Как станции быстрой зарядки регулируют скорость зарядки?

Если вы когда-нибудь подъезжали к станции быстрой зарядки с разряженным или умирающим электромобилем только для того, чтобы подключиться к сети и через минуту увидеть, как экран зарядного устройства прыгает со 150 кВт до 80 кВт, вы, вероятно, задавались вопросом: почему меняется скорость? Как поставщик станций быстрой зарядки, я постоянно получаю этот вопрос от новых владельцев электромобилей, любопытных прохожих и даже других владельцев бизнеса, желающих установить собственную инфраструктуру зарядки. Правда в том, что скорость быстрой зарядки не фиксирована — это динамическое взаимодействие между станцией, вашим автомобилем и даже внешними факторами, такими как погода и потребность в сети. Давайте разберемся, как это работает и почему это важно для тех, кто полагается наБыстрая зарядка для электромобилейчтобы следить за своим путешествием.

Во-первых, давайте начнем с самого крупного игрока в этом танце: системы управления аккумулятором вашего электромобиля, или BMS. Думайте о BMS как о мозге вашего аккумуляторного блока. Его задача — контролировать каждую ячейку батареи — температуру, состояние заряда (SOC), напряжение и даже то, какой ток может безопасно выдержать каждая ячейка в любой момент. Когда вы подключаетесь к быстрому зарядному устройству, BMS и собственный блок управления зарядного устройства (часто называемый блоком управления питанием или PCU) быстро обмениваются информацией, используя стандартный протокол, такой как CCS или CHAdeMO. Этот чат не подлежит обсуждению: он сообщает зарядному устройству: «Эй, моя батарея может потреблять X количество энергии прямо сейчас — не давайте мне больше, иначе я рискну перегреть или повредить элементы».

Например, когда вы приедете на станцию ​​с полностью разряженной батареей, BMS сообщит зарядному устройству, что батарея готова принять полную мощность — скажем, 350 кВт, что характерно для новых электромобилей с дальним пробегом. Вот почему новые владельцы электромобилей часто бывают шокированы, когда их заряд увеличивается с 0% до 50% за 10 минут. Но как только уровень заряда батареи достигает около 80%, химический состав меняется. Литий-ионные батареи заряжаются быстрее всего, когда имеется большой поток ионов от катода к аноду, но как только анод почти полностью насыщен ионами, он не может принять столько ионов без риска образования литиевого покрытия — процесса, при котором металлический литий накапливается на аноде, что со временем может вызвать короткое замыкание. Чтобы предотвратить это, BMS сообщает зарядному устройству о необходимости восстановить питание. Внезапно это зарядное устройство на 350 кВт выдает 100 кВт, а оставшиеся 20% заряда занимают 20 или 30 минут вместо 10. Это не недостаток зарядного устройства — это BMS защищает вашу батарею в течение длительного времени. Вот почему всем, кто ищет надежную и масштабируемую инфраструктуру, следует обратить внимание наСтанции быстрой зарядки электромобилейпредназначен для работы с широким спектром протоколов связи BMS.

Далее: аппаратная часть и дизайн зарядного устройства. Не все устройства для быстрой зарядки одинаковы, и их способность регулировать скорость на ходу зависит от того, как они устроены. Большинство современных общедоступных быстрых зарядных устройств представляют собой устройства быстрой зарядки постоянного тока (DCFC), которые обходят бортовое зарядное устройство вашего автомобиля и подают постоянный ток прямо в аккумулятор — именно это обеспечивает высокие скорости, на которые мы все полагаемся. Но даже у самого мощного DCFC есть пределы, и он может подавать мощность только с той скоростью, с которой могут справиться его внутренние компоненты. Например, зарядное устройство мощностью 50 кВт ограничено своими силовыми модулями, системой охлаждения и проводкой и обеспечивает максимальную мощность только 50 кВт. Но даже зарядное устройство мощностью 150 кВт не будет просто сбрасывать 150 кВт в каждый подключенный автомобиль. Его PCU запрограммирован на регулировку выходной мощности в реальном времени на основе сигналов, которые он получает от BMS, а также на основе мощности собственного оборудования. Если внутренняя температура зарядного устройства станет слишком высокой — скажем, из-за того, что оно безостановочно работало на мощности 150 кВт в течение трех часов при температуре 95 градусов, — оно ограничит мощность, чтобы предотвратить перегрев и повреждение. Вот почему иногда вы можете увидеть зарядное устройство, способное развивать высокие скорости, работающее медленнее в жаркие летние дни: оно защищает себя и, в свою очередь, вашу машину.

