Разъемы для зарядных станций электромобилей
Введение
Труды Эдисона и Форда в области электротранспорта в начале XX века отозвались международным технологическим бумом лишь в последнее десятилетие. Уже у каждого автоконцерна есть серийные модели и концепты на электротяге. Толчком к прорыву технологий послужили достижения в производстве высокоемких аккумуляторов, экологические аспекты и нестабильность на мировом нефтяном рынке.
Сегодня в Европе установлены десятки тысяч общедоступных зарядных станций, в Китае — сотни тысяч (рис. 1). Многие развитые страны уже приняли решение в ближайшие десять лет заменить весь автотранспорт электрическим. Однако же в России развитие технологий в области электротранспорта идет неспешными темпами. Наверняка многие из нас, воодушевленные разработками Tesla Motors, задумывались о покупке электрокара. И у многих эти размышления заканчивались вопросом: «А где его заряжать?» Действительно, в России очень мало установлено публичных зарядных стаций. По данным приложения PlugShare, в Москве количество пунктов заряда составляет около 150 штук, в Санкт-Петербурге — чуть более 50.
Рис. 1. Доля мирового рынка зарядных станций
Полноценная сеть зарядных станций на общественных парковках в Москве создается в рамках соглашения между правительством столицы и энергетическими компаниями ПАО «Российские сети» и ПАО «Мосэнерго». В Петербурге электрозарядные станции продвигает ПАО «Ленэнерго». Также в развитии данной отрасли участвует ряд частных организаций, однако отечественный малый бизнес не спешит занимать данную нишу ввиду недостаточно большого спроса и долгой окупаемости.
Виды зарядных станций
Рассмотрим два основных типа и устройство станций:
- Медленная зарядная станция (стандартная) на переменном токе. Время заряда может достигать 10 ч. Преобразование тока в постоянный и его регулирование осуществляет встроенное в автомобиле зарядное устройство.
- Быстрая зарядная станция на постоянном токе. Позволяет подвести большую мощность и сократить время заряда до 1 ч. Имеет в составе мощный инвертор.
На рис. 2 схематично изображено устройство зарядной станции.
Рис. 2. Схематичное устройство зарядной станции
Основными узлами станции являются блок управления, контактор и разъем. Блок управления имеет в составе контроллер заряда и обеспечивает связь с автомобилем. Контактор ограничивает пусковые токи и управляется контроллером. Выходной разъем может быть представлен в двух вариациях: розетка на панель либо зарядная вилка (пистолет) с проводом. В зависимости от требований проекта зарядная станция также может включать ряд вспомогательных устройств. Например, модем сотовой связи для обмена данными с центральным сервером, двигатель блокировки разъема и устройства отображения информации.
Типы разъемов
Начиная с 2009 года разработано и стандартизировано несколько типов разъемов для зарядных станций. Сообщество автомобильных инженеров в США приняло стандарт пятиштырькового разъема J1772 (Type 1). Обновленная в 2012 году версия этого стандарта подразумевает наличие специальных средств защиты и позволяет использовать разъем в любых погодных условиях. В стандартном режиме работы мощность заряда достигает 3–7,4 кВт.
В Европе в 2013-м согласно международному стандарту IEC 62196-2 был принят новый тип разъема (Type 2), разработанного компанией Mennekes. Первоначально он был рассчитан на мощность до 50 кВт, но модификация от Tesla Motors позволяет выдавать до 120 кВт. Разъем Mennekes может функционировать как в однофазном, так и в трехфазном включении.
В 2012 году группа крупнейших американских и европейских автопроизводителей (BMW, Audi, Ford, GM, Porsche, Chrysler, VW) установила общий универсальный стандарт разъемов — Combined Charging System (CCS) (рис. 3). Данные разъемы осуществляют зарядку в четырех режимах, предусмотренных международным стандартом IEC 62196-2: медленная зарядка от бытовой розетки; медленная зарядка от бытовой розетки через кабель со встроенным устройством защиты; медленная или быстрая зарядка через специальный разъем с функцией контроля заряда и защиты; быстрая зарядка от внешнего зарядного устройства. Благодаря универсальности данный разъем можно использовать со многими типами станций.
