С ростом популярности автомобилей на новых источниках энергии, зарядные станции для электромобилей (EV), как важное дополнительное средство, постепенно вошли в повседневную жизнь людей. Зарядные станции не только предоставляют удобные услуги по зарядке электромобилей, но и в определенной степени способствуют развитию автомобилей на новых источниках энергии. Итак, как именно работает зарядная станция? Какие типы и функции у нее есть? В этой статье вы найдете подробное объяснение принципов и соответствующих знаний о зарядных станциях для электромобилей.
Системный состав зарядной станции электромобиля относительно сложен, в основном включает следующие части.
Секция распределения входной мощности является ключевым звеном, соединяющим зарядную станцию с электросетью. В основном он включает в себя защитные автоматические выключатели, устройства защиты от перенапряжений и входной измеритель мощности. Функция выключателей и устройств защиты от перенапряжений в основном заключается в обеспечении безопасной работы зарядной станции. Когда в электросети происходит скачок напряжения или удар молнии, устройство защиты от перенапряжений может разряжать чрезмерное напряжение на землю, предотвращая повреждение внутренних электронных компонентов зарядной станции. Защитный автоматический выключатель может быстро отключать электропитание при коротком замыкании или других ненормальных условиях, предотвращая аварии. Входной измеритель мощности в основном используется для измерения потребления электроэнергии зарядной станцией для достижения точного выставления счетов. Он собирает данные об использовании и загружает их в серверную систему управления для учета затрат и расчета платы с пользователем.
Схема управления - это мозг зарядной станции, отвечающий за координацию работы внутренних аппаратных компонентов. Через схему управления зарядная станция может обеспечивать точный контроль процесса зарядки, включая регулирование зарядного тока и напряжения, а также мониторинг состояния зарядки. В зависимости от фактического состояния батареи EV, например, напряжения и температуры батареи, схема управления автоматически регулирует стратегию зарядки для обеспечения безопасной и эффективной зарядки.
Это основная платформа для взаимодействия пользователя с зарядной станцией. Обычно он оснащен ЖК-экраном, на котором четко отображаются данные о зарядке, такие как объем зарядки, время зарядки и плата. Пользователи могут использовать этот интерфейс, чтобы выбирать режимы зарядки (ручная зарядка, зарядка картой и т. д.), устанавливать время зарядки и т. д. Во время процесса зарядки интерфейс также позволяет пользователям отслеживать состояние зарядки в реальном времени, включая прогресс и оставшееся время зарядки.
Кнопка аварийной остановки является одним из устройств защиты безопасности зарядной станции. При неисправности оборудования или возникновении аварийной ситуации пользователь может нажать кнопку аварийной остановки, чтобы быстро отключить входную мощность зарядной станции. Эта мера эффективно защищает само оборудование, предотвращает эскалацию неисправности и предотвращает потенциальный вред пользователю или окружающей среде.
Функция считывателя карт аналогична устройствам считывания банковских карт, которые мы используем ежедневно. Пользователи могут использовать специальную зарядную карту для считывания карт для завершения расчетов по платежам, а также для запуска и остановки управления устройством. Через считыватель карт зарядная станция может идентифицировать информацию об учетной записи пользователя, что позволяет управлять выставлением счетов и авторизацией платежей.
Выходной разъем, обычно называемый зарядным пистолетом, является ключевым компонентом, соединяющим зарядную станцию с электромобилем. Зарядный пистолет передает мощность постоянного тока, генерируемую зарядной станцией, на аккумулятор электромобиля. Во время зарядки пистолет плотно подключается к зарядному порту электромобиля для обеспечения стабильной передачи энергии. Чтобы гарантировать безопасность и надежность, зарядные пистолеты обычно оснащены несколькими защитными устройствами, такими как датчики температуры и блоки обнаружения изоляции.
Индикатор зарядки показывает текущее состояние зарядной станции. Как правило, он имеет три состояния: режим ожидания, неисправность и зарядка. Когда станция находится в режиме ожидания, горит зеленый; если возникает неисправность, индикатор становится красным, чтобы напомнить пользователю о необходимости проверки; во время зарядки индикатор мигает или желтеет, позволяя пользователю визуально понять рабочее состояние станции.
Принцип работы зарядной станции в основном основан на передаче и преобразовании электрической энергии для зарядки батареи EV. Основной принцип: после разряда батареи постоянный ток подается в направлении, противоположном току разряда, для восстановления ее емкости. Во время зарядки положительный электрод батареи подключается к положительному выводу источника питания, а отрицательный электрод батареи подключается к отрицательному выводу источника питания. Напряжение зарядки должно быть выше общей электродвижущей силы аккумулятора.
