Видове зарядни станции за електромобили - технологични особености и предимства

Технологичният напредък и редицата промени в обществените нагласи през последните години предизвикаха драстична еволюция в сферата на мобилността. Едновременно с тенденции като дигитализация, автономно шофиране и споделена мобилност, динамично се развива и електрическата мобилност, на която в ЕС се гледа като на жизнеспособна възможност за постигане на целите за намаляване на емисиите на парникови газове, ограничаване на атмосферното замърсяване, шума и зависимостта от петрол. Степента, до която електромобилността може да допринесе за това обаче, зависи от различни фактори, например дяла на електрическите превозни средства от общия автопарк и доколко електромобилите могат да останат екологосъобразни през жизнения си цикъл.

Глобалните продажби на нови електромобили отбелязват значителен ръст, като за основна причина за това се смята масовата употреба на този вид транспорт в Китай. Според проучване на Европейския парламент от април 2019 г., въпреки бързия растеж, пазарът на електромобили в ЕС все още е малък и до голяма степен зависим от политиките в областта. Повечето електрически превозни средства са концентрирани в няколко северни и западни страни членки, въпреки че напоследък най-голям ръст на продажбите се регистрира в южните и източните държави. През 2017 г. броят на електромобилите в света е 3,1 млн., което е с 50% повече, отколкото през 2016 г. Около 40% от тези автомобили са регистрирани в Китай. През същата година Норвегия е водеща по дял на електромобилите в автопарка, като 39% от продадените нови коли са електрически.

Зарядна инфраструктура

Един от основните фактори, възпиращи по-широкия прием на електрическите превозни средства, е разбирането, че те не могат да покрият желаното разстояние, без да се наложи да бъдат зареждани. Това може да се дължи или на действителна липса на зарядна инфраструктура, или на неосведоменост, че тя съществува. Въпреки че мрежата от зарядни станции се разраства с различни темпове на територията на ЕС, подобно на употребата на електромобили тя все още е недостатъчна в някои държави, като същевременно липсва и централизирана информация за всички съществуващи зарядни точки.

Повечето публичнодостъпни зарядни станции в ЕС са разположени в урбанизираните територии на страни като Нидерландия, Германия и Франция. През 2017 г. например в Нидерландия има над 32 000 зарядни точки и повече от 119 000 регистрирани електромобила, докато в Гърция бройките са съответно 40 и малко над 300. Установено е, че към момента на основните магистрали в ЕС има по една бързозарядна станция на всеки 60 км.

ЕС предприема различни мерки за насърчаване на увеличението на броя на зарядните точки, подобряване на осведомеността за съществуването им и оптимизиране на стандартизацията и оперативната съвместимост. Една от стъпките е приемането на директивата за разгръщането на инфраструктурата за алтернативни горива, която препоръчва задаването на минимално ниво на инфраструктурата – около една публично достъпна зарядна точка на всеки 10 електрически автомобила. По последни данни към момента има една обществена зарядна точка за всеки 5 електромобила. Предвид очаквания ръст на броя електрически превозни средства, се очаква до 2025 г. в ЕС да са необходими близо 2 млн. зарядни точки. Документът препоръчва също използването на интелигентни измервателни системи, позволяващи зареждането да се осъществява от електроенергийната мрежа в моменти с ниско потребление, както и в дългосрочен план зарядните точки да позволяват електрическите превозни средства да подават енергия към мрежата.

Мерки се предприемат и за подобряване на зарядната инфраструктура в домакинствата и работните места, предвид факта, че повечето електромобили се зареждат именно на тези места. Директивата относно енергийните характеристики на сградите от 2018 г. изисква например наличието на поне една зарядна точка във всяка нова нежилищна сграда (например търговски центрове) и в съществуващите сгради, подложени на основна реновация, имащи над 10 паркоместа.