Рис. 3. Внешний вид разъема CCS
На азиатском рынке японская ассоциация CHAdeMO представила свой одноименный стандарт разъемов. Зарядка осуществляется постоянным током и позволяет выдавать довольно большую мощность. Последняя версия этого стандарта поддерживает до 400 кВт. Однако на практике чаще всего используют станции с мощностью до 50 кВт.
Китай же в области электрокаров пошел своим путем. Администрация по стандартизации Китая разработала свою версию разъемов GB или GB/T (Guobiao standard). Обновленное поколение разъемов и кабелей этого стандарта позволяет выдать до 250 кВт мощности при зарядке постоянным током. Также стандарт GB/T имеет версию разъемов для медленной зарядки переменным током. По основным характеристикам они схожи с европейским Type 2.
Основные сигналы
Все из вышеперечисленных типов разъемов имеют схожую структуру и используют общие принципы работы. На рис. 4 представлен разъем Type 2.
Рис. 4. Распиновка разъема Type 2
Разъем содержит семь контактных мест: два маленьких для сигналов контроля и управления и пять больших для подачи питания. Основные три контакта всегда применяются для одинаковых целей:
- Proximity pilot (PP) — сигнализация подключения и определение режима работы;
- Control pilot (CP) — управление ходом заряда;
- Protective earth (PE) — защитное заземление.
Распределение питания по оставшимся четырем контактам определяет режим заряда: нейтраль (N) и фаза (L1) — однофазное включение AC; нейтраль (N) и фазы (L1, L2, L3) — трехфазное включение AC.
При комбинированном типе разъема снизу добавляется контактная группа для постоянного тока. Обычно в ней предусмотрены более массивные контакты, поскольку мощности при быстрой зарядке довольно велики. Также появляется возможность включения зарядки в комбинированном режиме: однофазный переменный ток и низкий постоянный.
Производители
Как известно, одним из крупнейших рынков электротранспорта является Китай. За последние годы китайские производители промышленных разъемов активно начали развивать и изготовление комплектующих для зарядных станций. Например, одним из самых распространенных в России брендов является компания Degson.
Рис. 5. Чертеж разъема DEGSON Type 1
Основанная в 1990 году, компания Degson принадлежит к числу ведущих производителей и высокотехнологичных предприятий по производству клеммных колодок в области промышленных соединений. Два года назад фирма представила новую линейку разъемов для зарядных станций. В настоящее время в серию запущены разъемы трех типов: Type 1 (рис. 5), Type 2 (рис. 6) и GB/T.
Рис. 6. Чертеж разъема DEGSON Type 2
По спецификации GB/T выпускаются зарядные пистолеты и приборные розетки как для быстрой, так и для медленной зарядки. Пример разъема DEGSON для быстрой зарядки представлен на рис. 7. Также в серии присутствуют готовые сетевые зарядные устройства, рассчитанные на зарядку токами 8, 13 и 16 А.
Рис. 7. Изображение разъема DEGSON GB/T
Разъемы Type 1 и Type 2 для зарядки переменным током представлены в виде отдельных пистолетов, готовых сборок длиной 5 и 10 м, а также переходников для соединения разъемов разных серий.
Все разъемы выпускаются в соответствии с основными международными стандартами: GB/T 20234-2015, IEC62196.2-2014 и SAE J1772.
Как и во всех перспективных отраслях промышленности, на мировом рынке электронных компонентов главную нишу занимают крупные западные бренды. Основными производителями разъемов для зарядных станций являются TE Connectivity, Phoenix Contact и ITT Cannon. Эти компании широко известны своими достижениями в производстве соединителей. Однако за премиальность приходится платить.
Цена на зарядные разъемы в США стартует примерно от $100 и достигает $2000 в сборе с кабелем, в то время как аналогичная продукция китайского производства обходится в несколько раз дешевле, не уступая в качестве.
24 октября, 2007