Тема электромобилей и зарядных станций - одна из моих любимых, интересуюсь ей давно и сейчас в связи с началом активного внедрения электротранспорта, получается практически участвовать в различных проектах по разработке зарядной инфраструктуры. В предыдущем обзоре (ссылка в конце публикации) были представлены основные стандарты электрозарядных станций переменного (АС) и постоянного (DC) тока и основы построения инфраструктуры для групповой зарядки. Тема заинтересовала читателей и потенциальных производителей таких станций. При этом большинство вопросов относилось к тому, как создать отдельную зарядную станцию. При этом большинство потенциальных производителей электрозарядных станций ранее не создавали такие станции и поэтому вопросов достаточно много.
В этом обзоре в сжатой форме постараюсь рассказать об основных компонентах для построения зарядной станции и представлением базовой спецификации для практической реализации. Пока не будем затрагивать мифологию, которая сложилась вокруг электромобилей и систем зарядки для них, это тема отдельного обзора. Однозначно буду признателен за вопросы в комментариях по теме электрозарядной инфраструктуры и электромобилей.
Самое главное и важное правило при создания зарядной станции - защита человека от поражения электрическим током при использовании зарядной станции!
Всем кто будет разрабатывать и производить зарядные станции, пожалуйста, распечатайте эту надпись самым крупным шрифтом и обязательно при всех действиях соблюдайте это правило.
Кратко основные стандарты электрозарядных станций
Стандартов действительно несколько и делятся они на две большие группы - зарядка переменным и постоянным током.
Здесь нужно отметить, что аккумуляторные батареи всегда заряжаются постоянным током и поэтому зарядка постоянным током предпочтительнее, чем переменным. Хотя зарядные станции переменного тока весьма просты в изготовлении и гораздо дешевле, но они не могут обеспечить электромобиль быстрой и комфортной зарядкой при росте ёмкости батарей. Почему так происходит рассмотрим в отдельной статье
Современный электромобиль и возможности его заряда
Компоненты для создания зарядной станции.
Компоненты автоматизации SIMATIC
Контроллер зарядной станции: SIMATIC ET 200SP Open Controller + ECC TM Свободно программируемые приложения.
SIMATIC Energy Meter для стандартного технического энергоучёта.
SIMATIC Energy Suite для балансировки нагрузки.
SIMATIC HMI внешняя панель оператора.
SIMATIC RFID считыватель.
SIMATIC SITOP блоки питания.
Компоненты от Siemens
Трансформаторы.
Выпрямители (АС/DC) и преобразователи (DC/DC).
PN/CAN шлюз для CHAdeMO.
Реле, контакторы, защитные аппараты.
Ethernet коммутаторы.
Прочие компоненты
Корпуса, электрошкафы.
Специальные зарядные кабели, розетки, штекера.
Внешнее оборудование для калибровки AC/DC оборудования.
Зарядная станция на основе SIMATIC общая концепция
Основная часть зарядной станции, её мозг - это программный контроллер SIMATIC.
Почему программный контроллер?
Тут всё логично, для зарядной станции необходим не только полный, непрерывный и независимый контроль процесса заряда, что может обеспечить программный контроллер SIMATIC c мощным гипервизором от SIEMENS, но и совмещение этих функций с возможностью использовать сторонние приложения (например, на C#/++) для построения бэкэнд коммуникации, например, для биллинга, идентификации пользователей, взаимодействия с другими системами.
Почему использование децентрализованных решений на основе SIMATIC ET200SP?
Это весьма комфортное и удобное решение, позволяющее создавать простые конфигурируемые решения с очень высокой степенью модульности с минимальными затратами на программирование и масштабирование и минимумом коммуникаций.
Технологические модули для зарядных систем электромобилей ТМ ECC
TM ECC используются совместно с SIMATIC ET200SP обеспечивает соответствие всем стандартам процесса заряда
Существуют два основных модуля для контроля зарядки:
TM ECC 2 x PWM 6FE1242-6TM10-0BB1.
TM ECC 2 x PWM для зарядки переменным током 6FE1242-6TM10-0BB1.
Управление 2 точками заряда AC , мощность: 11/22 кВт (макс. 43 кВт).
SIMATIC ET 200SP TM ECC PL ST 6FE1242-6TM20-0BB1.
И SIMATIC ET 200SP TM ECC PL ST для зарядки постоянным током 6FE1242-6TM20-0BB1.
Управление 1 точкой заряда DC, мощность: 50кВт, 120кВт и более в зависимости от системы заряда.
SIMATIC HMI
Высокозащищенные панели оператора уличного исполнения, позволяют использование при естественном дневном освещении с рабочим диапазоном температур от -30 до +60°C
Сетевые коммутаторы Industrial Ethernet
Широкий выбор промышленных Ethernet сетевых коммутаторов с диапазоном темп. от -30 до 60°C и защитой от IP20 до IP67 как в обычном исполнении, так и в исполнении SIPLUS Extreme.
SIMATIC RF 1060R
Поддержка стандартов ISO 15693 и ISO 14443 A/B (MIFARE)
DLL для подключения к компьютерам с Windows
Полная совместимость с PM LOGON Basic иPremium
Компактная конструкция малой толщины и гибким кабелем с подключением к USB
3-х цветная индикация спереди
Высокая степень защиты (IP65 спереди) и расширенный температурный диапазон (от -25°до+55°C)
SIMATIC ET 200SP Energy Meter
Запись всех необходимых измерений Величины: U, I, f, S, Q, P, Cos φ, φ, E. Сохранение журнала зарядки.
Важно! Предназначены для измерения переменного тока.
SIMATIC PN/CAN LINK
Шлюз для подключения через Profinet к инфраструктуре CAN, настройка в TIA Portal, дизайн в стиле SIMATIC S7-1200.
