до 15 минут может привести к негативным последствиям для всего автопарка.·Однако предсказуемая доступность и грамотное планирование зачастую важнее, чем абсолютное значение пиковой мощности. Городские жители, использующие зарядные устройства дома или на работе для поездок на работу.·Большую часть ежедневных потребностей в энергии можно покрыть за счет переменного тока.·Обычно достаточно периодически подключать источники постоянного тока средней мощности вблизи торговых или развлекательных заведений.·Для этой группы устройств большее количество разъемов в нужных местах превосходит одно сверхбыстрое устройство. С точки зрения планирования сети, это означает, что сверхбыстрая зарядка должна осуществляться в определенных коридорах и узлах, а не на каждом углу каждого города.  8.Как может измениться десятиминутная зарядка в течение следующего десятилетияРяд тенденций, вероятно, создаст ощущение более быстрой зарядки, даже если десятиминутный режим зарядки останется скорее частным случаем, чем ежедневной привычкой.·Платформы с более высоким напряжением выходят на массовый ценовой сегмент.·Конструкции батарей, способные выдерживать более высокие скорости зарядки в безопасных пределах, с улучшенным терморегулированием.·Более интеллектуальное управление энергопотреблением на уровне объекта и, в некоторых случаях, локальное хранение энергии позволяют сгладить ограничения сети, обеспечивая при этом высокую пиковую мощность для транспортных средств. Для проектов с высокой мощностью целесообразно рассматривать варианты модернизации: кабельные каналы, распределительные устройства, площадки для зарядных устройств, кабели и разъемы, которые можно обслуживать и модернизировать по мере развития транспортных средств, без перестройки всей площадки.  9.Что делать дальше: водителям, владельцам автопарков и объектов.Для водителей:·Не рассчитывайте на полную зарядку за десять минут, да и для большинства поездок она не нужна.·При наличии подходящего автомобиля и зарядного устройства, десяти-пятнадцати минут достаточно, чтобы значительно увеличить запас хода.·Рассматривайте быструю зарядку как один из нескольких инструментов, а не как единственный способ питания автомобиля. Для автопарков:·Разрабатывайте планы зарядки, исходя из фактического местоположения транспортных средств и структуры маршрутов.·Используйте мощный источник постоянного тока там, где это явно повышает доступность транспортного средства настолько, чтобы оправдать затраты, и настраивайте диапазоны уровня заряда батареи для защиты срока службы аккумуляторного блока. Для владельцев сайтов и директоров по закупкам:·Начните с анализа сценариев использования, транспортных потоков и желаемого времени стоянки, а затем выбирайте соответствующие параметры питания, кабелей и разъемов.·Для объектов, действительно требующих работы с высокой мощностью, следует инвестировать в сильноточные разъемы постоянного тока и соответствующие кабельные технологии; это основная инфраструктура, а не дополнительные опции.  Часто задаваемые вопросы: 10-минутная зарядка электромобиляМожно ли сегодня полностью зарядить любой электромобиль за 10 минут?Для современных легковых электромобилей полная зарядка от 0 до 100% за десять минут нереалистична. Время быстрой зарядки всегда привязано к диапазону уровней заряда, например, от 10 до 80%, и предполагает использование совместимого мощного зарядного устройства постоянного тока. Даже самые быстрые автомобили резко замедляются по мере приближения к высокому уровню заряда, чтобы защитить батарею. Насколько увеличивается запас хода типичного электромобиля за 10-минутную остановку?При использовании подходящего мощного зарядного устройства постоянного тока многие современные электромобили могут увеличить запас хода примерно на 70–200 км за десять минут. Точное значение зависит от размера батареи, максимальной мощности постоянного тока, которую принимает автомобиль, температуры и уровня заряда на момент прибытия. В благоприятных условиях 10-минутной остановки часто достаточно, чтобы проехать несколько дней или еще один участок трассы. Всегда ли быстрая зарядка повреждает аккумулятор электромобиля?Быстрая зарядка создает дополнительную нагрузку по сравнению с щадящей зарядкой переменным током, особенно если она используется очень часто и до очень высокого уровня заряда. Современные аккумуляторные батареи, системы терморегулирования и программное обеспечение для управления батареями разработаны таким образом, чтобы поддерживать элементы в безопасных пределах и снижать мощность при необходимости. Периодическая быстрая зарядка постоянным током в поездках обычно допустима; использование ее каждый день в качестве основного метода зарядки может ускорить износ, поэтому лучше использовать ее с разумным интервалом между зарядками. Где сверхбыстрая зарядка электромобилей наиболее целесообразна?Сверхбыстрая зарядка постоянным током наиболее ценна на оживленных автомагистралях, в депо и транспортных узлах, где транспортным средствам необходимо быстро разворачиваться. Частные водители дальних поездок, автопарки служб такси и фургоны доставки получают наибольшую выгоду от сокращения остановок и увеличения оборачиваемости зарядных станций. В городских районах с длительным естественным временем стоянки большее количество зарядных устройств средней мощности постоянного или переменного тока часто обеспечивает водителям более эффективное обслуживание, чем одно сверхбыстрое устройство. Все ли мощные зарядные устройства обеспечивают одинаковую реальную скорость зарядки?Не обязательно. Мощность, указанная на корпусе зарядного устройства, — это лишь часть картины; собственное ограничение постоянного тока автомобиля, кривая зарядки, характеристики кабеля и разъема, температура и количество автомобилей, использующих одно и то же зарядное устройство, — все это влияет на реальную скорость. На практике хорошо подобранный автомобиль и зарядное устройство, работающие в пределах своих проектных ограничений, часто обеспечивают лучшие результаты, чем «большее значение», используемое вне идеальных условий.  Компания Workersbee сотрудничает с производителями зарядных устройств и владельцами объектов для разработки... Разъемы для электромобилей и кабели для зарядки постоянным током для CCS2, CCS1, GB/T и другие стандарты высокой мощности. Когда батарея, зарядное устройство, кабель и разъем указаны как единая система, а не как отдельные компоненты, десятиминутная остановка становится предсказуемой частью процесса зарядки в тех местах, где это действительно приносит пользу.