Для тех, кто предпочитает заряжать дома, применима та же логика, но на более низких уровнях мощности. АДомашнее зарядное устройство мощностью 50 кВтработает с вашей BMS для регулировки скорости, но поскольку домашняя зарядка часто выполняется в ночное время, когда вам не так сильно нужна скорость, эти зарядные устройства обычно отдают предпочтение эффективности, а не пиковой мощности. Они по-прежнему настраиваются: если ваша BMS сообщает, что ваша батарея холодная, они могут подавать меньшую мощность, пока батарея не нагреется, чтобы предотвратить повреждение. Если в сети наблюдается пиковая нагрузка (скажем, жаркий летний вечер, когда все подключены к сети переменного тока), ваше домашнее зарядное устройство также может немного уменьшить мощность, чтобы избежать дополнительной нагрузки на местную сеть. Вот почемуЗарядные точки домаразработанные с использованием функций интеллектуальной сети, становятся все более популярными — они могут координировать свои действия с коммунальными компаниями, чтобы регулировать скорость зарядки в зависимости от потребностей сети, что часто позволяет вам заряжать дешевле в часы пик, сохраняя при этом работоспособность аккумулятора.

Внешние факторы также играют большую роль в том, как быстро зарядные станции регулируют свою скорость, и одним из самых недооцененных является температура. Аккумуляторы привередливы: они плохо заряжаются, когда слишком холодно или слишком жарко. При отрицательных температурах ионы лития движутся гораздо медленнее, поэтому, даже если ваша BMS готова воспринимать высокую мощность, химическая реакция не успевает за ней. В результате BMS ограничит скорость зарядки, чтобы предотвратить повреждение. Вот почему в середине холодного зимнего дня вы можете заметить, что ваше быстрое зарядное устройство обеспечивает только половину своей обычной мощности в течение первых 10 минут зарядки. И наоборот, если батарея слишком горячая (например, после 30-минутной езды по шоссе при 100-градусной жаре), поток ионов может стать нестабильным, поэтому BMS будет замедлять зарядку, пока батарея не остынет. Некоторые современные устройства для быстрой зарядки также имеют встроенную систему предварительного кондиционирования аккумулятора, которая нагревает или охлаждает аккумулятор перед началом зарядки с использованием энергии из сети. Если вы подъедете к общественному зарядному устройству с холодной батареей, зарядное устройство может задержать пиковую мощность на несколько минут, чтобы довести батарею до оптимальной температуры (около 20–25°C), прежде чем увеличить скорость, что сэкономит вам время в долгосрочной перспективе.

Спрос на сеть является еще одним ключевым внешним фактором, особенно для общественных станций быстрой зарядки. Коммунальные предприятия часто взимают больше за электроэнергию в часы пик (обычно в полдень и ранний вечер), и чтобы избежать перегрузки сети, многие операторы зарядных станций устанавливают зарядные устройства, которые могут регулировать выходную мощность в зависимости от мощности сети. Например, если местная сеть может поддерживать мощность только 1 МВт для группы зарядных устройств и имеется 10 DCFC мощностью 150 кВт каждый, система управления сетью будет распределять мощность динамически. Если заряжается только один автомобиль, он может получить полные 150 кВт. Если два автомобиля подключатся одновременно, система разделит доступную мощность, скажем, по 100 кВт каждый, так что ни один из них не будет голодать, а сеть не будет перегружена. Это важная причина, почему современные общественные зарядные устройства умнее старых моделей; они могут связываться не только с вашим автомобилем, но и с местной сетью, чтобы регулировать скорость в режиме реального времени, гарантируя, что зарядка будет эффективной для всех. В качестве поставщикаОбщественная станция быстрой зарядки постоянного токарешения, мы проектируем наши устройства со встроенными модулями управления сетью, которые делают эту динамическую настройку плавной, поэтому операторам не нужно беспокоиться об ограничениях сети, снижающих скорость зарядки их клиентов.