Есть различные варианты:
PN/CAN LINK
PN/BACnet LINK
PN/M-Bus LINK
PN/J1939 LINK (CAN-based)
SINAMICS DCP
SINAMICS DCP
SINAMICS DCP - специальный двунаправленный преобразователь постоянного тока DC/DC с понижением и повышением напряжения. Предназначен для систем резервного питания с аккумуляторами, систем альтернативной энергетики (например, солнечных электростанций) и систем заряда электромобилей.
Основные характеристики
6RP0010-1AA32-0AA0 - 120 кВт, 200 A при 600 В, изменение напряжения от 30В DC- 800В DC
6RP0000-0AA25-0AA0 - 30 кВт, 50 A при 600 В, изменение напряжения от 30В DC- 800В DC
Базовая архитектура DC зарядной станции
Представленная базовая архитектура DC зарядной станции показывает структуру основных компонентов и их базовые взаимосвязи для зарядной станции. Здесь необходимо отметить, что зарядная станция может иметь различные дополнения и функциональность, поэтому структура может быть расширена и дополнена, различными другими компонентами.
Спецификация для зарядной станции на 240 кВт
Эта спецификация является одним из вариантов, представленным в качестве примера. В спецификации не указано коммуникационное оборудование для валидации и идентификации, а также беспроводной коммуникации с облачными приложениями биллинга
Спецификация коммутационного оборудования
Спецификация системы управления на основе программного контроллера SIMATIC и ET200SP + коммуникация
Спецификация силовой составляющей
Важно! В силовой части в качестве выпрямителей представлены промышленные блоки питания 600В SINAMICS ALM и 7 модулей DCP, модули DCP могут работать на нагрузку параллельно, можно подключать на необходимую мощность. Сразу отвечу на вопрос, почему на станцию номинальной мощности 240 кВт предлагается 7-мы блоков DCP по 120 кВт каждый. Причина в том, что это спецификация премиум станции с очень большими возможностями по силовой части, которая работает на выходное напряжение до 920 Вольт (например если SuperCharger как у Тесла делать нужно). А при повышении напряжения выходная мощность блока падает, например, при напряжении 1000 Вольт выходная мощность будет равна нулю.
Соответственно, если проектируется станция на 600 Вольт выходного напряжения, то можно ставить и меньше блоков DCP. Как крайний вариант, можно обойтись только выпрямителем без блоков DCP.
Также нужно отметить, что силовая часть, самая дорогая и тяжёлая, по весу, часть зарядной станции. Например, каждый модуль DCP 120 кВт весит около 100 кг. В принципе мощные силовые устройства всегда дороги и много весят. В примере спецификации силовой составляющей представлен достаточно дорогой но высокофункциональный вариант с учётом использования, например, пиковых аккумуляторов. Поэтому именно силовая часть - основа для интересных решений и оптимизации стоимости зарядной станции.
Распределение стоимости в зарядной станции.
По понятным причинам у меня нет возможности представить цену компонентов и стоимость зарядной станции, но если использовать базовые доступные цены без учёта скидок и стоимости оболочки (электрошкафа), зарядного кабеля (а это весьма дорогой кабель, причем на мощности около 100 кВт и выше - требуется кабель с жидкостным охлаждением), разъемов.
То распределение стоимости в некотором приближении будет следующее:
Низковольтная коммутация - 12%.
Система управления (PLC+ ET200SP компоненты + внутренняя коммуникация) -10%.
Силовая часть - 78%.
Концептуальная основа для калибровки и сертификации для коммерческого учета
Концепция калибровки в принципе проста, но отметим, что сертификация конкретной станции делается при необходимости и существуют другие варианты.
Возможны изменения! Не является законченным решением!
Полезные ссылки:
Инфраструктура электрических зарядных станций для электромобилей. Системы групповой зарядки.
SIMATIC Energy Suite - простое управление нагрузкой.
SINAMICS DCP документация (EN)
ГОСТ Р 58122 - 2018 (ИС0 15118-1 : 2013)
ГОСТ Р МЭК 62196- 1-2013 (DIN J1772)
OPP Charge FAST CHARGING OF ELECTRIC VEHICLES - зарядные станции с пантографами для электробусов
Комментарии (49)
zatim
21.04.2022 12:35+2На мой взгляд, будущее не за зарядными станциями, а за роботизированными комплексами по автоматической смене батарей. Автомобиль заезжает на такую "заправку", снизу открывается люк, робот снимает разряженную батарею и ставит заряженную. В это время водитель оплачивает полученные кВт*ч. Автомобиль уезжает. Робот увозит разряженную батарею и ставит ее на зарядку.
Плюсы:
Высокая скорость "зарядки", сравнимая по времени с заправкой бензинового автомобиля.
Нет необходимости в быстрых режимах зарядки, можно не торопясь заряжать батарею слабым током. Такие режимы зарядки позволят вкачать в батарею больше энергии, что повысит эффективность, позволит отказаться от охлаждения батарей, что существенно упростит и удешевит конструкцию батареи, позволит увеличить срок жизни и количество циклов.
Лучше контроль за текущим состоянием батареи и централизованная утилизация непригодных. Позволит улучшить экологию.
Минусы:
Необходимость некоторой унификации конструкции батарей разных автопроизводителей для возможности ее автоматизированного обслуживания. Необходимость пересмотра конструкции ТС для реализации съемной батареи.
Зарядку батареи "от розетки" прямо на автомобиле, конечно тоже стоит сохранить. Но это уже будет не основной вид зарядки, а на крайний случай.
emil_en_spb
21.04.2022 15:05А как быть с деградацией батарей?
zatim
21.04.2022 15:08А что там такого с деградацией батарей?
