Как да зареждате правилно новите енергийни коли?

Разбиране на нивата и стандартите за зареждане на новоенергийни автомобили

Ниво 1, Ниво 2 и бързо зареждане с постоянен ток: случаи на употреба и реална производителност

Електрическите превозни средства обикновено имат три основни опции за зареждане, всяка от които е проектирана за различни ситуации и нужди. Първият режим работи с обикновени контакти от 120 V, които се срещат в повечето домакинства (мощност около 1–2 kW). Той обаче зарежда сравнително бавно – приблизително 5 до 20 километра пробег на час. Това е подходящо предимно за бързо допълнително зареждане през нощта или когато има достатъчно време. Вторият режим изисква специални вериги от 240 V, инсталирани в дома или на работното място (3–19 kW). С тази конфигурация шофьорите получават между 15 и 80 km добавен пробег на час, което отговаря добре на ежедневните нужди от зареждане – както у дома, така и на паркинги при офиси или публични зарядни станции, разположени по целия град. Най-бързият режим е постояннотоковото (DC) бързо зареждане – трети режим, при който електричеството минава покрай вградения в автомобила преобразувател и постъпва направо в батерийния пакет при значително по-високи скорости (50–350 kW). Повечето EV получават от 100 до над 300 km пробег за по-малко от двадесет минути с тези суперзарядни станции – идеално за дълги пътувания, но определено не нещо, което трябва да се използва постоянно. Проучвания показват, че постоянното използване на бързо зареждане всъщност ускорява износването на батериите поради натрупване на топлина. Според резултати, публикувани от Министерството на енергетиката на САЩ, автомобилите, които редовно се зареждат с висока скорост, губят около 10–15 % от общата си капацитетна мощност всяка година в сравнение с тези, които използват предимно по-бавните методи за зареждане от втори режим.

Променлив ток срещу постоянен ток: Как ефективността на преобразуването и интеграцията в електрическата мрежа влияят върху новите енергийни автомобили

Когато става дума за променливотоковото (AC) зареждане на електрически автомобили (нива 1 и 2), самият автомобил извършва по-голямата част от работата по преобразуване на променливия ток от електрическата мрежа в постоянен ток, необходим за зареждане на батерията. Този вграден процес на преобразуване всъщност губи около 10–15 % от енергията по време на преобразуването, а съществува и строго ограничение върху количеството мощност, която може да се обработи, тъй като повечето преобразуватели достигат максимум около 11 киловата. Това, което прави този подход толкова популярен, е, че той добре съвпада с инфраструктурата, която вече е налична в домакинствата и предприятията по цялата страна. Но нека бъдем честни: ако някой иска бързо да зареди своя електромобил, AC зареждането просто не е достатъчно. Тук на помощ идват станциите за бързо постояннотоково (DC) зареждане. Те извършват цялото преобразуване точно на мястото на зареждането, което означава, че по време на процеса не се губи енергия вътре в автомобила. И как зарежда бързо! Има обаче един недостатък. За пускане в експлоатация на тези високомощни станции е необходима силна локална електрическа мрежа, специални системи за охлаждане на дебелите зарядни кабели и понякога дори ново оборудване за подстанции. По-старите населени места особено трудно интегрират тези напреднали зарядни устройства, тъй като инфраструктурата им не е проектирана за такива големи натоварвания. От друга страна, разпръсването на AC зарядни точки помага по-добре да се управлява електрическата консумация, например чрез планиране на зареждането през часовете с ниско търсене. Междувременно концентрирането на прекалено много DC бързи зарядни станции в една и съща област обикновено принуждава електрическите компании да извършат скъпи модернизации, за да се запази стабилността на напрежението и да се предотврати прегряването на трансформаторите.

Осигуряване на съвместимост на конектори и протоколи за новите енергийни автомобили

Надеждността на зареждането зависи от съвместимостта на физическите конектори и цифровите комуникационни протоколи — не само от формата на щепсела, но и от взаимодействието между автомобила, зарядното устройство и системите от задна линия.

