Не в все зарядки “одинаково полезны”, более того производители уже успели напридумывать несколько несовместимых стандартов (хорошо, что Apple и Sony не производят автомобилей!). И даже несмотря на то, что количество электротранспорта ещё не слишком большое, инфраструктуры не так много, уже зарядиться можно не на каждой станции, а только на совместимой с конкретным автомобилем.
Мультистандартная зарядка. Слева направо: разъёмы Mennekes, CHAdeMO, SAE Combo2. Рыночная стоимость такой зарядки минимум в 2 раза больше, чем обычной.
Прежде всего, зарядки лучше разделить по уровням мощности, в США их называют Level 1, 2, 3.
Уровень 1 (Level 1) – это самая медленная зарядка переменным током до 16А. Для США 16А обременены 120 Вольтами и максимум на что можно рассчитывать – это 1.92 кВт пиковой мощности. Для среднего электромобиля это значит, что придётся ждать около 12 часов до полной зарядки. С такой скоростью любой автомобиль можно заряжать без специальной инфраструктуры, просто воткнув адаптер в розетку.
Внутри типичного зарядного устройства находятся средства защиты и регулировки тока, которые замыкают цепь, только когда разъем воткнут в гнездо зарядки автомобиля. Чаще всего в комплектации есть такое зарядное устройство, максимум на 3.3 кВт – больше многие автомобили в базе не проглотят. В домашнем исполнении такая зарядка вряд ли будет стоить больше $500 (вот, например), а в уличном их уже не ставят, но есть некоторое количество старых зарядок 1-го уровня. Сколько они стоят в промышленном исполнении никак не узнать, потому что никто их уже не делает.
Уровень 2 (Level 2) зарядки уже повеселее, до 7 кВт пиковой мощности (240 Вольт, 30А). В домашнем исполнении цена зарядок начинается с $500, в уличном с $1000.
Зарядки первого и второго уровня используют переменный ток. В автомобиле, соответственно, располагается зарядное устройство, которое выпрямляет ток и подзаряжает аккумуляторы.
Если заряжается машина, которая способна переварить 6-7 кВт, то для стандартной ёмкости в 22-24 кВтч получаем уже время около 4 часов. Или меньше 2 часов для среднедневного пробега. Уже намного веселее. Тем не менее, не все автомобили способны переварить такую мощность, любое повышение влечёт удорожание бортового зарядного устройства. Плюс часть публичных зарядок будут установлены не очень удачно, так что лучшее на что можно рассчитывать – это то, что одна маломощная зарядка может перекрыть потребности 1-2 автомобилей, у которых нету доступа к другой инфраструктуре (например, домашней зарядки). То есть, для того чтобы такими зарядками удовлетворить потребности владельцев электромобилей, нужно, чтобы их стояло примерно столько же, сколько и самих электромобилей и плагин-гибридов (по крайней мере порядок цифр должен быть таким же). К тому же они должны стоять в местах, где человек оставляет машину на несколько часов, а не на 15 минут.
Например, средний пробег 20 000 км в год – это 55 км в день. По циклу EPA для Nissan Leaf 2013 в смешанном режиме можно ожидать расхода в 18.125 кВтч/100 км, то есть в день владелец будет тратить 10 кВтч. Стандартная бортовая зарядка на автомобиле в базовой комплектации – 3.6 кВт. Итого, 3 часа в день, каждый день, автомобиль должен заряжаться. Единственная возможность столько часов в день заряжаться, не имея домашней зарядки – на работе. Плюс такой длинный промежуток времени означает то, что владелец часто будет занимать слот ещё дольше, например, всё рабочее время. Далеко не каждый будет выходить и перепарковывать машину после окончания зарядки.
И, наконец, зарядка третьего уровня, самая мощная, быстрая зарядка. 300-600 Вольт, 100 и более ампер. На деле же обычно речь идёт о 50 кВт-зарядках. Они способны зарядить автомобильную батарею от 0 до 80% за 30 минут. Дальнейшая зарядка на них либо вообще невозможна, либо идёт со значительно меньшей мощностью, как у зарядки 1-2 уровня, чтобы не повредить аккумулятор.