Moraiatw
22.04.2022 11:33Заехал на заправку с новой неюзанной батареей, выехал с поношенным 5-летним хламом, потерявшим большую часть емкости.
zatim
22.04.2022 11:40А в чем проблема? Платишь ведь не за батарею, а за кВт.
Заехал еще раз — поставят назад новую батарею.Moraiatw
22.04.2022 18:53Или не поставят? )
Проблема, что у новой батареи запас хода N км, у б/у - ощутимо меньше. Как планировать поездку?zatim
22.04.2022 19:11Вы же знаете примерный расход топлива вашего авто в различных условия? И можете рассчитать, на сколько км хватит 10 л? Так и с электроавто вы будете знать примерный расход квтч на 100 км и будете знать сколько квтч вы купили. Отсюда несложно прикинуть на сколько их хватит.
Moraiatw
23.04.2022 09:30На авто я заправляю полный бак и знаю, что проеду условно 500 км, на электро может быть и 500 и 300 и 200.
Кроме того, сомневаюсь, что деградировавшая батарея отдаст столько же, сколько взяла при зарядке.zatim
23.04.2022 10:12С чего бы это вдруг? Энергия как и бензин не может появляться и испаряться бесследно. Это закон сохранения энергии. Она должна быть потрачена на что то.
Кроме того, сомневаюсь, что деградировавшая батарея отдаст столько же, сколько взяла при зарядке.
Опять же, закон сохранения энергии. Она не может исчезнуть бесследно, куда, по вашему, она девается?
Adventory Автор
23.04.2022 11:18Бесследно - нет. А вот на нагрев - вполне. ;)
zatim
23.04.2022 11:33Если на нагрев будет уходить вся та энергия, о которой вы говорите, там будет не авто, а крематорий.
Adventory Автор
23.04.2022 11:41Да, в этом проблема литиевых батарей. Деградация батарей, вызывает больший нагрев при зарядке/разрядке, который снижает не только КПД батарей, но и иногда приводит к пожарам. Поэтому батарея напичкана датчиками температуры и имеет жидкостную систему подогрева/охлаждения. Это к вопросу о смене батареи. Сменная батарея должна иметь внутри себя также и систему нагрева/охлаждения.
zatim
23.04.2022 11:49Ну да, нагрев становится больше. Если было, например, 0,1% полной энергии, станет 0,5%, в 5 раз больше. Но и то и другое — ни о чем, на порядки меньше 50%, о которых вы говорите. И уж тем более меньше потерь в инверторах и двигателе.
Adventory Автор
23.04.2022 17:48Странно вы так посчитали, там цифры несколько иные, и зависят от зарядного/потребляемого тока, но это не принципиально, греется батарея сильно, чем старее тем быстрее и сильнее. Можете для примера сравнить батарею на смартфоне. Там очень наглядно всё происходит.
dfgwer
23.04.2022 12:00У вас на момент заезда на зарядку, остаток на батарее 20квтч. Тариф за остаток на батарее на зарядной станции 10р за квтч.
Случай А. Вы не собираетесь никуда далеко, поэтому берете 50 квтч. Вам ставят старую поюзанную батарею с 50 квтч заряда за 600р, тариф 12р/квтч. Вы платите 600-200=400р
Случай Б. Вы собрались загород, поэтому берете 120квтч. Вам ставят новую батарею с 120квтч заряда за 1800р, тариф 15р/квтч. Вы платите 1800-200=1600рAdventory Автор
23.04.2022 17:59А если все захотят выбрать только новую батарею? Или захотели выбрать новую, а на ближайших станциях только уже видавшие виды? Да и смена батареи скорее всего будет стоить больше чем заряд батареи, так как под это действие требуется капитальное строительство весьма сложного сооружения и его обслуживание. С моей точки зрения в актуальной ситуации топить за сменные батареи - утопия. Например, самая популярная батарея Теслы на 85кВт*ч весит 540кг и состоит из 7104 батареек в 16 блоках, занимает практически всё пространство в днище авто.
А батарея на 120квт*ч уже будет весить 750кг. Сменные батареи будут иметь смысл, если будут весить на порядки меньше.
ivan386
21.04.2022 15:15У Тесла уже была (или есть) такая возможность. Но они заявили что услуга платной быстрой смены батареи оказалась маловостребованной. Победила бесплатная зарядка.
zatim
21.04.2022 15:29Неудивительно. За платную замену надо 80 баксов отдать. А 80 баксов это даже в США 80 баксов.
Но я не сомневаюсь, что с развитием электротранспорта бесплатные зарядки уйдут и за электричество придется платить. Хотя бы по себестоимости кВт*ч. Вообще то и сейчас за него платят, но эта плата заложена в стоимость авто.
Adventory Автор
21.04.2022 17:19Как-бы бесплатных зарядок крайне мало и большинство зарядок платные.
Adventory Автор
21.04.2022 17:18+1Именно с заменой батарей очень много проблем. Батареи должны быть унифицированы, но единой батареи не будет, они будут двух, трёх габаритов (либо по несколько батарей в машину). Станция замены должна иметь достаточный запас заряженных батарей, т.е. обеспечивать условия хранения этих батарей и их правильного заряда (а это не самая простая задача), нужно проверять полное состояние батареи перед установкой и после снятия. Опять же механическое снятие установка, должна производится на чистом авто (обычно предполагают замену с днища автомобиля), а на днище возможна грязь, пыль и т.п., механизмы крышек забора батарей будут изнашиваться, возможны заклинивания, сбои. Силовые электрические подключения, тоже должны быть весьма устойчивые к постоянной смене батареи, а это в среднем ежедневная процедура. Разное состояние батарей, будет давать разброс запаса хода. Станций вряд ли будет очень много, значит будут очереди. И самая большая проблема необходимость иметь значительно большее количество батарей, чем количество автомобилей, хотя там и возможны интересные решения.