Также важно развеять распространенный миф: зарядное устройство большей мощности не всегда работает быстрее. Зарядное устройство мощностью 350 кВт работает настолько быстро, насколько способна принять мощность ваша батарея. Если BMS вашего электромобиля может выдерживать только 100 кВт при данном состоянии заряда, подключение к зарядному устройству на 350 кВт даст вам максимум 100 кВт, независимо от того, насколько мощное зарядное устройство. Вот почему новые электромобили с более крупными и совершенными аккумуляторными блоками рассчитаны на более высокие уровни мощности, поэтому они могут воспользоваться преимуществами самых быстрых зарядных устройств на рынке. Например, Tesla Model 3 с аккумулятором емкостью 75 кВтч может потреблять до 250 кВт, в то время как более старый Nissan Leaf с аккумулятором емкостью 40 кВтч достигает максимальной мощности около 50 кВт. Таким образом, когда Leaf подключается к зарядному устройству мощностью 350 кВт, большую часть заряда он будет заряжаться только при мощности 50 кВт, пока не достигнет верхнего предела SOC, а затем замедляться еще больше. Это несоответствие намеренно, и все дело в долговечности и безопасности аккумулятора.

Итак, что это значит для вас как водителя электромобиля или компании, желающей установить инфраструктуру зарядки? Для водителей понимание того, как регулируется скорость зарядки, может избавить водителей от стресса во время длительных поездок. Если вы получаете зарядное устройство, и оно работает медленнее, чем заявлено, это почти никогда не является неисправным зарядным устройством — это ваша BMS, защищающая вашу батарею, само охлаждение зарядного устройства или такой фактор, как температура. Для бизнеса выбор правильных зарядных станций означает партнерство с поставщиками, которые создают зарядные устройства, которые могут эффективно взаимодействовать со всеми современными системами EV BMS, удовлетворять потребности внешней сети и адаптироваться к реальным условиям.

Если вы готовы инвестировать в инфраструктуру быстрой зарядки для вашего бизнеса, собственности или автопарка, мы здесь, чтобы помочь. Наша линейка станций быстрой зарядки электромобилей оснащена новейшими протоколами связи, интеллектуальной регулировкой мощности и встроенными функциями безопасности, которые обеспечивают надежную зарядку каждого электромобиля в любое время. Ищете ли вы общедоступные устройства для быстрой зарядки постоянного тока, решения для домашней зарядки, такие как наше домашнее зарядное устройство на 50 кВт, или вам нужны рекомендации по выбору правильной установки для ваших нужд, наша команда может помочь вам на каждом этапе процесса. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о том, как наши решения для зарядки могут удовлетворить ваши потребности и обеспечить заряд ваших клиентов или водителей во время движения.

Ссылки

1. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL). (2022). Быстрая зарядка постоянным током и безопасность аккумулятора. Министерство энергетики США.
2. Международное энергетическое агентство (МЭА). (2023). Инфраструктура быстрой зарядки электромобилей: технологии, развертывание и политика.
3. Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE). (2021). Стандарт для проводящей системы зарядки электромобилей (SAE J1772/CCS).
4. Батарейный университет. (2022). Основы зарядки литий-ионных аккумуляторов. Кадекс Электроникс Инк.
5. Международная электротехническая комиссия (МЭК). (2020). Требования безопасности станции быстрой зарядки постоянного тока (IEC 61851-23).