Разъемы для быстрой зарядки постоянного тока

Домашняя зарядная станция и скоростное шоссейное зарядное устройство с расстояния нескольких шагов могут показаться одним и тем же: это просто вилка на конце чёрного кабеля. Под ней они выполняют совершенно разные функции. Разъём на 7-киловаттной зарядной станции переменного тока живёт совершенно иначе, чем разъём на 300-киловаттной станции постоянного тока. Разница между зарядкой переменным и постоянным током заключается не только во времени, необходимом для зарядки аккумулятора. Она определяет расположение силовой электроники в системе, силу тока, протекающего через контакты, степень нагрева всего оборудования и то, насколько тяжёлым и жёстким должен быть кабель. Если вам нужно освежить в памяти, что означают разные уровни зарядки в повседневной жизни, это обзор уровней зарядки электромобилейявляется хорошей отправной точкой.  Где переменный и постоянный ток находятся между сетью и аккумуляторомПри зарядке переменного тока сеть подаёт переменный ток, а автомобиль берёт на себя основную работу по электроснабжению. Настенный блок питания или розетка подаёт переменный ток, а бортовое зарядное устройство (OBC) внутри автомобиля преобразует его в постоянный для аккумулятора. Мощность ограничена номиналом OBC, обычно от 3,7 до 22 кВт для легковых автомобилей. В такой конструкции разъём и кабель получают умеренный ток и выделяют небольшое количество тепла, поскольку самые горячие и сложные компоненты находятся внутри автомобиля. При быстрой зарядке постоянным током основная нагрузка выносится за пределы транспортного средства. Блок преобразует переменный ток из сети в высоковольтный постоянный ток и подаёт его через разъём и кабель непосредственно на шину аккумулятора. Мощность может легко находиться в диапазоне от 50 до 400 кВт и выше, поэтому основные контакты и проводники проводят гораздо больший ток и дольше находятся вблизи своих температурных пределов. На практике: переменный ток выполняет самую тяжелую работу внутри автомобиля, постоянный ток передает эту нагрузку на вилку и кабель.  Переменный ток против постоянного токаПеременный ток: мощность ограничена бортовой электроникой транспортного средства, меньший ток в кабеле, меньшая тепловая нагрузка на разъем.Постоянный ток: мощность ограничена станцией и аккумулятором, высокий ток в кабеле, намного больше тепла, которое необходимо отводить от разъема.Одно и то же транспортное средство может быть неприхотливым в использовании вилки переменного тока и весьма требовательным к быстроразъему постоянного тока.  Как переменный и постоянный ток влияют на внутренние компоненты разъемаБолее высокие напряжение и ток не просто изменяют номинальные значения на этикетке. Они вынуждают разработчика разъёма принимать другие решения в отношении изоляции, геометрии контактов и расположения выводов. Уровни мощности, изоляция и конструкция контактовЗарядка переменного тока лёгких моделей обычно осуществляется при привычном напряжении сети. Системы быстрого постоянного тока работают на высоковольтных аккумуляторных платформах, таких как 400 В или 800 В. По мере повышения напряжения разъём должен обеспечивать больше пространства для этого напряжения. Пути утечки и воздушные зазоры внутри корпуса увеличиваются, изоляционные материалы должны обладать более высокими характеристиками, а внутренняя геометрия должна быть без острых кромок и скоплений грязи, которые со временем могут ослабить изоляцию.Профиль тока меняется так же сильно. В домашних и рабочих условиях переменного тока разъёмы, как правило, выдерживают ток в десятки ампер на фазу. В быстродействующем разъёме постоянного тока каждый главный контакт может выдерживать ток в несколько сотен ампер. Это подталкивает разработчиков к увеличению площади контактных поверхностей на выводах питания постоянного тока и более строгому контролю контактного сопротивления. Пружинные и ножевые системы должны поддерживать постоянное контактное усилие на протяжении многих тысяч циклов соединения, поскольку небольшое увеличение сопротивления при высоком токе может быстро привести к нагреву. На практике разработчики разъемов фокусируются на трех вещах:Напряжение управляет поверхностным током, зазорами и изоляционными материалами.Ток определяет площадь контакта, качество покрытия и конструкцию пружины.Рабочий цикл (частота использования) определяет, какой запас прочности заложен во все вышеперечисленное. Расположение и функции выводовОба разъема переменного и постоянного тока объединяют в себе контакты питания и сигнала, но делают это в разных пропорциях.Разъём переменного тока для домашнего или рабочего использования обычно имеет один или три линейных проводника, нейтраль, защитное заземление и небольшой набор управляющих контактов для подачи управляющих сигналов и обнаружения приближения. Он обладает достаточной интеллектуальной системой для согласования основных параметров зарядки и проверки правильности подключения вилки перед подачей питания.