А использование и установка зарядных станций, гораздо проще, особенно медленных.
zatim
21.04.2022 17:39Батареи должны быть унифицированы, но единой батареи не будет, они будут двух, трёх габаритов
Сделать 2-3 унифицированных габарита ни разу не проблема. Проблема когда таких габаритов 20-30.
обеспечивать условия хранения этих батарей и их правильного заряда (а это не самая простая задача)
Сейчас все то же самое уже обеспечивается на подвижном автомобиле, в условиях недостатка места, вибраций, перепадов температур и прочих воздействий. Обеспечить то же самое в стационарных условиях - задача на порядок проще, тем более что она уже решена на автомобиле.
а на днище возможна грязь, пыль и т.п., механизмы крышек забора батарей будут изнашиваться, возможны заклинивания, сбои.
Это рабочие моменты, решаются с помощью одного толкового конструктора.
Разное состояние батарей, будет давать разброс запаса хода.
Конкретный заряд, загнанный в конкретную батарею легко подсчитать и предложить клиенту на выбор батареи с разным количеством заряда при оплате.
Станций вряд ли будет очень много, значит будут очереди.
Если надо будет, станций понастроят сколько надо. Опять же у владельцев всегда будет альтернатива медленной зарядки от розетки.
И самая большая проблема необходимость иметь значительно большее количество батарей, чем количество автомобилей
Нет, это не так. Даже несмотря на то, что расходуются батареи намного быстрее чем заряжаются, в среднем частные легковые автомобили простаивают намного больше чем ездят. Например, на своем авто я еду от силы 1 час из 24 час в сутки. Да и из этого часа я не весь час давлю на газ в режиме тапка в пол. А аккумуляторы могут заряжаться непрерывно 24/7. Я бы оценил среднее время загрузки авто в 5% (и это с большим запасом). Соответственно, запас батарей, находящихся на зарядке должен составлять примерно 20-30% от количества машин.
Adventory Автор
21.04.2022 18:36Сделать 2-3 унифицированных габарита ни разу не проблема. Проблема когда таких габаритов 20-30.
сделать не проблема, проблема обеспечить на каждой такой станции необходимый запас конкретных батарей, а это уже вопрос, как прогнозировать наличия конкретных батарей, нужна будет информационная система по контролю и наличия батарей. Сделать можно, но зачем такие сложности.
Сейчас все то же самое уже обеспечивается на подвижном автомобиле, в условиях недостатка места, вибраций, перепадов температур и прочих воздействий. Обеспечить то же самое в стационарных условиях - задача на порядок проще, тем более что она уже решена на автомобиле.
-
Есть ограничения на хранение литиевых батарей и много проблематики - это реально непросто. В автомобиле гораздо проще, батарея интегрируется в раму на заводе, заливается, устанавливаются демпферы и датчики контроля состояния и то горят автомобили.
Это рабочие моменты, решаются с помощью одного толкового конструктора.
Всё механическое потребует регулировки, контроля люфтов, смазки, очистки а тут ещё и электрическое быстросъёмное соединение высокой мощности. А если там влажность, плохой контакт, окисление контактов. Это далеко не рабочие моменты. Точное позиционирование машины и т.д.
Конкретный заряд, загнанный в конкретную батарею легко подсчитать и предложить клиенту на выбор батареи с разным количеством заряда при оплате.
Да, подсчитать возможно, но построение складского механизма для выбора разных батарей усложняет задачу построения склада батарей, и время простоя машины при смене. Сразу вопрос, а если на складе не окажется батареи с необходимым зарядом. Или все будут выбирать те, что поновее. Это уже усложнение алгоритмов и стоимости станции смены батарей.
Если надо будет, станций понастроят сколько надо. Опять же у владельцев всегда будет альтернатива медленной зарядки от розетки.
Понастроить конечно можно, но станции должны окупаться, и чем их больше, тем они дольше окупаются. Плюс обслуживание таких станций, много механических частей в неблагоприятной обстановке, потребуют много технического обслуживания. А с другой стороны, зарядная станция, механика, только в разъёме.
Нет, это не так. Даже несмотря на то, что расходуются батареи намного быстрее чем заряжаются, в среднем частные легковые автомобили простаивают намного больше чем ездят. Например, на своем авто я еду от силы 1 час из 24 час в сутки. Да и из этого часа я не весь час давлю на газ в режиме тапка в пол. А аккумуляторы могут заряжаться непрерывно 24/7. Я бы оценил среднее время загрузки авто в 5% (и это с большим запасом). Соответственно, запас батарей, находящихся на зарядке должен составлять примерно 20-30% от количества машин.
К сожалению, это не так. Можете поинтересоваться, как часто нужно заряжать электромобиль у пользователей. Он тратит энергию не только когда едет, но и когда стоит (не только тапок в пол), но и все бортовые системы автомобиля, отопитель зимой сразу минус 50% заряда, кондиционер летом это минус 30%, заряда, фары, ходовые огни. Даже когда автомобиль стоит на парковке он должен охлаждать или подогревать батарею. Наличие 25% заряда - это уже повод к заряду батареи, т.е. требует ехать на замену. Да, понятно что если ездить в день километров 15-20, только днём, не стоять в пробках, хранить в подземном гараже с постоянной температурой, то может потребуется и раз в два - три дня менять батарею, но это опять сотня замен в год. Механические системы замены должна иметь высочайшую надёжность.