CCS, CHAdeMO, NACS и Type 2 – съпоставяне на стандарти с марки автомобили и региони

Глобалният пейзаж на зареждане на електромобили (EV) се доминира от четири основни типа конектори. Първият е CCS, който е станал предпочитаният вариант както за променлив ток (AC), така и за постоянен ток (DC) в повечето части на Северна Америка и Европа. Следва CHAdeMO — все още доста разпространен в Япония, където се използва за по-старите електромобили на Nissan и Mitsubishi. Най-новият участник на пазара е NACS, първоначално разработен от Tesla, но вече приет от Ford, GM, Rivian и дори Volvo, което допринася за по-голяма еднородност на пазара в САЩ. И накрая, конекторите тип 2, специфицирани според стандарта IEC 62196-2, остават основният стандарт за зареждане с променлив ток (AC) из цяла Европа. Регионалните карти на зарядните станции ясно илюстрират това разделение: около две трети от обществените зарядни устройства в Европа приемат или CCS, или тип 2, докато азиатските страни продължават да използват предимно инфраструктура CHAdeMO. Въпреки че автомобилите с множество зарядни портове стават все по-достъпни, всеки, който планира пътешествие между различни региони, би бил разумен да провери какъв тип зарядно устройство всъщност му е необходимо, преди да потегли. Само на предположенията може да се довери нещастна изненада край пътя. Приложения като PlugShare или ChargePoint обаче помагат да се уреди този въпрос предварително.

Включване и зареждане, аутентикация и защо не всички портове осигуряват номиналната постояннотокова мощност

Функцията „включи и зареди“ работи чрез т.нар. цифрова ръкостискане, съвместимо със стандарта ISO 15118, между превозните средства и зарядните станции. Това позволява на електрическите автомобили да се автентифицират автоматично и да бъдат правилно фактурирани, без да се налага използването на досадните мобилни приложения или RFID карти, които хората постоянно забравят. В момента обаче съществува един голям проблем. Според скорошно проучване на Международния съвет за чист транспорт (ICCT) от 2023 г. приблизително 35 процента от обществените бързи DC зарядни станции просто не могат да поддържат обявената си мощност повечето от времето. Защо се случва това? Има няколко причини. Първо, когато търсенето на електроенергия в мрежата рязко нарасне, напрежението обикновено спада, което влияе върху производителността. След това идват системите за управление на батериите, които всъщност намаляват скоростта на зареждане, когато батериите достигнат около 90% от капацитета си. И нека не забравяме и по-старото зарядно оборудване, което просто не може да отговаря на съвременните стандарти за сигурност или да комуникира правилно с новите модели автомобили. Температурата също играе роля. Когато външната температура стане много висока — например над 35 °C — или изключително ниска — под минус 10 °C — термичните сензори се активират и намаляват скоростта на зареждане до 40 процента. Те правят това, защото понякога безопасността има по-голямо значение от бързото зареждане.

Настройка на безопасно и ефективно домашно зареждане за нови енергийни автомобили

Електрически изисквания: капацитет на таблото, размери на веригата и съответствие с Националния електротехнически кодекс (NEC) за устройства за зареждане на електромобили (EVSE)

При инсталиране на домашен зарядно устройство от клас 2 първата стъпка включва наемане на лицензиран електротехник, който ще извърши т.нар. пълно изчисление на натоварването според член 220 от Националния електротехнически кодекс (NEC). В днешно време повечето къщи са оборудвани с разпределителни табла с номинален ток между 100 и 200 ампера, но когато се добави EVSE (електромобилно зарядно устройство) с ток 40–50 ампера, общото свързано натоварване често се доближава до 80%-ния лимит за постоянно натоварване, установен от Националния електротехнически кодекс. Ако текущото натоварване вече надвишава 80 % от максималната мощност, която таблото може да поеме, тогава е необходимо или да се модернизира таблото, или да се инсталира интелигентно EVSE, способно да намали част от натоварването. При избора на размера на веригата трябва да се има предвид и 80%-ното правило на NEC, което важи и тук. Това означава, че въпреки че прекъсвачът е 50-амперов, той всъщност може да поддържа само около 40 ампера за непрекъснато зареждане на електромобил. Също така е необходимо правилно съответствие на електропроводката. За вериги с ток 50 ампера стандартната практика е използването на меден кабел с напречно сечение 6 AWG. Не забравяйте и защитата срещу токове на повреда на земя (GFCI), която е задължителна според член 625.21 от NEC, независимо дали инсталацията се извършва вътре или вън от сградата.

