Зарядные станции для электромобилей для установки в стесненных условиях

САБИРОВ Р.М., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ЛОГАЧЕВА А.Г.

В течение ближайших пяти лет практически каждая автомобиле-строительная компания планирует выпуск гибридного автомобиля с подключением к электросети или аккумуляторного электрического автомобиля. Интерес к электромобилям, в особенности среди потребителей, осознающих проблемы окружающей среды, растет большими темпами. Одни пользователи ценят в электромобилях их продвинутые технологии и практичность, другие рассматривают электромобили как спасение от повышения цен на топливо. По прогнозам, в будущем 82 % населения приобретут электромобили.

Тем не менее, на данный момент широкое распространение электромобилей сдерживается слабым развитием инфраструктуры зарядных станций. Наличие большого количества точек подзарядки (дом, работа, торговый центр, парковка) повышает комфортность эксплуатации электромобиля.

С технической точки зрения возможны различные реализации зарядных станций. В стесненных городских условиях, например, перспективным решением являются зарядные станции, выполненные в виде стойки, установленной на опору. Особенно практичным этот вариант оказывается в случае, когда ограниченные пешеходные зоны требуют альтернативных решений. Другим возможным решением в городских условиях может стать зарядная станция, предназначенная для установки на фонарные столбы или любую другую конструкцию.

Стандартные характеристики зарядной станции:

1. Розетка соответствует стандарту режима зарядки и оснащена механизмом блокировки.

2. Светодиодная индикация для отображения состояния зарядки:

– зеленый: зарядная станция активна;

– мигающий зеленый: транспортное средство подключено, но зарядка не осуществляется;

– желтый: зарядка;

– красный: неисправность.

3. Защита по дифференциальному току и автоматическое повторное включение.

4. Схема защиты от замыкания на землю транспортного средства.

Зарядные станции изолированы от клиентской сети и хост-системы с помощью сетевого экрана. Подобное решение минимизирует риск опасности для сети зарядной станции и хост-системы или риск несанкционированного получения доступа к клиентской сети.

Для поддержки адаптации электромобилей необходимо развивать производственно-техническую базу зарядных станций и их инфраструк-туру в городской черте.

УДК 629.3.082.3

Режимы зарядки электромобилей

САБИРОВ Р.М., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ЛОГАЧЕВА А.Г.

Стоимость бензина постоянно растет, а экологи не устают повторять о вреде выхлопных газов для окружающей среды. Есть ли приемлемая альтернатива двигателю внутреннего сгорания? Этот вопрос, а также поиск вариантов удешевления стоимости передвижения заставляют автолюбителей обратить внимание на электромобиль (ЭМ).

Современные ЭМ имеют ряд преимуществ. КПД тяговых электродвигателей достигает 90 %, что значительно превышает КПД двигателей внутреннего сгорания. Экологичность ЭМ обеспечивается за счет отсутствия нефтяного топлива, частой смены антифризов, моторных масел и специальных фильтров для них. Низкий уровень шума, производимого машиной, достигается посредством уменьшения количества двигающихся механических элементов. Возможность торможения электродвигателем обеспечивает отсутствие износа тормозов. К плюсам также можно отнести низкую опасность возгорания или взрыва во время аварии.

У ЭМ присутствуют и свои недостатки. Аккумуляторы пока так и не достигли кардинального улучшения своих характеристик, чтобы серьезно конкурировать с горючим топливом. В зимнее время продолжительность поездки на одном заряде сокращается в зависимости от температуры окружающей среды. Заряд аккумуляторных батарей уменьшается со временем даже во время хранения. Кроме того, на срок службы автомобиля влияние оказывают режимы его зарядки.

По всему миру неуклонно растет количество зарядных станций для ЭМ. При этом зарядные станции отличаются реализуемыми режимами зарядки.

Режим 1. Зарядка аккумулятора осуществляется постоянным, не изменяющимся в процессе зарядки током. Ее прекращают вручную по истечении определенного времени. На такой режим ориентированы многие наиболее дешевые зарядные устройства. Зарядный ток в них составляет обычно

где I – зарядный ток, А; E – емкость аккумулятора, А·ч.

В этом режиме емкостный КПД аккумулятора принимают равным 2/3 его номинальной емкости, длительность зарядки равна в среднем 15 ч. Режим зарядки малым током замечателен тем, что даже при значительном превышении времени зарядки аккумулятор не будет сильно поврежден.

Режим 2. Аккумулятор заряжают постоянным током, многократно превышающим ток режима 1 (в 10...20 раз). Зарядка прекращается автоматически по истечении заданного, более короткого времени. В режиме такой интенсивной зарядки обязательно должно соблюдаться следующее. Аккумулятор предварительно должен быть разряжен, должна быть обеспечена строгая зависимость продолжительности зарядки от установленного значения зарядного тока, обеспечено аварийное его отключение (например, по перегреву корпуса), иначе появляется серьезный риск повреждения аккумулятора.

Режим 3. Ток зарядки – не обязательно постоянный. Зарядку аккумулятора прекращают при увеличении его температуры. Этот способ имеет серьезные недостатки, аккумулятор почти всегда перезаряжается.

Режим 4. Ток зарядки – фиксированный, многократно, как правило, превышающий ток режима 1. По достижении на аккумуляторе заданного напряжения зарядка заканчивается автоматически. Установка порогового напряжения здесь весьма критична. Пороговое напряжение зависит к тому же от температуры окружающей среды и «возраста» аккумулятора. Неизменный ток зарядки в этом режиме не обязателен, но это положение упрощает учет потерь на подводящих проводах. Если из-за их неучета на аккумуляторе будет установлено заниженное пороговое напряжение, это приведет к недостаточному заряду, а установленное лишь на один милливольт выше реального приведет к тому, что процесс зарядки закончится перегревом аккумулятора (при малом зарядном токе) либо взрывом (при большом зарядном токе). Во избежание этого некоторые зарядные устройства по достижении напряжения, чуть меньше порогового, переходят на дозарядку аккумулятора безопасным током, которым ее и завершают.

В заключение нужно отметить, что одним из важных правил, позволяющих продлить срок службы аккумулятора, является предотвращение его перегрева вследствие перезарядки. Например, Toyota Prius позволяет батарее заряжаться только до 80 % от полной емкости, так как заряд выше этой цифры может привести к перегреву (тепловой пробой) и чрезмерному газообразованию, в результате чего уменьшается срок службы батареи. При правильном уходе срок службы батареи может составлять до 10 лет.

УДК 621.311