В Европе похожая ситуация, стандарт IEC 62196 определяет следующие мощности зарядок:
Mode 1 – 240 вольт 16 А, тот же Level 1, только в Европе 220 Вольт, так что мощность в два раза выше;
Mode 2 – 240 Вольт 32 А (= Level 2);
Mode 3 – 690 Вольт, 3-фазный переменный ток, 63 А, то есть 43 кВт (чаще устанавливаются зарядки с половиной от этого, 22 кВт), такого в штатах уже нет, это быстрая зарядка переменным током;
Mode 4 – быстрая зарядка постоянным током, допускает 600 Вольт и до 400 А, то есть 240 кВт максимум.
Получается, в Европе примерно такие же стандарты мощности зарядок, что и в США, только появляется Mode 3 – быстрая зарядка переменным током. Первые два типа – медленные зарядки, скорость зарядки на них измеряется часами, мощные же могут зарядить аккумулятор типичного электромобиля за полчаса.
Таким образом, ключевое разделение зарядок: обычные и быстрые зарядки. Обычные – Level 1, Level 2 для США, Mode 1, Mode 2 для Европы. Быстрые – Level 3 в США, Mode 3, Mode 4 в Европе. Когда говорят в статистике о тысячах установленных зарядок, почти всегда речь идёт об обычных зарядок. И, конечно, их устанавливают заметно меньше, чем продают автомобилей, хотя и не на порядок.
Что касается быстрых зарядок, есть страны с заметными рынками электромобилей, где их вообще нет. Хотя, наверное, она одна такая, нетрудно догадаться о ком речь. Но об этом подробнее я расскажу, когда буду писать о статистике установок зарядок на сегодняшний день. Впрочем, для плагин-гибридов быстрые зарядки не нужны, не тот объем батареи, чтобы она могла переварить такую мощность при текущих технологиях. На данный момент из всех плагин-гибридов только Mitsubishi Outlander PHEV поддерживает быструю зарядку.
Дальше стоит пробежаться по стандартам. Для быстрой зарядки самое большое количество станций установлено под стандарт CHAdeMO. Этот стандарт используется на автомобилях Nissan, Mitsubishi (так же в альянс входят Toyota, Subaru). Несмотря на то, что сам разъем выглядит очень массивным, рассчитан он на использование тока с напряжением 500 Вольт до 125 Ампер, то есть на 62,5 кВт. Организация CHAdeMO сообщает, что в пределах той же спецификации, используя то же оборудование, ток может быть увеличен до 200 А, а общая мощность до 100 кВт. Глядя на габариты коннектора даже такая мощность выглядит смешной, но на самом деле сейчас нету автомобилей, кроме Tesla, для которых могла бы понадобиться мощность выше 50 кВт, так как большую часть современных аккумуляторов не рекомендуется заряжать током большим 2C.
У Tesla проприетарный стандарт. У американских автомобилей используется и свой, несовместимый ни с чем разъем, так что использование публичных зарядок, отличных от суперзарядок компании, возможно только с использованием адаптера. Правда несколько адаптеров идёт в комплекте с машиной, но лишних движений уже не избежать. У европейских машин используется стандартный в Европе разъем Mennekes, который совместим с Mode 1, 2, 3 зарядками. Собственные суперзарядки Tesla рассчитаны на мощность до 150 кВт, но пока настроены на мощность в 135 кВт.
В США стандарт для большей части автомобилей – SAE (J1772), он используется для Level 1, 2 зарядки. И сейчас начинает развиваться стандарт SAE Combo для Level 3 зарядки, который использует часть коннекторов SAE для установления договорённости, но постоянный ток передаёт по отдельным коннекторам. В этом году возможность быстрой зарядки по стандарту SAE Combo получат первые автомобили – Chevrolet Spark EV и BMW i3 в США. Станций быстрой зарядки для этого стандарта пока практически нет, но у CHAdeMO поддержка только Nissan и Mitsubishi, все остальные производители (Volkswagen, BMW, GM, Ford и т.д.) будут вкладываться в штатах в развитие быстрых зарядок SAE Combo. Быстрая зарядка по стандарту допускает постоянный ток с напряжением 500 Вольт и силой тока до 200 Ампер, то есть мощностью 100 кВт.
