Накопители электрического заряда для электротранспорта: на пути к литий-металлическим батареям
Одна из важных современных тенденций — переход к электрическому транспорту, особенно это заметно по развитым странам. К примеру, в марте 2020 г. в Норвегии доля проданных автомобилей, не имеющих двигателя внутреннего сгорания (ДВС), составила 75,1%, в натуральном выражении — 9 351 шт. [1]. К таким автомобилям относятся полностью электрические (EV) и заряжаемые гибридные автомобили (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV). При этом доля продаж автомобилей с ДВС упала до рекордных 17,7%. В целом в мире наблюдается взрывной рост числа электромобилей: в 2018 г. в личном пользовании было уже более 5 млн шт. (63%-ный рост к предыдущему году), хотя стоит отметить, что это менее 0,5% от общего парка автомобилей. Такой скачок вызван как повышением доступности инфраструктуры для таких автомобилей (появились быстрые зарядные станции и станции технического обслуживания), так и уменьшением их базовой стоимости и стоимости владения [2].
Электротранспорт уже сейчас является основным потребителем накопителей энергии. В 2018 г. суммарная доля установленных в EV накопителей составила 142 ГВт·ч, при этом к 2030 г. прогнозируется рост до 2623 ГВт·ч [3]. В качестве накопителей в EV, как правило, применяются Li-Ion-батареи, однако иногда также используются суперконденсаторы и топливные элементы.
Суперконденсаторы позволяют достичь сверхвысокой мощности и практически бесконечной циклируемости (с точки зрения жизненного цикла автомобиля), обеспечивают быстрый заряд-разряд, но имеют и свои недостатки — малую удельную энергетическую емкость (порядка 10–20 Вт·ч/кг, в зависимости от применяемого типа суперконденсатора) и достаточно высокую стоимость (в 2–10 раз больше, чем у классических Li-Ion-аккумуляторов). Поэтому они служат вспомогательным накопителем для Li-Ion-батарей, который дает возможность нивелировать скачки потребления/заряда (при старте автомобиля, интенсивном разгоне или рекуперации), продлевая срок службы основной батареи и повышая эффективность использования энергии.
Топливные элементы нашли достаточно широкое применение в автотранспорте. На рынке доступны работающие только на топливных элементах (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) модели, выпускаемые крупнейшими автопроизводителями и концернами, такие как Toyota Mirai, Hyundai Tucson Fuel Cell и NEXO, Audi A2H2, Honda FCX Clarity, Fuel Cell Black Cab, Kia Borrego FCEV и др. Однако у подобных накопителей есть существенный недостаток — необходимость наличия баллона с горючим, которого хватит на несколько тысяч часов непрерывной работы. Такой баллон занимает полезный объем, часто имеет значительный вес, и его нужно периодически заправлять.
Таким образом, сейчас автопроизводители устанавливают в качестве накопителя электроэнергии в EV именно Li-Ion-батареи, несмотря на то, что у них тоже есть недостатки. Важно учесть, что после отмены субсидий со стороны государств на покупку «зеленого» транспорта для домохозяйств и коммерческих предприятий прирост количества электромобилей не уменьшился. Однако дальнейшему ускорению роста доли продаж электротранспорта мешает в том числе его высокая начальная стоимость, в первую очередь связанная с затратами на один из основных компонентов электромобиля — накопитель энергии.
Основная доля используемых сейчас в электротранспорте накопителей — это различные варианты Li-Ion-батарей, но их применение часто приводит к понижению потребительских характеристик (увеличение стоимости, уменьшение пробега на одной «зарядке», невозможность работы при низких или высоких температурах без потери характеристик, долгая зарядка и т. д.) по сравнению с автомобилями с ДВС. Поэтому очень много исследований, находящихся на разных уровнях технологической готовности (УТГ), направлены либо на улучшение характеристик Li-Ion-батарей (примечательно, что геометрический рост числа публикаций в этой области привел к тому, что первая книга, «написанная» искусственным интеллектом, была посвящена батареям этого типа [4]), либо на переход к другим видам накопителей энергии, в том числе к твердотельным батареям с металлическим (Li) электродом, водородным источникам энергии и др.
В данной статье мы остановимся на современных вариантах используемых в транспорте (коммерческом и частном, без отдельного рассмотрения железнодорожного, авиа- и других видов транспорта) Li-Ion-батарей и требованиях производителей к ним, а также дадим краткий обзор новых решений в области литий-металлических батарей, которые готовятся к выходу на рынок или уже доступны.