Монтаж с постоянна връзка срещу монтаж чрез щепсел: най-добрите практики за сертифициране според UL, GFCI и защита срещу атмосферни влияния

Стационарните зарядни станции за електромобили (EV) обикновено имат по-дълъг срок на служба и са по-безопасни при постоянната им инсталация навън, тъй като нямат тези контактни гнезда, които с времето се износват поради постоянното използване. Те също намаляват броя на потенциалните точки на повреда. От друга страна, моделите с щепсел обикновено се свързват чрез стандартни контакти NEMA 14-50, което дава на потребителите повече възможности за избор на място за инсталация. Но тук съществува и един нюанс, който много хора пропускат. След стотици включвания и изключвания — особено през влажните сезони — тези връзки могат да развият проблеми като искряне или прекомерно нагряване вътре в контакта. И двата типа трябва да отговарят на стандарта UL 2594, което означава, че са оборудвани с защити срещу електрически повреди, автоматично изключване при прекомерно повишаване на температурата и защита от високоволтови импулси. При монтиране на всяка такава система навън трябва да се избират устройства с класификация NEMA 4, с подходящо уплътнение около кабелните канали, а точките за монтиране трябва да са разположени на височина поне 30 см над нивото на земята. И не забравяйте нещо важно за гаражи или алеи, които са подложени на влага: инсталирайте автоматични прекъсвачи с функция GFCI (защита от токови изтичания), а не само обикновени прекъсвачи. Тези специални прекъсвачи спират веднага подаването на електричество при възникване на проблем — абсолютно задължителна мярка за безопасност в райони, където редовно има дъжд или сняг.

Максимизиране на здравето на батерията чрез интелигентна дисциплина при зареждане за автомобили с нова енергия

Литиево-йонните батерии в автомобилите с нова енергия се деградират по предсказуем, но контролируем начин при излагане на екстремни напрежения, топлинен стрес и зареждане с висок ток. Стратегическата дисциплина — а не само технологията — определя дългосрочното здраве.

Правилото 20–80 %, термичен мениджмънт и влиянието на честото бързо зареждане с постоянен ток

Поддържането на литиево-йонните батерии в заряден диапазон от 20 % до 80 % всъщност помага да се намали напрежението върху химичния състав в тези клетки. Проучване, публикувано в списание „Nature Energy“, показа, че хората, които избягват пълното изтощаване и пълното зареждане на батериите си, постигат продължителност на живота на батериите си около два до три пъти по-дълга в сравнение с тези, които редовно извършват пълни цикли на зареждане. Важна е обаче и температурата. Когато температурата надвиши 25 °C (около 77 °F), нежеланите химични реакции започват да протичат по-бързо. Студеното време също създава проблеми, тъй като системата за управление на батерията трябва да изразходва допълнителна енергия за затопляне на батерията, преди изобщо да може да започне правилно зареждане. За най-добри резултати се препоръчва възможно най-често да паркирате на прохладно и добре проветрено място. Не забравяйте също да активирате функциите за предварително кондициониране, ако такива са налични, особено при много високи или много ниски външни температури.

Има смисъл да пазим бързото зареждане с постояннотокови (DC) зарядни станции за случаите, когато наистина се нуждаем от него – например по време на по-дълги пътувания из града или извън щата. Проблемът е, че всеки път, когато се свържем към бързо DC зареждане, вътрешността на батерията се нагрява значително, което не е особено полезно за нейния срок на служба с течение на времето. Според проучване, проведено в Националната лаборатория Айдахо, автомобилите, които използват предимно зареждане от тип Level 2, запазват около 92 % от първоначалната си батерийна мощност дори след изминаване на около 160 000 километра. Но вижте какво се случва, когато някой използва бързото DC зареждане повече от една четвърт от времето – при тези батерии средната запазена капацитет е само около 83 %. Затова за ежедневно шофиране в града е напълно разумно да се придържаме към зареждане от тип Level 2. Пазете бързото зареждане за извънредни ситуации или когато планирате дълго пътуване по магистрала – така електромобилите ни ще просъществуват по-дълго, без да жертват много удобство.