В настоящее время существует два основных метода зарядки: зарядка постоянным током и зарядка постоянным напряжением.
Зарядка постоянным током - это метод зарядки батареи при контролируемом фиксированном токе. Метод управления относительно прост: регулируя выходное напряжение зарядного устройства или изменяя последовательное сопротивление батареи, зарядный ток сохраняется постоянным. Однако, поскольку способность батареи принимать ток уменьшается по мере зарядки, большая часть тока на более поздних стадиях используется для электролиза воды, производя избыток газа. Поэтому зарядка постоянным током обычно сочетается с поэтапной зарядкой для повышения эффективности и безопасности.
Зарядка при постоянном напряжении заряжает батарею под контролируемым фиксированным напряжением. В течение всего процесса зарядное напряжение остается постоянным, а зарядный ток постепенно уменьшается по мере роста напряжения клеммы батареи. По сравнению с зарядкой при постоянном токе зарядка при постоянном напряжении ближе к оптимальной кривой зарядки, что делает ее более эффективной. На ранней стадии зарядный ток высок, потому что напряжение батареи низкое, но по мере продолжения зарядки ток постепенно уменьшается, что требует только простой системы управления.
В настоящее время наиболее распространенные зарядные станции на рынке бывают двух типов: зарядные станции постоянного тока и зарядные станции переменного тока, которые различаются по методам зарядки, скорости и сценариям установки.
Зарядные станции постоянного тока - это стационарные зарядные устройства, установленные в общественных местах за пределами электромобилей, таких как жилые дома, парковки, деловые районы и зоны обслуживания. Они подключаются к электросети общего пользования и обеспечивают питание постоянного тока для батареи электромобиля. Зарядные станции постоянного тока напрямую заряжают батарею электромобиля, как правило, с использованием трехфазного четырехпроводного или трехфазного трехпроводного источника питания. Благодаря широким регулируемым диапазонам выходного напряжения и тока они обеспечивают быструю зарядку и часто называются быстрыми зарядными устройствами.
Зарядные устройства постоянного тока имеют высокую выходную мощность, обычно доступную в 30 кВт, 60 кВт, 80 кВт, 120 кВт, 150 кВт, 180 кВт и других спецификациях. Благодаря быстрой скорости зарядки они могут заряжать электромобиль за короткий период времени, что делает их очень практичными для дальних поездок или срочной зарядки.
Зарядные станции переменного тока также являются стационарными установками в общественных местах за пределами электромобилей. Они обеспечивают управляемое однофазное или трехфазное питание переменного тока бортовому зарядному устройству электромобиля. В отличие от зарядных станций постоянного тока, зарядные устройства переменного тока не могут напрямую заряжать аккумулятор электромобиля. Они обеспечивают только выходную мощность, а зарядка осуществляется через встроенное зарядное устройство внутри электромобиля.
Поскольку бортовые зарядные устройства обычно имеют меньшие номинальные мощности, зарядка переменного тока относительно медленнее и обычно называется медленной зарядкой. Типичные номинальные мощности составляют 3,5 кВт, 7 кВт и 15 кВт. Зарядные устройства переменного тока подходят для ночной зарядки дома или в офисах, что делает их идеальными для ежедневных поездок на работу и езды по городу.
Метод зарядки: зарядные устройства постоянного тока могут напрямую заряжать батарею, не полагаясь на встроенное зарядное устройство, в то время как зарядные устройства переменного тока требуют встроенного зарядного устройства для завершения зарядки.
Время зарядки: зарядка постоянного тока происходит быстрее, для полной зарядки аккумулятора требуется всего от десятков минут до 2-3 часов, тогда как зарядка переменного тока обычно занимает около 8 часов.
После понимания принципов работы и типов зарядных станций давайте рассмотрим основные принципы зарядки электромобилей. Зарядка электромобилей основана на передаче и преобразовании электрической энергии, которая включает в себя зарядку постоянного тока и зарядку переменного тока.
Зарядка постоянным током подключает источник питания постоянного тока непосредственно к аккумуляторной батарее электромобиля, обеспечивая энергию непосредственно для зарядки. Он обычно используется при зарядке большой мощности и на дальние расстояния из-за его скорости. Зарядные станции постоянного тока преобразуют мощность переменного тока в постоянный ток с помощью выпрямителей или преобразователей. Оборудованные специальными разъемами, они подключаются к зарядному порту электромобиля. Во время зарядки контроллер отправляет команды зарядки для обеспечения стабильного потребления энергии. Затем мощность постоянного тока подается непосредственно в аккумуляторную батарею, где система управления батареями (BMS) отслеживает и управляет процессом.