Быстродействующий разъём постоянного тока по-прежнему имеет защитное заземление, но основной ток теперь проходит через большие контакты DC+ и DC–, а не через линии и нейтраль. Вокруг этих больших контактов расположен более богатый набор низковольтных контактов. Пилотные и бесконтактные сигналы по-прежнему присутствуют, но мощные разъёмы постоянного тока часто добавляют линии связи и, во многих конструкциях, специальные датчики температуры для отслеживания самых горячих участков разъёма. Рядом:Разъемы переменного тока оснащены скромными контактами питания и простой парой управляющих контактов.Быстрые разъемы постоянного тока имеют очень большие контакты питания, окруженные большим количеством сигнальных и сенсорных контактов.С ростом мощности размер основных контактов и количество сигнальных контактов имеют тенденцию к росту.  Архитектуры разъемов для переменного и постоянного токаРазличные стандарты решают вопрос «переменный ток + постоянный ток» с помощью различных механических стратегий. Одна группа систем использует только разъёмы переменного тока. Такие разъёмы можно увидеть в автомобилях, которые подключаются к сети переменного тока дома, на работе и на зарядных станциях в пути. Корпуса компактны, ручки лёгкие, а внутренняя компоновка проста. Конструкция разработана для комфортного ежедневного использования и длительного срока службы при умеренной мощности. Комбинированные конструкции идут другим путём. Они объединяют интерфейс переменного тока с дополнительными контактами питания постоянного тока в одном автомобильном разъёме, так что одна розетка автомобиля подходит как для переменного, так и для постоянного тока. Это уменьшает количество отверстий, которые нужно прорезать в кузове, и даёт водителям чёткую цель, когда они подходят с кабелем. Цена — более крупный и сложный разъём и более плотная теплоизоляция вокруг контактов постоянного тока. Другие архитектуры избегают комбинированных разъёмов. Некоторые стандарты полностью разделяют переменный и постоянный ток, чтобы каждый из них можно было оптимизировать для своей задачи: разъёмы переменного тока остаются компактными и лёгкими, разъёмы постоянного тока могут быть настолько большими и надёжными, насколько это необходимо. Новые семейства компактных разъёмов развивают противоположное направление и пытаются передавать как переменный, так и постоянный ток через один небольшой корпус. Это экономит место и упрощает интерфейс, но повышает требования к повторному использованию контактов, конструкции изоляции и стратегии охлаждения.  Кабели и тепло: почему постоянный ток выглядит и ощущается по-другомуРазмеры, вес и обращение с проводникомДля подачи в автомобиль нескольких киловатт переменного тока за ночь не требуется огромное сечение медных проводников. Проводники могут быть умеренного сечения, что делает кабель достаточно лёгким для удобного переноса и достаточно гибким, чтобы аккуратно свернуть его в углу гаража. Передача сотен киловатт постоянного тока за короткое время — это уже другая проблема. Чтобы контролировать резистивные потери и повышение температуры, проводникам требуется гораздо больше меди. Больше меди означает большую массу, а эта масса делает кабель тяжелее и жёстче. Излишняя жёсткость проявляется каждый раз, когда кто-то пытается согнуть провод на узкой парковке или через бордюр, а дополнительный вес возникает в точках разгрузки натяжения, где кабель входит в ручку или шкаф. На практике:Более высокая мощность постоянного тока → более толстые медные жилы → более тяжелый и жесткий кабель.Более тяжелый кабель → большая нагрузка на компенсаторы натяжения и концевые муфты.Кабели переменного тока можно настраивать с учетом комфорта; кабели постоянного тока начинают с температурных пределов и работают в обратном направлении. Кабели для зарядки переменного тока разработаны специально для повседневной жизни. Их удобно брать одной рукой, протягивать между машинами на узкой подъездной дорожке и сворачивать без усилий после зарядки. Кабели для быстрой зарядки постоянного тока должны выдерживать более сложную балансировку. Они должны выдерживать очень высокий ток, но при этом быть достаточно гибкими, чтобы водители разного телосложения и роста могли легко установить разъём, не испытывая ощущения, будто они борются с промышленным оборудованием. Минимальный радиус изгиба выбран для защиты проводников и изоляции, но он также должен соответствовать реальным условиям на зарядных станциях.  Внешняя оболочка, долговечность и жидкостное охлаждение кабелейОбщественные места подвергают кабели серьёзным нагрузкам. Они постоянно подвергаются воздействию солнечного света, дождя, пыли и дорожной грязи. Кроме того, провода падают на бетон, волочатся по острым краям, а иногда и пережимаются или перекатываются транспортными средствами. Чтобы кабели постоянного тока выдерживали такое воздействие долгие годы, они, как правило, используют более толстую и прочную внешнюю оболочку. Компенсаторы натяжения усилены, а концевые муфты спроектированы таким образом, чтобы поглощать скручивание и натяжение, не передавая всю нагрузку непосредственно на проводники. Домашние кабели работают в более щадящих условиях, но им всё равно приходится выдерживать истирание, грязь и сезонные перепады температур на протяжении всего срока службы зарядного устройства. Поэтому их оболочки могут быть более гибкими и эстетичными, при условии обеспечения базовой прочности. На верхнем уровне мощности постоянного тока добавление меди и естественное охлаждение в