Можно ли это всё обеспечить, конечно можно, вопрос стоимости затрат и стоимости обслуживания. Это все отразится на потребителе, так он платит только за электричество при заряде батареи, а так ещё и за зарядку батареи и ещё за все эти системы смены батареи. И всё это только ради того, чтобы не заряжать батарею за 25 - 30 минут, а менять её за 10-15 минут. Т.е. все сложности ради выигрыша максимум 15 минут в день (или раз в три дня). А так пока заряжается машина, водитель и пассажиры, попьют чай/кофе, съедят булку с чем-нибудь, что тоже доход заправки и отдых водителя. Зарядки можно ставить на любых парковках, а станции замены - специальный инфраструктурный объект с землеотводом, минимум как заправочная станция.
Ну и опять же, в машине придётся оставить блок для медленной зарядки, это по сути зарядная станции на 22кВт внутри авто и она стоит денег. Также предусмотреть возможность быстрой зарядки. И вишенкой идёт механика замены батареи. Т.е. это просто удорожание авто и его обслуживания.
zatim
21.04.2022 19:40проблема обеспечить на каждой такой станции необходимый запас конкретных батарей, а это уже вопрос, как прогнозировать наличия конкретных батарей, нужна будет информационная система по контролю и наличия батарей.
Сейчас ведь как то бензиновые заправки обеспечивают необходимый запас разных видов топлива. Почему, по вашему, зарядные станции такого запаса не смогу обеспечить? Сделать информационную систему — тоже раз плюнуть. Уже все готово, считай. Сейчас есть информационные системы где в каком магазине сколько какого товара осталось. Ту же систему можно прикрутить к заправкам. Это надуманная проблема.Есть ограничения на хранение литиевых батарей и много проблематики — это реально непросто.
Надуманная проблема. Еще раз, в стационарных условиях все гораздо проще чем на авто.Всё механическое потребует регулировки, контроля люфтов, смазки, очистки а тут ещё и электрическое быстросъёмное соединение высокой мощности.
Надуманная проблема. Весь автомобиль требует регулировки, контроля люфтов и смазки. Почему то это вас не беспокоит, а вот батарея вдруг резко стала беспокоить. Вы у своего авто каждый день контролируете люфты, делаете регулировку и обновляете смазку? Вот и с батареей будет так же. Это обычный механизм., но построение складского механизма для выбора разных батарей усложняет задачу построения склада батарей
Опять надуманная проблема. Механизм и так будет уметь брать батарею со склада. Сделать так, чтобы он брал не первую попавшуюся, а выбранную пользователем — дело нескольких строк кода.Плюс обслуживание таких станций, много механических частей в неблагоприятной обстановке, потребуют много технического обслуживания.
И снова надуманная проблема. Огромное количество механизмов, работающих во всяких условиях без проблем обслуживаются. Почему станции зарядки должны стать исключением — мне совершенно непонятно.отопитель зимой сразу минус 50% заряда, кондиционер летом это минус 30%, заряда, фары, ходовые огни
А тут вы с цифрами наврали. У вас ноль лишний. Мощность, потребляемая фарами — 0,1 квт, кондиционером — 1 квт, отопителем — 5 квт. По сравнению с мощностью двигателя в 100 квт, даже при том что он работает не на полной мощности, это ни о чем.и опять же, в машине придётся оставить блок для медленной зарядки, это по сути зарядная станции на 22кВт
22 кВт — это далеко не медленная зарядка и в домашнюю розетку ее не воткнешь. Я имел в виду действительно медленную зарядку, в пределах 2-3 кВт. Она уже будет достаточно дешевой.
В общем, все сложности и проблемы, описанные вами по большей части надуманные и решаются на раз два, при необходимости.Adventory Автор
22.04.2022 09:42Можно конечно всё назвать надуманными проблемами, но от смены батарей отказались в том числе и по этим проблемам. Все эти вопросы безусловно решаемые, но они и черезвычайно затратные и исходят из предыдущего опыта использования автомобиля, что не является верным при использовании электромобиля, где закладываются иные схемы потребительского поведения использования электромобиля. Конечно мне было бы проще сослаться на отчёт, где в результате различных пилотных проектов и всестороннего анализа изменения социального устройства общества и его потребления были представлены перспективные и неперспективные технологии, но он только ДСП. Собственно сменные батареи были признаны малоперспективной технологической возможностью. Поэтому только своими словами могу. Перспективными признаны следующие технологические моменты:
Шеринг легковых электромобилей (автомобиль как услуга)
Беспилотный электрический транспорт.
Автоматическая зарядка беспилотного транспорта (кстати они уже существуют роботизированные)
Срок службы электромобиля предполагается уровнять со сроком службы его батареи, что в купе с шерингом, выглядит логично и снизит (с учётом возможностей предиктивной диагностики) необходимость технического обслуживания. С последующей утилизацией и вторичным использованием материалов и батарей.
Использование отработавших батарей электромобилей в качестве пиковых на зарядных станциях, так мощность подключений во многих местах недостаточная. Уже сейчас часть новых быстрых зарядных станций, имеет пиковые батареи вместо пиковых генераторов.
-
Использование электромобилей стоящих на зарядках, как источников балансировки пикового потребления энергии. Тема признана весьма сложной, но является очень перспективной. Кстати указанная в статье силовая часть, как раз позволяет не только заряжать авто, но и использовать батарею авто, как накопитель энергии.
Зарядки до 22кВт, считаются медленными. По сути все зарядки переменного тока являются медленными. И зарядки переменного тока для легковых электромобилей не делают больше 22кВт именно потому, что во всех электромобилях установлена внутренняя зарядная станция до 22кВт, это уже стандарт. Даже когда электромобиль подключается к розетке используется именно эта станция. А любая зарядная станция переменного тока, не более чем «подключение к розетке» одно или трёх-фазной (поэтому они являются дешёвыми в производстве и могут устанавливаться с минмимальными затратами). Быстрые зарядки, это уже зарядки постоянного тока от 50кВт. Это сложные устройства с мощной силовой электроникой и стоят дороже зарядок переменного тока.
zatim
22.04.2022 10:16от смены батарей отказались в том числе и по этим проблемам.