В Европе основной стандарт Type 2 более известный по типу используемого разъема, разработанного одноимённой немецкой компанией – Mennekes. С его использованием допустима зарядка в Mode 1, 2, 3. То есть до 43 кВт переменным током. Во Франции и Италии электрические компании предложили Type 3 разъем, конструкция которого включает защиту контактов, и вследствие этого удешевляет стоимость станции, в то же время её мощность ограничена Mode 2 зарядкой и, судя по толщине коннекторов, безальтернативно. Но, слава объединённой бюрократии, Европейская Комиссия решила, что в Европе должен использоваться только Type 2 разъем.
А в Китае используется разъем GB/T 20234, часто называемый просто GBT. Он хоть и подозрительно похож на европейский Mennekes, но с ним не совместим.
Для зарядки постоянным током в Европе предложен разъем Combo2 аналогичный американскому SAE Combo, только сделанный не вокруг J1772, а совместимый с Mennekes, и использующий его коннекторы для установки договорённости с автомобилем. Зарядок по этому стандарту ещё почти не установлено, а сам стандарт только недавно утверждён. Но все свежие автомобили оборудованы соответствующим разъемом.
Так что и в Старом и в Новом свете ситуация со стандартами быстрых зарядок очень похожая. Японские производители поддерживают CHAdeMO, которое во всём мире одинаковое, у Tesla свой стандарт, но разный в США и Европе, все остальные производители продвигают в США SAE Combo, а в Европе SAE Combo2.
Ну и напоследок, чтобы окончательно не взорвать вам мозг, расскажу о более экзотических зарядках.
Первая, это зарядка Proterra. Первоначально компания использовала зарядку с очень простым соединением с открытыми контактами, но в целях безопасности и улучшения внешнего вида, конструкцию пришлось усложнить. Зарядка имеет мощность около 500 кВт, и КПД порядка 92% при быстрой зарядке с 0 до 95% ёмкости за 10 минут.
Сейчас Proterra устанавливает зарядки, где контактные площадки изначально спрятаны, и выезжают только когда появляется автобус. Похожую систему разрабатывает ABB в Швейцарии, только там предполагается установка зарядной системы не на конечной станции, а на каждой остановке и 15+ секундные подзарядки во время погрузки-выгрузки пассажиров. С учётом расходов по установке этой системы на всём маршруте вряд ли у неё есть будущее. Да и, в отличие от Proterra, речь идёт просто о тестировании, а не об использовании этой разработки.
Американская компания Evatran продвигает бесконтактную зарядку второго уровня для легковых автомобилей с мощностью 3.3 кВт. Она требует подключения к 240 Вольт сети, но её мощность в два раза меньше максимальной для Level 2. КПД такой зарядки несмотря на беспроводную передачу неплохое: при входных 3.6 кВт мощность на приёмнике – 3.3 кВт. Проблема только в том, что ни один автомобиль серийно не оборудован приёмником для такой зарядки, так что Evatran продаёт и модуль для установки в самом автомобиле (есть модули для самых популярных в штатах Nissan Leaf и Chevrolet Volt), и саму зарядочную станцию в комплекте за $3 000.
Беспроводная зарядка очень перспективна для обычной, небыстрой зарядки. Она проходит по всем нормам на излучение в США и Европе, она меньше будет загружать улицы, всё оборудование может быть спрятано. Но пока нет ни одного автомобиля поддерживающего такую зарядку с завода. Впрочем, несколько производителей уже пообещали внедрить такую опцию в будущем, например, Porsche. Так что кроме различных проводных зарядок, скоро будут и разные стандарты беспроводных зарядок.
Использование беспроводных зарядок не ограничено малыми мощностями: в Англии уже работают на маршруте 8 новых автобусов, заряжающихся бесконтактно. А в Южной Корее испытывают беспроводную зарядку автобусов в движении, мощность которой составляет 100 кВт. Конечно, последний вариант кажется слишком дорогим для реальной жизни, ведь такая зарядка должна устанавливаться на протяжении всего маршрута движения, и, кроме эстетического, не имеет никаких других преимуществ перед троллейбусами. А использование в личном транспорте выглядит ещё более невероятным, потому что производители никогда не смогут между собой договорится, как строить такую дорогую инфраструктуру, и как прийти к единому стандарту зарядки.
Источник: zilm.livejournal.com