Основные характеристики Li-Ion-батарей, применяемых в электротранспорте
Любой накопитель заряда работает циклически: «накопление энергии — хранение энергии — разряд». На каждом из этапов цикла есть определяющие характеристики: для режима накопления это в первую очередь скорость (мощность) накопления заряда; для этапа хранения энергии это количество энергии, которую может запасти накопитель (произведение мощности на время заряда), а также величина потерь энергии во времени (саморазряд); для разряда важна скорость разряда во времени (мощность). В целом цикл характеризуется энергоэффективностью (отношение отданной энергии к запасенной в накопителе), временем выхода на рабочие параметры и деградацией — количеством циклов заряда-разряда до потери значимой (20–30%) части емкости. Все эти характеристики зависят от эксплуатационных факторов, таких как внешняя температура и режимы заряда-разряда. В спецификациях для накопителей заряда для отражения основных характеристик указывают удельную энергию (Вт·ч/кг), удельную мощность (Вт/кг), плотность энергии (Вт·ч/литр), рабочее напряжение, рабочий диапазон температур, режимы заряда/разряда и др.
Концепция Li-Ion-батарей была предложена еще на заре ХХ в. и имеет большую историю развития со своими успехами и неудачами [5]. В 2019 г. Нобелевская премия по химии была вручена «За совершенствование (разработку) литий-ионных батарей» Джону Гуденафу (John B. Goodenough), Стэнли Уиттенгему (M. Stanley Whittingham) и Акиру Ёсино (Akira Yoshino) [6], что подчеркивает перспективность дальнейшего развития этой технологии. Мы рассмотрим Li-Ion-батареи, применяемые в электротранспорте и в данный момент доступные на рынке.
Li-Ion-батареи (вторичные химические источники тока) можно разделить на несколько подгрупп по характеристикам удельной энергоемкости, количества циклов заряда/разряда и объема мирового производства (доля рынка в EV). В первую группу входят батареи, в составе которых (далее в скобках указаны катод/анод, устоявшаяся аббревиатура): Li-кобальт (LiCoO2/С, LCO), Li-никель-марганец-кобальт-оксид (LiNiMnCoO2/С, NMC), Li-марганцевая шпинель (LiMn2O4/С, LMO), Li-никель-кобальт-оксид алюминия (LiNiCoAlO2/С, NCA и NMC-LMO/С). Ко второй группе можно отнести литий-железофосфатные батареи (LiFePO4/C, LFP). Третья группа состоит из различных вариантов литий-титанатных батарей (NMC/LTO, LMO/LTO).
Все вышеуказанные Li-Ion-батареи работают по одному принципу. Во время разряда к катоду (положительный электрод, оксид металла) движутся ионы через электролит и сепаратор от анода (отрицательный электрод, пористый углерод). В процессе заряда движение происходит в обратном направлении. На рис. 1 отражена схема работы и устройства Li-Ion-батареи на примере LCO.
Рис. 1. Схема работы Li-Ion-батареи на примере LCO
Обобщенные характеристики указанных выше групп батарей в сравнении со свинцовыми аккумуляторами и NiCd, которые все еще распространены на рынке для различных решений, приведены в табл. 1.
Таблица 1. Обобщенные характеристики батарей на основе различных технологий, которые в настоящее время применяются в электротранспорте
Это не проблема для России: здесь как минимум 10 лет будут продавать Рено, Хендай и Киа с двигателями внутреннего сгорания, а вот будут ли после 2025 года новые Порше с такими — непонятно. Одно понятно: тренд на электромобили не думает утихать.
Мы с мужем задумались о покупке электромобиля в семью. А наш друг уже приобрел два электрокара и установил две зарядные станции у себя в подземном паркинге и на даче. Мы решили ему в этом помочь. Расскажу, что получилось и с какими нюансами пришлось столкнуться.
Что вообще называют электромобилем
Электромобилями нередко называют и гибридные автомобили, ведь некоторые из них могут ехать исключительно на заряде батареи.
Гибридные автомобили бывают двух типов. Первые заряжаются сами от себя, пример такой машины — Toyota Prius. Ее батарея заряжается во время работы двигателя внутреннего сгорания и от рекуперации при торможении — это когда часть энергии, высвобождающейся при работе колодок и тормозных дисков, возвращается в виде электроэнергии, которая запасается в батарее.