От смены батарей отказались потому, что эта услуга оказалась невостребована, поскольку за нее хотели деньги в отличие от бесплатного аналога. Сейчас, когда электромобиль, по сути, дорогая игрушка для ограниченного контингента граждан эта ситуация норм. Но когда электромобиль станет массовым, реально массовым, заряжаться через станции зарядки будет совсем не норм. Во первых, это потери времени, большие очереди, во вторых - их тоже сделают платными, к гадалке не ходи. И тогда выбор, где заряжаться - за несколько часов или за 2 минуты - станет очевидным.
Все эти вопросы безусловно решаемые
Они уже решены. Такие станции уже созданы, но не получили широкого распространения.
где закладываются иные схемы потребительского поведения использования электромобиля
Совершенно ошибочное утверждение. Как раз таки схема потребительского поведения, когда ты заехал на заправку, заправился за 2 минуты и поехал дальше по своим делам, заложенная бензиновыми автомобилями, является основной. Необходимость иметь проблемы с зарядкой как раз таки многих ограничивает в решении купить электротранспорт.
Собственно сменные батареи были признаны малоперспективной технологической возможностью.
Не знаю, кто эти люди, но от от этого утверждения веет как минимум непрофессионализмом.
Шеринг не решает проблему зарядки батарей. Вообще эта услуга никаким боком не касается этой технической проблемы.
Возможно да. Беспилотными автомобилями можно будет организовать систему перевозок по типу средневековых конных пересадочных станции. Где через определенное расстояние меняли лошадей. Так и здесь, через определенное количество км пассажирам надо будет выходить и пересаживаться в другой, заряженный авто для продолжения поездки. Со всеми связанными с этим проблемами - очереди, и ожидание зарядки.
Сейчас как раз таки наклевывается обратная тенденция. В целях заботы об окружающей среде, принимаются законы, ограничивающие производство одноразовых вещей, и требующие обеспечения ремонтопригодности. И это логично. На изготовление вещи тратятся невосполнимые ресурсы и труд многих сотен и тысяч людей. Вещь должна эксплуатироваться до полного исчерпания ее работоспособности. Иначе человечество только и будет заниматься только тем, что производит одноразовые вещи и загрязняет среду.
При использовании сменных батарей в пиковых не будет необходимости. При большом количестве станций смены, батареи можно будет использовать до гораздо большей потери емкости, чем сейчас, после чего их со спокойной совестью утилизировать
Опять таки совершенно технически безграмотное утверждение. Чем это перспективно? Тем, что, стоящие автомобили будут заряжаться (с потерями на КПД), а потом для балансировки разряжаться (опять с потерями на КПД), а потом снова заряжаться (еще раз потери на КПД)? Для чего эти бессмысленные перекачки энергии туда-сюда? Может, необходимо лечить не симптомы, а причину? А причина - в большом и неравномерном потреблении энергии быстрыми зарядками. Станции на сменных батареях, в отличие от них, будут потреблять намного более равномерно, поскольку зарядка идет малым током в течение длительного времени.
Adventory Автор
22.04.2022 10:47У меня нет задачи переубеждать вас, но смена батарей это дополнительные затраты к вопросу зарядных станций (т.е. кроме зарядки самих батарей, дополнительные затраты при производстве автомобилей, строительстве станций смены батарей, арендных платежей за землю, логистики и обслуживания, и это при том, что система зарядных станций также остаётся). Время покажет. Но пока в планах разработок по электромобилям в известных мне крупных компаниях зарядка в виде смены батарей отсутствует, а там где этим занимались, эту тему закрыли из-за бесперспективности. Возможно к этому вопросу когда-нибудь вернуться, когда, например, создадут компактные батареи со сверхвысокой плотностью мощности, но пока это представляется маловероятным.
Также мне не совсем понятно, почему вы считаете, что зарядка электромобиля является бесплатной. Зарядка электромобиля на зарядных станциях является платной. Там, где граждане устанавливают персональные зарядные станции они также платят по счётчику, а если кто-то ставит в гараже или на парковке, то там также ставится счётчик. Есть конечно отдельные промо-станции, где можно зарядится бесплатно, но это больше исключение, чем правило.
В остальном, ваши выводы основываются на, скорее всего, неполной информации. Поэтому вам может показаться, что некоторые доводы «безграмотные», но это не совсем так ;)
Например, вот это:
«Опять таки совершенно технически безграмотное утверждение. Чем это перспективно? Тем, что, стоящие автомобили будут заряжаться (с потерями на КПД), а потом для балансировки разряжаться (опять с потерями на КПД), а потом снова заряжаться (еще раз потери на КПД)? Для чего эти бессмысленные перекачки энергии туда-сюда? Может, необходимо лечить не симптомы, а причину? А причина - в большом и неравномерном потреблении энергии быстрыми зарядками. Станции на сменных батареях, в отличие от них, будут потреблять намного более равномерно, поскольку зарядка идет малым током в течение длительного времени.»
Это одна из самых перспективных технологий в ЕС. Вы заряжаетесь дома ночью по дешёвому тарифу, приезжаете в офис подключаете машину и отдаёте энергию по более высокому тарифу. Да есть вопрос КПД, но электрические преобразования в данном случае имеют высокий КПД, который вполне обеспечивает экономическую эффективность и заработок пользователям электромобилей. Кроме того, в новых протоколах используются так называемые профили интеллектуальной зарядки. В общем электромобильность - это куда более широкая тема, чем просто автомобиль с аккумулятором и электродвигателем. Причём электромобиль, это не самая большая часть в элеткромобильности. Это по сути часть энергосистемы.
zatim
22.04.2022 11:00Вы заряжаетесь дома ночью по дешёвому тарифу, приезжаете в офис подключаете машину и отдаёте энергию по более высокому тарифу.
