Зарядка электромобиля зависит от трех компонентов, и ее скорость всегда будет определяться самым слабым звеном цепи. Этими тремя компонентами являются зарядная станция, кабель для зарядки и бортовое зарядное устройство. Наименее известным из этих трех устройств является бортовое зарядное устройство. Итак, как оно работает? Каковы основные типы бортовых зарядных устройств? И каковы перспективы на будущее?
Зарядное устройство?
Слово "зарядное устройство" может сбить с толку. Поскольку зарядную станцию обычно называют зарядным устройством, необходимо уточнить, что существует два типа зарядных устройств:
- Бортовое зарядное устройство (БЗУ), встроенное в автомобиль.
- Зарядная станция (также называемая зарядным устройством, которое может быть как переменного, так и постоянного тока) - оборудование для питания электромобилей.
В этой статье мы рассмотрим бортовые зарядные устройства, которые являются неотъемлемой частью каждого электромобиля.
БЗУ на 6,6 кВт
Как работает зарядка?
Существует два основных типа зарядки. Вы можете использовать либо постоянный, либо переменный ток. Если используется переменный ток, подаваемый из розетки или от зарядной станции переменного тока, ток проходит по зарядному кабелю к встроенному зарядному устройству, которое преобразует переменный ток в постоянный и передает его в аккумулятор через систему управления аккумулятором (Battery Management System, BMS).
Если автомобиль заряжается постоянным током, то бортовое зарядное устройство отключается, и ток подается через BMS непосредственно на аккумулятор. Таким образом, БЗУ не используется во время зарядки постоянным током, но при таком способе зарядки к BMS предъявляются более высокие требования.
БЗУ на 3,3 кВт
Какова роль бортового зарядного устройства?
Прежде всего, встроенное зарядное устройство позволяет регулировать ток и напряжение, при которых необходимо заряжать аккумулятор (режим регулирования напряжения или тока), тем самым увеличивая срок службы аккумулятора.
Зарядное устройство обеспечивает зарядку либо постоянным током, либо постоянным напряжением, и оба они просты в эксплуатации. И у каждого из них есть свои преимущества и недостатки. В случае зарядки постоянным током обеспечивается высокая эффективность и скорость зарядки, но существует риск того, что на более позднем этапе аккумулятор будет перегружен и срок его службы сократится. В случае зарядки при постоянном напряжении существует риск того, что с самого начала в батарею будет поступать слишком большой ток, что приведет к чрезмерному нагреву батареи и повторному сокращению срока ее службы.
Таким образом, зарядное устройство обеспечивает первоначальную зарядку постоянным током, поддерживая таким образом скорость и эффективность, и когда напряжение на обоих концах аккумулятора достигает определенной амплитуды, оно переходит на зарядку постоянным напряжением. Эта система называется стратегией зарядки и является наиболее важной функцией бортового зарядного устройства.
Первая фаза - это так называемый этап PFC (регулятор коэффициента мощности или коррекция коэффициента мощности), который преобразует переменный ток в постоянный. Эта часть зарядного устройства определяет, сможет ли оно использовать одну, две или все три фазы переменного тока. Затем выходное напряжение 700 В поступает на вторую фазу.
Вторая фаза называется преобразователем LLC. На входе используется вышеупомянутое напряжение 700 В, а на выходе - напряжение, необходимое аккумулятору в данный момент времени для зарядки.
Какие существуют типы бортовых зарядных устройств?
Бортовые зарядные устройства можно разделить в зависимости от того, сколько фаз они могут использовать (одну, две или три), а также от их мощности. Выходная мощность бортовых зарядных устройств обычно находится в диапазоне от 3,7 кВт до 22 кВт. Эти две характеристики определяют цену зарядного устройства и цену всего электромобиля.
Стандартное зарядное устройство имеет мощность 7,3 кВт, если оно использует только одну фазу, или 22 кВт, если оно использует три фазы. Зарядное устройство также может определить, будет ли оно использовать только одну фазу или три. При подключении к домашней сети переменного тока, мощность которой также будет составлять 22 кВт, время зарядки будет зависеть только от емкости аккумулятора.
Напряжение, которое может принимать это встроенное зарядное устройство, составляет 110-260 В переменного тока при подключении только к одной фазе (и 360-440 В при использовании трех фаз). Выходное напряжение, подаваемое на аккумулятор, находится в диапазоне 450-850 В.
БЗУ на 11 кВт
Перспективы на будущее
Поскольку скорость зарядки электромобиля всегда зависит от мощности самого слабого звена, существует тенденция к созданию все более мощных бортовых зарядных устройств. Текущие исследования в основном направлены на уменьшение габаритов и веса зарядного устройства с акцентом на высокую плотность энергии, высокую эффективность зарядки и хорошее рассеивание тепла.
Исследования первой части зарядного устройства (фаза PFC) продвинулись далеко вперед, и в настоящее время эффективность достигает 98%. Таким образом, общая эффективность зависит главным образом от конструкции и КПД преобразователя постоянного тока во второй фазе.