Типове и режими на зареждане

Зареждането на електрически превозни средства може да бъде категоризирано спрямо режим и тип. Режимът на зареждане описва скоростта, с която се зарежда електромобилът, дефинира необходимите величини на напрежение, ток и скорост, които зарядните кабели трябва да предоставят, както и нивото на комуникация между превозното средство и станцията. Зарядните режими са определени в международния стандарт IEC 61851 и са както следва:

• Mode 1 – бавно променливотоково зареждане от стандартен домакински контакт, зарядното устройство е интегрирано в превозното средство (250 V еднофазно или 480 V трифазно; макс. 16 A; 3,7-11 kW);
• Mode 2 – бавно променливотоково зареждане с полуактивна комуникационна връзка с превозното средство с цел безопасност (250 V еднофазно или 400 V трифазно; макс. 32 A; 7,4-22 kW);
• Mode 3 – променливотоково зареждане с активна връзка между зарядната станция и електромобила за гарантиране на безопасността и осигуряване на възможност за интелигентно зареждане (250 V еднофазно или 480 V трифазно; макс. 32 A; 14,5-43,5 kW);
• Mode 4 – постояннотоково бързо зареждане, активна връзка между зарядната станция и превозното средство (600 V DC, макс. 400 A; 38-170 kW).

Типът на зареждане описва конектора, свързващ електромобила и зарядната точка. Съществуват следните стандарти: Type 1 – позволява бавно зареждане, разпространен в Северна Америка; Type 2 – стандарт за бавно зареждане в ЕС; Type 3 – позволява бавно зареждане, разпространен в Италия и Франция, не се инсталира от 2012 г.; Type 4 – дава възможност за бавно и бързо зареждане, разпространен в Япония и Европа; CCS (комбинирана зарядна система, Type 2 и Combo 2) – стандарт на ЕС за Type 2 бавно зареждане и Combo 2 бързо зареждане; Tesla Charger и Tesla Supercharger – международно бавно и бързо зареждане за електромобили Tesla.

Зареждане при нормална мощност (

Всички изцяло електрически превозни средства се предлагат с преносим заряден кабел, позволяващ директно включване към достъпен променливотоков източник. Бордовото зарядно оборудване на електромобила преобразува енергията до постояннотокова за зареждане на батериите. Обикновено обаче изцяло електрическите превозни средства използват зарядни станции, снабдени с функции за безопасност, управление и стабилност, позволяващи ежедневно зареждане. Скоростта на зареждане на електромобила зависи от капацитета му, както и от номиналната мощност на станцията. Съвременните електромобили типично са с капацитет за зареждане в домашни условия от променливотоков източник от 3,3 kW до 11 kW, като се наблюдава тенденция на постепенно изместване към по-високомощните опции поради увеличаването на капацитета на батериите и стремежа на автомобилопроизводителите да отговорят на клиентските потребности от по-бързо зареждане.
Зарядните точки за стенен монтаж в домашни условия са проектирани така, че да осигурят необходимата мощност на определения електромобил, докато публичнодостъпните зарядни станции могат да предлагат няколко нива на мощност, за да посрещнат нуждите на множество различни електрически превозни средства.

При търговски приложения за променливотоково зареждане Mode 2 може да се използва и 480 V трифазен индустриален контакт за още по-бързо зареждане. В този случай е възможно постигането на нива на зареждане до около 19 до 22 kW, като станцията може да бъде монтирана на стена или стълб.

Променливотоковото зареждане Mode 2 е добра опция, когато електромобилът е паркиран за няколко часа през деня или през нощта. То може да се прилага изцяло и за plug-in хибриди (PHEV), чиито батерии са с много по-малък капацитет. Разходите за тези станции варират в широки граници в зависимост от това дали са предназначени за домашно или търговско ползване, нивото на мощност и други характеристики като мрежовите свързвания.

Зареждане при висока мощност (>22 kW)

Съществуват две основни възможности за бързо зареждане – променливо- и постояннотоково. Зарядна станция, използваща трифазен променлив ток, може да предостави нива на мощност до 43 kW. Този вид зареждане е по-бързо в сравнение с други променливотокови зарядни станции, като същевременно и цената е по-ниска, отколкото на други постояннотокови зарядни технологии.

Постояннотоковото бързо зареждане предлага по-високи мощности спрямо повечето променливотокови решения. Този вид зарядни устройства преобразуват променливия ток от мрежата в постоянен, необходим за директно зареждане на батерията. Това е по-характерно за задвижваните с акумулаторна батерия електрически превозни средства (BEV), отколкото за PHEV, тъй като по-високата мощност от постояннотоковото оборудване е необходима за цялостното зареждане на батерия с голям капацитет в рамките на приемлив период от време.

