12 subscribers

Зарядные станции для электрического транспорта. Как работают и заряжаются электромобили?

В последние годы в разных странах мира появляется всё больше электрического транспорта. Это электромобили, электробусы и другие транспортные средства, работающие на электрической тяге. Они куда более экологичны и требуют меньше технического обслуживания, нежели автомобили с бензиновыми или дизельными двигателями. При этом их параметры разгона и скорости не уступают, а иногда и превосходят автомобили с двигателями внутреннего сгорания. В России уже во многих, в основном, крупных городах появляются зарядные станции для электрокаров. Лидеры в этом, конечно, Москва и Санкт-Петербург, где практически в каждом районе города установлены электрозаправки.

Как устроен электродвигатель?

КПД электродвигателя намного выше, чем КПД двигателя внутреннего сгорания (около 95% против 10-30% бензиновых двигателей и 30-40% дизельных двигателей).

Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) состоит в том, что внутри камеры сгорания происходит воспламенение топлива. Вследствие его горения выделяется тепловая энергия, которая преобразовывается в механическую. ДВС – сложная механическая конструкция, которая имеет множество частей.

Тяговый электродвигатель значительно проще устроен и имеет неизменный коэффициент полезного действия.

Устройство электродвигателя
Устройство электродвигателя

Электродвигатель включает в себя статор и ротор. В статоре вращается магнитное поле и действует на обмотку ротора, наводит в нём ток индукции. После этого возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.

Виды электромобилей

На настоящий момент электрические автомобили представлены всеми типами кузова. Это и компактные «smart » авто для передвижения по городу, и грузовики, использующие электродвигатели для своей работы.

Но среди электромобилей также существуют некоторые различия в их типах:

  • Аккумуляторный электромобиль (BEV) – приводятся в движение электродвигателем, который питается энергией аккумуляторных батарей заряжаемых от внешних источников энергии.
  • Гибридный электромобиль (HEV) – комбинация электропривода и ДВС, но без возможности запитать машину от внешнего источника.
  • Подключаемые гибриды или плагин-гибриды (PHEV ) – Работают так же, как и гибридные, но с возможностью подзарядки батарей от внешних источников.
Разновидности электромобилей
Разновидности электромобилей

Также электродвигатели могут использоваться как переменного (синхронный или асинхронный), так и постоянного тока.

Зарядные станции

Электрический транспорт вмещает в себя аккумуляторные батареи, которые накапливают заряд и позволяют приводить транспорт в движение. Заряд и разряд происходит благодаря химической реакции элементов, взаимодействующих друг с другом (литий, никель, кобальт и т.д.). Электромоторов может быть несколько. Чтобы производить заряд накопителя электротранспорта от внешнего источника питания, необходимы специальные устройства – зарядные станции. Они являются заправками для электромобилей и электробусов.

Зарядные станции или электрозаправки являются элементами инфраструктуры города, которые находятся на придорожной территории и предназначены для зарядки аккумуляторов электрического транспорта, такого как электрокары, электробусы, электросамокаты, гироскутеры и так далее. Электрозаправки как и любое зарядное устройство являются преобразователем одного вида энергии в другой. То есть, чтобы запитать АКБ электромобиля, которая использует постоянный ток, необходимо преобразовать переменный ток внешней сети. Помимо этого, зарядные устройства выравнивают напряжение общих сетей электроснабжения на вольтаж, подходящий электродвигателю автомобиля.

Зарядные станции подразделяются на станции переменного тока и постоянного тока .

Как заряжаются электромобили?

Проще всего пополнить энергию электротранспорта с помощью обычной однофазной сети переменного тока . Зарядить АКБ от обычной бытовой розетки позволит специальный преобразовательный кабель, которым обычно комплектуется любой электрокар. Но в данном случае пополнение энергии будет происходить очень медленно, так как розетка 220В не способна выдать большой ток, достаточный для быстрого заряда всей ёмкости электромобиля.

Питание от трёхфазной сети 380В переменного тока обеспечивает бó льшую выходную мощность зарядного устройства (ЗУ), которая достигает 43кВт. При этом зарядка может производиться по трёхфазной и однофазной схеме. Для данного способа уже не подойдёт простой кабель с преобразователем, в таком случае используется стационарное ЗУ, которое выдаёт максимальный ток на выходе 63А, а диапазон выходного напряжения до 480В.

Зарядка электрокара постоянным током
Зарядка электрокара постоянным током

Самый быстрый способ зарядки электродвигателя – это зарядка постоянным током , при которой отсутствует звено преобразования переменного тока в постоянный. От ультрабыстрых зарядных станций с большим током обычно заряжаются электробусы, которые имеют на борту АКБ большой ёмкости.

Также существуют различные виды разъёмов и вилок для зарядки электромобилей с выходной мощностью 65, 100, 120, 180 кВт в зависимости от модели. Среди них следующие:

  • Type 1 J 1772;
  • Type 2 Mennekes;
  • Tesla Supercharger;
  • CCS Combo 1/2;
  • CHAdeMO.
Зарядка электробусов
Зарядка электробусов

Электробусы заряжаются специальной мачтой, которая считается ультрабыстрой зарядной станцией и обеспечивает полной зарядкой за 20 минут. К данной подзаряжающей колонне электробус стыкуется с помощью контактных токоприёмников, расположенных на крыше.

Электрические щиты для электробусов

Электробусы в отличие от троллейбусов, которые получают энергию от контактных проводов и на протяжении всего пути к ним присоединены, электробусы имеют на своём борту электрический тяговый двигатель на АКБ. Автобусный автопарк, в котором состоят такие экологичные автобусы должен иметь специальные мощные зарядные станции.

Чтобы обеспечить электрический автобус энергией используются станции с зарядным куполом, либо пополнение производится одним из разъёмов при долгой ночной зарядке.

Щиты преобразователей для зарядной станции
Щиты преобразователей для зарядной станции

Некоторые зарядные станции заряжают электробусы как куполом, так и зарядными кабелями. Такие электрозаправки имеют модульную конструкцию, позволяющую осуществлять сервисные работы изнутри. Внутри мощной зарядной станции обычно установлен следующий комплект из электрических щитов. Вводной силовой щит обеспечивает ввод электроэнергии внутри станции, а также защищает оборудование от перегрузок. Щит собственных нужд (ЩСН) – также как и на трансформаторных подстанциях обеспечивает распределение электрической энергии от вводного щита по потребителям. ЩСН обеспечивает защиту и резервирование потребителей внутри зарядной станции. Шкаф преобразователей представляет собой устройство для конвертирования входного напряжения под напряжение с параметрами, необходимыми для зарядки электробусов. В своём составе щит с преобразователями имеет инверторы, преобразующие напряжение из AC в DC и высокоскоростные блоки защиты от скачков напряжения. Также в его составе имеются автоматы защиты для каждого устройства. В результате работы электрических щитов и правильного распределения электроэнергии, необходимое напряжение поступает в розетку или купол с 2 контактами для пополнения заряда электробусов.

Подробнее о щитах для зарядных станций: https://www.04kv.com/produkziy/zaryadnye_stancii