А потом вручную толкаете машину до дома? Машина нужна для того чтобы на ней ездить, а не перевозить энергию.
но электрические преобразования в данном случае имеют высокий КПД
Есть физика. К сожалению, выше 90-95% КПД в принципе не прыгнешь. Один раз 5% потерял, второй раз 5%, 3 раз 5%. Вот уже почти 15% в сумме набралось, грубо говоря. Из 100 кВт*ч 15 выбрасывать просто так в воздух, чтобы сыграть на тарифах? Маркетогоги, конечно, могут придумать любую чушь, но она разобъется об суровую реальность.
Adventory Автор
22.04.2022 12:48Ну как бы машина не разряжается полностью конечно, а отдаёт возможный избыток, до дома и по делам будет достаточно.
КПД, да есть потери, но даже 95% это вполне достаточно, потери минимальны. И да, потеря 5% при низком тарифе, это не проблема. И даже в вашем расчёте не 15%, а 10%, так как следующий заряд, это уже следующий день. И да, в чём проблема потерять несколько % энергии, но иметь энергию когда нужно без затрат на инфраструктуру (или с универсальной инфраструктурой). Балансировке энергосистем сейчас уделяется много внимания и это важная задача при использовании альтернативных источников энергии и здесь электромобильность - это большой объём систем хранения энергии. При чём обслуживание этих накопителей и их стоимость переложена на пользователей. Экономика здесь идёт вместе с инженерией. А разработки, которые не обеспечивают экономическую эффективность малопривлекательны для реализации.
zatim
22.04.2022 13:16Ну как бы машина не разряжается полностью конечно, а отдаёт возможный избыток, до дома и по делам будет достаточно.
А кто будет определять величину этого избытка? Водитель или алгоритм? А вдруг надо срочно ехать куда то, а остатка не хватит? Опять ехать на зарядку и терять ценное время?
Нет, идея изначально бредовая. Если кому то прям так сильно хочется заниматься балансировкой и зарабатывать на разнице тарифов (хотя заработок - тут с большой натяжкой, еще хз когда это все окупится), то проще в подвале дома поставить станцию из тех же списанных батарей. Которые ночью будут заряжаться, а днем отдавать энергию. В подвале нет ограничений на размер и вес, а паразитное тепло от потерь на заряд и разряд будет отапливать жилище, а не атмосферу. И из схемы автомобиля уйдет дорогостоящий, сложный и массивный инвертор.
электромобильность - это большой объём систем хранения энергии.
Тут важно понимать, что эта энергия не просто статично хранится, как вода в водохранилище, а активно используется для движения. Влазить в механизм, который активно используется весьма проблематично. Как вы считаете, легко ли организовать навигацию на том же водохранилище, в котором воду спускают чуть ли не до нуля и наполняют через день?
А разработки, которые не обеспечивают экономическую эффективность малопривлекательны для реализации.
Разработки, которые не обеспечивают экономическую эффективность, да еще и выглядят как бредовые - тем более малопривлекательны.
Adventory Автор
22.04.2022 13:36Почитайте про V2G, и эта технология уже внедряется в электромобили. Кстати на Хабре тоже есть статьи про V2G. Рекомендую.
de-Bill
21.04.2022 19:38Думаю, будущее за домашними зарядками, как сейчас у финов подогрев картера на паркингах у домов.
Adventory Автор
22.04.2022 09:49Есть уже проекты паркингов около домов с зарядными станциями. Но вопрос в установленной мощности электросети и стоимости электроэнергии для зарядки электромобилей, она явно будет дороже, чем для бытового потребления. Увы, но мечта о том, чтобы заряжать электромобиль от «обычной розетки» уходит в прошлое вместе с ростом мощности батарей. У некоторых моих знакомых есть электромобили и они их заряжают постоянно, купили бытовые зарядные станции (4,7 кВт и 7,5 на 3ф) и поставили их дома, на даче и на парковке в офисе.
pomalliko
21.04.2022 17:24а как же импортозамещение? на прошлой неделе столкнулся с невозможностью заказать в Россию компоненты симатик под расширение системы.
Adventory Автор
21.04.2022 17:30Импортозамещение - здесь вполне возможно в той же силовой части, собрать выпрямители вполне возможно. А использование стандартного промышленного контроллера, который в отличии от специализированного контроллера, даёт больше гибкости при создании станций, вполне экономически обоснованное и удобное решение.
А так сейчас из-за проблем трансграничных платежей и логистики, много чего сложно заказать + сроки поставки, которые из-за старых проблем с чипами, пока и не улучшились.
Slava_Climber
21.04.2022 17:32+1Хотелось бы оставить опыт реального использования и проектирования зарядных станций на оборудование Siemens.
По контроллерной части 1515 так ещё и OpenController ИМХО Overkill. Это оправдано только с той стороны, что на контроллере делается и верхний уровень OCPP. Обычного 1512 хватает с головой, хотя можно и 1214 использовать в крайнем случае.
А вот с силовой частью много вопросов. Есть у нас одна станция с DCP модулем на 30кВт, и по ней есть нюансы. Самое основное, это DCP., 30кВт он выдаёт только при 600VDC. А реальность такова, что подавляющее большинство машин имеет батарею с напряжение 320-400VDC. Те-же самые Теслы. И при максимальном выходном токе в 50A мы получаем 17-20кВт. Что довольно мало. Так-же само и будет с DCP на 120кВт. В реальности там будет около 80кВт при эксплуатации.
