Что такое и как работает автомобильная зарядная станция

По данным EV-Volumes, в 2021-м рынок электромобилей побил очередной рекорд: на 168 % выросли продажи электрокаров по сравнению с предыдущим годом. Суммарно во всех странах было продано 2,65 млн экземпляров, больше всего — в Германии, Великобритании и Франции. Параллельно с ростом рынка электромобилей увеличивается и количество автомобильных зарядных станций, рынок которых ежегодно прирастает на 20 % по оценкам издания EAuto.

Расширение мобильной зарядной инфраструктуры — логичное следствие роста популярности электромобилей в мире и в России. В отдельных странах инициаторами появления новых автомобильных зарядных станций становятся власти: они создают благоприятные условия не только для установки, но и для их производства. Кроме того, этим рынком интересуются инженеры и предприниматели, которые занимаются развитием инфраструктуры, пишут специализированное ПО и создают системы контроля заряда.

На фото — зарядка электромобилей

Рынок зарядных станций для электрокаров разделен на три части: в него входят устройства для домашнего, частного и общественного пользования. С учетом этого выделяют три уровня зарядных устройств.

Это бортовые устройства, которые выглядят как продвинутые зарядные устройства для смартфона. Их можно подключать к обычной розетке — они принимают переменный ток от электросети и преобразуют его в постоянный для подзарядки штатного аккумулятора. Так как это очень медленный процесс, такие зарядные устройства оправдывают себя только в домашнем использовании.

Реализованы в виде полноценных отдельных модулей, внутри которых есть плата преобразования энергии, плата контроля коммуникации с автомобилем и отдельная плата для передачи данных на другие устройства (например, смартфон пользователя). Это самый распространенный тип зарядных устройств для электрокаров, причем для частного и общественного пользования в них обычно добавляют средства защиты и ограничения доступа, а также экраны для вывода информации. Если зарядку нужно интегрировать в систему управления зданием — а это часто встречается в бизнес-центрах — потребуется соответствующий контроллер.

Как раз их мы обычно называем автомобильными зарядными станциями или DC-зарядками. И это они чаще всего установлены вдоль трасс и на бензиновых заправках. У них наиболее сложная конструкция и высокая производительность: до 150 кВт, нескольких сотен ампер и 480 Вт. В DC-зарядках есть дополнительный модуль для преобразования тока и контроля, а для обмена данными с центральным сервером используются такие же модемы, как в зарядках второго уровня. Главное преимущество зарядок третьего уровня в том, что они могут подзарядить аккумулятор электромобиля за 15-30 минут.

Принцип простой: необходимо подключить один разъем зарядного устройства к батарее автомобиля, а второй — к трехфазной розетке. На старте и в конце зарядки пользователь слышит звуковой сигнал. Время подзарядки зависит от силы тока, емкости автомобильного аккумулятора и напряжения в электросети. Соответственно, чем мощнее зарядная станция, тем меньше времени понадобится на восстановление заряда до максимального значения. Самые медленные — это зарядки первого уровня, они подходят исключительно для домашнего использования.

Автомобильные зарядные станции

Автомобильные зарядные станции используются не только для легковых электрокаров: от них могут подзаряжать аккумуляторы электро- и гироскутеры, электросамокаты, сигвеи, электровелосипеды и другие виды электротранспорта.

Электрические зарядные станции более технологичные, чем их бензиновые аналоги. Многие из них обмениваются информацией с центральной платформой и могут отправлять информацию на смартфоны владельцев электромобилей. Например, искусственный интеллект определяет, когда зарядной станции потребуется внеочередное техобслуживание, и доставляет соответствующее оповещение техническому персоналу. Владелец электромобиля может установить на смартфон приложение, которое подсказывает, как лучше спланировать маршрут к месту назначения, чтобы сделать минимум остановок и сэкономить деньги.

Идея использовать для подзарядки электрокаров автономные зарядные станции появилась сравнительно недавно, но уже несколько крупных компаний запустили пилотные решения или вплотную к этому приблизились. Прежде всего речь идет о солнечных зарядных станциях, которые питаются от возобновляемого источника энергии.

Живые примеры реализации этой концепции уже есть. Компания Electrify America построила 30 солнечных зарядных станций в небольших населенных пунктах Калифорнии. Внешне каждая такая станция представляет собой расположенные в виды навеса солнечные панели на 4,28 кВт и стационарный аккумулятор емкостью 32 кВт⋅ч в комплекте. Этого достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией две зарядные точки максимальной мощностью 6 кВт. Другой пример — компания Beam Global, которая запатентовала и выпустила мобильные зарядные станции EV ARC, оснащенные солнечными панелями на 4 кВт и аккумуляторными батареями емкостью 24 кВт⋅ч. Хотя даже целого дня не хватит на то, чтобы EV ARC смогла полностью зарядить аккумулятор последней модели Tesla, использование подобных зарядных станций оправдано хотя бы потому, что они позволяют ощутимо сократить расходы на электроэнергию.

Рынок автомобильных зарядных станций характеризует появление не только экологически чистых решений, но и рост интереса к частным зарядным станциям второго уровня в противовес тем, что предназначены для широкого круга пользователей. Хотя первые отдают заряд довольно медленно, стоимость электроэнергии в них существенно ниже. Поэтому доля использования зарядных станций дома и на работе может достигнуть рекордных 90 % уже в ближайшие несколько лет. Тем, кто предпочитают зарядку «на ходу», придется переплачивать за скорость и дополнительный сервис.