Другие гибриды — подзаряжаемые, они же плагин-гибриды, PHEV — можно заряжать от розетки. Например, Porsche Panamera Hybrid.
В таком автомобиле есть маломощный двигатель внутреннего сгорания и электромотор с батареей небольшой емкости, которая помогает бензиновому мотору в сложных режимах движения: старт с места, движение в пробке и так далее. Заряда таких машин достаточно для передвижения на короткие дистанции по городу в полностью электрическом режиме. А когда автомобиль выезжает за город, подключается двигатель внутреннего сгорания.
Преимущества подзаряжаемых гибридов:
Недостатки подзаряжаемых гибридов:
Электромобиль — автомобиль, который приводит в движение один или несколько электродвигателей, работающих от батареи.
Питание электромобилей. За суперконденсаторами будущее?
В качестве источника хранения энергии для питания электромобилей сейчас в основном рассматривают литий-ионные аккумуляторные батареи. Первый аккумулятор данного типа изготовили в 1991 году. Основная характеристика, которая используется для оценки аккумуляторной батареи – удельная энергоемкость. Для литий-ионных аккумуляторов она около 250 Вт*ч/кг. Это означает, что в течение часа такой аккумулятор массой 1 килограмм может питать, например, электродвигатель мощностью 250 Ватт.
Если мощность электродвигателя легкового автомобиля будет 55 килоВатт (приблизительно 75 лошадиных сил), тогда для обеспечения 1 часа движения потребуется аккумулятор массой, равной 55.000/250 = 220 кг.
По сравнению с массой легкового автомобиля это не настолько много, но это только 1 час пробега, за который автомобиль проедет в среднем 60 километров пути. Если решать задачу увеличения пробега «в лоб», то необходимо по-тупому пропорционально увеличивать массу. А это, прежде всего, увеличение стоимости. Поэтому в электромобилях применяют различные электросберегающие технологии, например, во время торможения энергия возвращается в аккумуляторную батарею.
Недостатки литий-ионных аккумуляторных батарей
Что есть суперконденсатор?
Обычный конденсатор представляет собой две пластины проводника, разделенные тонким слоем диэлектрика. Конденсатор предназначен для накапливания заряда, то есть электрической энергии. Основная характеристика конденсатора – емкость. Она прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Единица емкости конденсатора – 1 Фарада. Не вдаваясь в физические тонкости, произвести конденсатор такой огромной (по физическим размерам) емкости до последнего времени было трудным и бесполезным занятием. Конденсатор емкостью 1 Фарада мог занимать место приблизительно, как тумбочка. Если пересчитать емкость в Ватт-часы:
Получится 0,5*1*3*3/3600 = 0,00125 Вт*час
То есть на такой «тумбочке» электромобиль и тронуться с места не сможет.
В начале 60-х Роберт Райтмайер запатентовал модель суперконденсатора. Вместо обычных пластин он предложил делать пористые пластины, у которых площадь на пару порядков больше. А сблизить площади этих неровных пластин он предложил с помощью электролита. Чтобы через электролит не протекал ток, пластины должны иметь разную проводимость: ионную и электронную. Потом эту технологию перекупила японская компания NEC. Практически реализовать такую технологию в полном качестве удалось только с приходом нанотехнологий. Сейчас, например, для покрытия пластин используют материал графен. Пару граммов этого вещества способны покрыть футбольное поле.
Таким образом, «тумбочка» стала размером «с ноготок».
На рисунке приведен конденсатор емкостью 10 Фарад. Конденсатор побольше выглядит солиднее. По размерам он, как граненый стакан.
Преимущества суперконденсаторов
Так чем же эти «банки» лучше привычных литий-ионных аккумуляторных батарей.
Какие электромобили можно производить, используя суперконденсатор
Помимо «хороших» свойств суперконденсаторов, есть и «плохие», которые не дают его применять, где попало, прежде всего:
Говоря человеческим языком, масса конденсаторов значительно выше, их требуется подключать в схему последовательно, что уменьшает емкость дополнительно, увеличивает стоимость. Кроме этого, необходимы специальные схемы стабилизации питания и распределения напряжения.
Для примера, размер суперконденсатора для питания смартфона должен быть не менее пресловутого граненого стакана. Не представляется электромобиль с суперконденсаторным «туалетом» на борту. Зато такой «туалет» легко можно спрятать в грузовой машине или электротранспорте. Я не случайно привел такое сравнение. Внешний вид и размеры суперконденсаторной батареи что-то напоминают.