Есть альтернативный вариант DCP, и как по мне, он на порядок бюджетные и компактнее чем представленный.
Если говорить в общем про решение использования PLC Siemens, то на опыте около 20 изготовленных и смонтированных зарядных станций - оно оправдано. Да, это не дёшево. Но это даёт гибкость и масштабируемость. Так-же по надёжности, всё довольно хорошо. Контроллер CCS ещё немного сыроват. Но работает.
Если кого-то заинтересовала эта тема, то могу глубже описать и рассказать подробности реально использования оборудования, и почему именно его мы и выбрали.
Adventory Автор
21.04.2022 17:42Да, в большинстве случаев используют контроллер ET200SP 1512SP, а остальное выносят на IoT. DCP - действительно так и работает, его номинал именно на 600В рассчитан. Вниз по напряжению, ограничение тока, а вверх мощности, при около 980В он вообще выдаёт 0А.
Но его основное преимущество - это двунаправленность. Поэтому пока вполне можно ограничится более дешёвым управляемым тиристорным выпрямителем.
Кстати модули TM ECC, имеют несколько обновлений прошивки, где много поправили, также появилась документация по модулям на русском, также сделали библиотеку Chademo (правда она платная).
Slava_Climber
22.04.2022 09:13+1А вот с обновления нас вообще удивили.
Что версия 1.08 что 1.011 на контроллер заливаются порядка 2х-3х часов. Что прям ну ооочень долго...
Chademo мы ещё года полтора назад сами написали, с нуля.
Adventory Автор
22.04.2022 12:35За использование S7-1200 (не совсем понял, вы именно 1214 использовали и реализовали на нем зарядные протоколы?) и самописную библиотеку Chademo (если я правильно понимаю, что для контроллера), то это отдельный респект и огромное уважение, вот прямо снимаю шляпу! Вы даже можете их продавать, как пользовательские библиотеки.
Slava_Climber
22.04.2022 13:33+1Да, мы используем 1214 как PLC с входами-выходами. На нём написана вся логика зарядных портов (собственный Chademo и библиотека Siemens для CCS) и управления силовыми преобразователями. В качестве OCPP уже использовали отдельную железку.
А ET200SP собираем из интерфейсного модуля и самого модуля CCS. Так получилось максимально бюджетно.
Zuy
22.04.2022 06:20+1Странно что на картинке PLC интерфейсы названы один CCS2 а второй COMBO1. По сути это оба CCS отличающиеся верхней частью. Один для EU, второй для US. С точки зрения протокола, а там используется стандарт ISO15118 или DIN70121 они на 100% идентичные.
Adventory Автор
22.04.2022 10:03Протоколы стандартов ISO15118 и DIN70121 имеют отличия. По сути, можно сказать, что DIN70121 основан на ранней версии ISO15118, но ранняя версия ISO15118 не была опубликована, и вышедшая в 2014 году версия ISO15118 - имела много отличий. Поэтому если электромобиль имеет только версию DIN70121, зарядить его на станции с ISO15118 не получится. Ну и DIN70121 не поддерживает интеллектуальную зарядную инфраструктуру.
Zuy
22.04.2022 17:31Они конечно имеют отличия. Но их использование не определяется типом разъема или регионом. Если я правильно помню машина в начале коммуникации сообщает какие протоколы она поддерживает а зарядная станция подтверждает какой будет использоваться. На момент 2019года я в дикой природе не видел ни одной машины которая бы поддерживала ISO. Все EV США и те что мы тестировали в Европе работали только по DIN.
По этому я сомневаюсь что будут зарядные станции которые только ISO. Во первых нет смысла, с точки зрения софта, если у вас есть ISO то поддержка DIN появляется практически бесплатно. А второе, куча машин ездит которые только DIN, к примеру теже Tesla.
Adventory Автор
22.04.2022 17:39От разъёма не зависит, но эта публикация выполнена на основе реальной разработки, а там использовался, на момент разработки, именно DIN.
Zuy
22.04.2022 17:52Так я в общем-то указал только на одно. На картинке указано один разъем Combo, второй CCS. Это не верно, они оба CCS и Combo одновременно т.к. CCS это Combined Charging System. Правильнее будет в документах использовать CCS, т.к. combo это более разговорный вариант.
Adventory Автор
22.04.2022 19:34Полное название CCS Combo1 и CCS Combo 2. Так как я больше с немцами по этой теме общаюсь у них действительно, как вы отметили, разговорно и в документации, называют CCS2 и Combo1. Видимо, чтобы максимально дифференцировать. Оба CCS немного похожи, только в CCS - в верхней части 5-штырьков и круглый разъём, а в CCS2 - 7 штырьков и скошенный кругу, т.е. верхняя часть аналогична разъёмам Mennekes Type1 и Type2
lab412
я то думал тут щас покажут что то интересное о том как спаять плату и особенности пайки конденсаторов размером с голову. а так это ПЛК-Лего обычное и ничего интересного...
не увидел сразу, а цена то есть всего этого дела? Зарядную станцию готовую можно купить. можно узнать во сколько раз это будет дешевле покупной станции? просто если вся сборка это просто соединение модулей ПЛК вместе - то не проще ли купить готовое сразу с красивым корпусом и всё такое
Adventory Автор
Больше половины быстрых зарядных станций делаются именно вот так как описано в публикации. А описанная в статье станция - это практически реальный проект (не представлены оболочка, системы вентиляции/подогрева и зарядные кабели. Основные отличия быстрых станций обычно в силовой части, которая в указанной выше комплектации составляет 70% стоимости от зарядной станции. Но тут рассматривается очень продвинутый двунаправленный DCP преобразователь. Однако, в большинстве случаев можно обойтись более простым управляемым выпрямителем.