конечном итоге перестают быть практичными. Кабель должен быть настолько толстым и тяжёлым, что многие пользователи едва могли бы его передвигать, а стационарные опоры стали бы обязательными в каждом отсеке. Кабели постоянного тока с жидкостным охлаждением решают эту проблему, добавляя охлаждающий контур рядом с силовыми проводниками. Охлаждающая жидкость протекает вблизи сердечников, отводя тепло, поэтому при том же внешнем диаметре можно передавать больше тока без неконтролируемого повышения температуры. Компромисс заключается в дополнительных проектных работах: тракт охлаждения должен оставаться герметичным и надёжным в течение многих лет, утечки могут потребовать обнаружения и контроля, а шланги и датчики должны быть проложены таким образом, чтобы обеспечить достаточную гибкость для использования. Вот почему кабель переменного тока может оставаться тонким и мягким, в то время как кабели постоянного тока очень высокой мощности, как правило, выглядят более толстыми, более многослойными и в некоторых случаях имеют видимые интерфейсы охлаждения.  Как выбрать разъемы и кабели для вашего сайтаРазные зарядные станции по-разному ценят мощность, комфорт, долговечность и стоимость. Небольшая домашняя настенная зарядная станция и автобусный парк могут быть «проектами для зарядки электромобилей», но они находятся в совершенно разных углах пространства дизайна.ПриложениеПриоритет мощностиУправляемость/комфортФокус на долговечностиТипичные характеристики разъема/кабеляДомашний кондиционерОт низкого до среднегоОчень высокийСредний, длительный срок службы в мягких условияхКомпактные вилки, тонкие гибкие кабелиКондиционер в месте назначения/на рабочем местеСерединаВысокийОт среднего до высокогоКорпуса немного прочнее, четкий отклик защелкиБыстрая зарядка постоянного тока в общественных местахОчень высокийСерединаОчень высокий, злоупотребление на открытом воздухеБольшие штекеры, толстые или с жидкостным охлаждением кабели, прочныеСклады / дворы флотаОт высокого до очень высокогоСерединаОчень высокий, много плагинов в деньНадежные разъемы, прочные кабели, простота обслуживанияДомашние кондиционеры обычно имеют низкий или средний приоритет, поскольку время работы в ночное время длительное. Удобство использования очень важно, а долговечность — это долгие годы работы в мягких условиях, а не постоянные нагрузки.  Водители, которые выбирают между Уровнем 1 и Уровнем 2 дома, могут воспользоваться нашим Руководство по домашней зарядке уровня 1 и уровня 2чтобы увидеть, как эти аппаратные решения работают в повседневном использовании. Системы кондиционирования воздуха в местах назначения и на рабочих местах выходят на новый уровень: больше пользователей, больше подключений, больше спроса на прочные корпуса и надежные защелки. Быстрая зарядка от общественных источников постоянного тока выводит мощность на первое место. Удобство использования по-прежнему важно, но, естественно, ограничено размером и весом. Надёжность становится первостепенной задачей, поскольку оборудование должно эксплуатироваться на открытом воздухе, подвергаться воздействию множества различных пользователей и выдерживать периодическую ненадлежащую эксплуатацию. Автобазы и коммерческие склады расположены между общественными источниками постоянного тока и рабочими местами. Мощность варьируется от высокой до очень высокой, и разъёмы могут подключаться и отключаться много раз в день в течение нескольких смен. Стабильность контакта, механическая прочность и простота обслуживания важны не меньше, чем номинальная мощность. Полную информацию о том, как автопарки комбинируют различные уровни зарядки на станциях, в домах и общественных местах, см. в нашем руководство о том, какой уровень зарядки электромобилей действительно необходим. Три простых вопроса обычно указывают на нужную строку в таблице:Как долго каждое транспортное средство остается здесь припаркованным?Сколько раз в день человек подключает и отключает электросеть?Насколько агрессивным средам подвергаются кабели и разъемы в течение десяти лет?  Перспектива WorkersbeeПретворение этих принципов в реальные проекты означает, что выбор разъёмов и кабелей должен рассматриваться как часть проектирования электропитания и места установки, а не как второстепенная косметическая деталь. Один и тот же уровень зарядки может потребовать совершенно разного оборудования в зависимости от условий окружающей среды и рабочего цикла. Для использования в домашних условиях, на работе и в магазинах компания Workersbee разрабатывает разъёмы и зарядные кабели переменного тока, обеспечивающие удобство ежедневного использования и долгосрочную надёжность в соответствии с региональными стандартами. Основное внимание уделяется предсказуемому поведению и удобству использования в типичных диапазонах напряжения переменного тока. Для общественных станций быстрой зарядки постоянного тока и станций с высокой загрузкой Workersbee предлагает Разъемы для быстрой зарядки постоянного тока и кабели, рассчитанные на высокую токовую нагрузку, контролируемое контактное сопротивление и надежные механические характеристики, с опциями, подготовленными для улучшенного охлаждения, когда требования проекта требуют более высокой мощности и более жестких тепловых запасов.