Зарядка переменного тока подключает источник переменного тока к электромобилю. Встроенное зарядное устройство преобразует переменный ток в постоянный перед зарядкой аккумулятора. Зарядка переменного тока обычно используется в домашних хозяйствах и офисах из-за его относительно низкой мощности. Зарядные станции переменного тока обычно используют переменный ток в помещении или на открытом воздухе напрямую без преобразования. Оборудованные бытовыми разъемами или выделенными разъемами, они подключаются к зарядному порту электромобиля. Внутри автомобиля бортовое зарядное устройство (OBC) выпрямляет переменный ток в постоянный ток и доставляет его к аккумуляторному блоку, а BMS управляет процессом.
При выборе зарядной станции важно учитывать два ключевых показателя: мощность зарядки и время зарядки.
Зарядная мощность относится к скорости, с которой зарядное устройство передает энергию электромобилю, обычно измеряемой в киловаттах (кВт). Чем больше мощность, тем быстрее скорость зарядки. Общие уровни включают медленную зарядку (низкая мощность), быструю зарядку (средняя мощность) и сверхбыструю зарядку (высокая мощность).
Медленная зарядка: обычно для домашних зарядных устройств мощностью около 3-7 кВт, подходящих для ночной зарядки дома или в офисе.
Быстрая зарядка: обычно 20-50 кВт, используется в коммерческих зонах и торговых центрах. Быстрее, чем медленная зарядка и полезна для краткосрочной зарядки.
Сверхбыстрая зарядка: Обычно выше 100 кВт, достигая 350 кВт и более. Подходит для дальних поездок, что позволяет быстро заряжать аккумуляторы большой емкости.
Время зарядки зависит от емкости аккумулятора, мощности зарядного устройства и состояния заряда аккумулятора (SOC). Формула расчета:
Время зарядки (часов) = Емкость аккумулятора (кВтч) ÷ Мощность зарядного устройства (кВт)
Например, если электромобиль имеет батарею мощностью 50 кВт и использует быстрое зарядное устройство мощностью 50 кВт, время зарядки составляет около 1 часа. Однако время зарядки может варьироваться в зависимости от SOC и стратегий зарядки. Как правило, зарядка быстрее на ранних стадиях и замедляется, когда SOC приближается к полной, чтобы защитить время автономной работы.
Выбирая зарядную станцию, учитывайте следующие факторы, чтобы убедиться, что она соответствует вашим потребностям.
Для домашней или офисной зарядки подходит зарядное устройство переменного тока с более низкой стоимостью установки и тихой длительной зарядкой. Для частых поездок или быстрых пополнений зарядные устройства постоянного тока больше подходят благодаря своей скорости.
Мощность зарядного устройства напрямую влияет на время зарядки. Более высокая мощность сокращает время, но увеличивает затраты на установку и эксплуатацию. Для домашних хозяйств обычно достаточно зарядных устройств переменного тока мощностью 3,5-7 кВт. Для частой быстрой зарядки рекомендуется 20-50 кВт. Для дальней или срочной зарядки лучше всего подходят сверхбыстрые зарядные устройства (100 кВт +), хотя и менее распространенные и требующие большей совместимости с батареей и портами.
Безопасность имеет решающее значение. Убедитесь, что зарядные устройства имеют комплексную защиту, такую как защита от перегрузки по току, перенапряжения, короткого замыкания и перенапряжения. Корпуса должны быть водонепроницаемыми и пыленепроницаемыми. Зарядные пистолеты и кабели должны быть прочными и надежными.
Различные марки и модели электромобилей могут потребовать определенных интерфейсов или протоколов связи. Убедитесь, что зарядное устройство соответствует вашему электромобилю. Перед покупкой лучше проконсультироваться с производителем автомобиля или поставщиком зарядного устройства.
Как электронное оборудование, зарядные устройства могут столкнуться с проблемами во время использования. Выбор поставщика с надежным послепродажным обслуживанием обеспечивает своевременный ремонт и замену. Проверьте условия гарантии, время отклика на обслуживание и наличие запасных частей.
Таким образом, зарядные станции для электромобилей являются не только важной инфраструктурой, поддерживающей развитие автомобилей на новой энергии, но и ключом к обеспечению удобства и безопасности для владельцев электромобилей. Понимая состав своей системы, принципы работы, методы и типы зарядки, пользователи могут делать осознанный выбор в зависимости от своих потребностей и сценариев. Балансировка таких факторов, как мощность зарядки, время, безопасность, совместимость и послепродажное обслуживание, обеспечивает эффективную, безопасную и экономичную зарядку, что еще больше способствует внедрению электромобилей и реализации экологически чистой мобильности.