Цената на постояннотокова станция е значително по-висока от тази на променливотокова, но това се компенсира от факта, че зареждането се извършва много по-бързо. Повечето DC зарядни станции днес предлагат мощност от 50 kW, но са налични и такива с по-ниски нива – около 20-25 kW. Понастоящем се наблюдава необходимост от преход към нива от 100-150 kW, дори до 400 kW, за да се обслужва следващото поколение електромобили с батерии с много по-висок капацитет (80 kWh и повече). Целта на постояннотоковите зарядни станции е да осигурят до 80% от заряда на електромобила за 20 или по-малко минути. Експертите смятат, че нива над 150 kW, поне в кратко- и средносрочен план, ще са приложими само за много малък сегмент. Такива мощности представляват технологично предизвикателство за батерията, поради което наличността на модели станции, които зареждат до такива нива, ще остане ограничена.

Зареждане в домакинствата

Зареждането на електромобилите в домакинствата често е най-удобната и ценово ефективна опция. Повечето зарядни устройства за домашно ползване са с номинална мощност от 3 или 7 kW. Цената на станциите за стенен монтаж с по-висока мощност обикновено е малко по-висока от по-бавнозареждащите варианти, но те намаляват наполовина времето за пълно зареждане на батерията на електрическото превозно средство. Много производители на електромобили си сътрудничат с доставчици на зарядни станции и в някои случаи при покупката на нов автомобил се предлага и безплатно зарядно устройство за домашно ползване.

Най-често този тип зареждане изисква паркиране на автомобила извън улиците, за да се избегне преминаването на кабелите през тротоари и други обществени зони. Макар и по-малко разпространени, са налични и зарядни станции за домашно ползване, монтирани на улицата.

Зареждане на работното място

Все по-разпространена става практиката компаниите да инсталират зарядни станции за електромобили за ползване от служителите и посетителите. В някои случаи това се разглежда дори като възможност за привличане на клиенти, например в търговски центрове. Въпреки че станциите за зареждане на електромобили на работното място са подобни на тези за домашно ползване, те обикновено са с по-висока номинална мощност – 7 и 22 kW. Много от тези устройства са с двойни зарядни контакти, позволяващи зареждането на два електромобила едновременно.

В някои държави се предоставят грантове за наличието на зарядни станции за електромобили на работното място. Собствениците на компаниите могат да избират дали да предоставят услугата безплатно или срещу такса, но много предпочитат безплатния вариант, за да насърчат използването на електрически превозни средства в рамките на компанията и сред клиентите и посетителите.

Електромобилите на клиентите и посетителите ще имат различна необходимост от зареждане, поради което е важно да се инсталира зарядна точка, която ще е съвместима с максимален брой електромобили. Най-разпространени са зарядните устройства за стенен монтаж Type 2 с мощност 7 kW, които са съвместими с повечето от най-продаваните електрически превозни средства и могат да заредят напълно батерия в рамките на около 3-7 часа в зависимост от модела.

За бизнеси, планиращи инсталиране на зарядни точки на публично достъпни места, е важно да се обмислят изискванията за достъп. Повечето производители на зарядни станции предлагат устройства, достъпът до които се разрешава с ключ или с RFID карта, за да се предотврати неоторизирана употреба. Зарядните устройства за работното място често се предлагат в пакет с решения за следене на енергопотреблението, ползването на зарядната точка и изчисляване на спестените въглеродни емисии.

Зареждане на електробуси

Зарядните станции за електрически автобуси изискват много по-висока мощност от тези, използвани за електромобили. Акумулаторните батерии на изцяло електрическите автобуси трябва да са с достатъчен капацитет да захранват тежкото превозно средство за ежедневно изминаване на маршрути от близо 160 km. Обикновено номиналната мощност на зарядните станции за електробуси е до 300 kW, в сравнение с типичните постояннотокови станции, предоставящи до 62,5 kW или Tesla Supercharger, осигуряващи до 120 kW. Основното предизвикателство за разпространяването на електробусите е цената на зарядната инфраструктура и разходите за електрическата енергия, необходима за захранването на целия електробусен парк.

Продължителността на зареждането също е проблем, което налага автобусите да бъдат извеждани от експлоатация, за да се заредят през нощта, или обуславя необходимостта да се инвестира в по-бързи зарядни станции. Отчитайки този факт, производителите на зарядни станции и електробуси проучват алтернативите за бързо зареждане в депата.