Масса такой батареи около 1300 килограммов.
Зарядное устройство, устанавливаемое на конечной остановке, не меньше.
Такие электробусы сейчас стали привычным транспортным средством в Минске. По характеру движения они напоминают троллейбус, немного дергаются во время старта и торможения. Это не случайно: при торможении они возвращают в батарею до 30-ти процентов энергии.
Длина маршрута этого 59-го маршрута в Минске около 12-ти километров, он подзаряжается после каждой поездки из одной конечной остановки в другую. Зарядные устройства находятся на конечных остановках. Длится заряд около 3-х минут. Водитель в это время отдыхает. Суперконденсаторные батареи производится под Минском, электробусы – в Минске. Такая небольшая длина пути до подзарядки пока адаптивна только к электротранспорту или, например, к производственным большегрузным машинам. Очень полезно, что суперконденсаторы могут «рвануть» с места груженый транспорт, быстро заряжаются при торможении. Обычный аккумулятор не способен это сделать.
Преимущество быстрого заряда существенно. Представьте, когда ночью в депо стоит куча электробусов на зарядке. Каждому подай по зарядному устройству. Суперконденсаторы утром по-быстрому зарядил – и в путь. Суперконденсаторы отлично пойдут для питания городских микроавтомобилей с небольшим дневным пробегом.
Какие перспективы, за чем будущее?
Я думаю, что будущее за соединением технологий. Это будут или аккумуляторные конденсаторы, или конденсаторные аккумуляторы. Сейчас такие технологии уже используются, например, пластины аккумуляторов покрывают графеном. Обязательно последует развитие технологий, уменьшение массы, увеличение рабочего напряжения, совершенствование элементов защиты. Поживем – увидим. То, что суперконденсаторы будут стоять в электромобилях, очевидный факт.
VOLTS — лучшее компактное решение для бесперебойного питания вашего дома
Все необходимые компоненты уже находятся внутри устройства. Мгновенное включение. Подключите VOLTS к дому и забудьте о проблемах с электропитанием.
Действительно стильный. Впишите VOLTS в свой интерьер
Экономит пространство вашего дома и не требует отдельного помещения. Для него легко найдется место в любой планировке
Никаких лишних звуков. Живите в комфорте всегда
Гибкая подстройка под ваши нужды. Высокая мощность. Огромные возможности: от 4 до 45 кВт мощность и от 2 до 48 кВт*ч емкость. Можно добавить модули емкости в любой момент даже после установки
Вы даже не заметите, что у Вас пропала центральная электросеть. Забудьте про постоянные сбросы настроек домашней электроники
Вам не нужно переделывать существующую электрику в доме и специально готовиться к установке.
Наивысшие европейские стандарты качества и сертификация, многоступенчатая система защиты и удаленный мониторинг
От вас не нужно ничего. Абсолютно. Полная автоматизация и управление через мобильное приложение.
Интеллектуальное управление через мобильное приложение, онлайн мониторинг, удалённое управление, статистика потребления энергии
Довольно долго изучал рынок электрооборудования для дома и решил остановиться на VOLTS. Меня заинтересовало то, что это наша разработка. Несмотря на высокую стоимость, покупка оправдана на 100%: интуитивно-понятное управление через приложение, лаконичный дизайн и, в отличие от генератора, не шумит. Со временем думаю расширить ёмкость накопителя и дополнительно поставить солнечные батареи к уже приобретенным вместе с накопителем.
В посёлке, в котором я живу, часто отключают электричество, поэтому у каждого второго есть резервное оборудование. О Вольтс узнал из рекламы и решил приобрести. Рискнул, так как, благодаря своей профессии, понимаю, с чем имею дело. Всё работает без нареканий, покупкой очень доволен.
Живу за городом, дом на 150 кв. Периодически происходят скачки напряжения. Вольтс приобрел 3 месяца назад. Работает исправно: при необходимости, сам включается. Покупка стоит своих денег.
Энергонакопитель Вольтс – функциональное и экологичное оборудование, которое идеально подходит для загородных домов. Являюсь их клиентом давно и хотелось бы отметить профессиональность сотрудников: объясняют все максимально доступно и чётко.
VOLTS бесперебойное питание Вашего дома
Быстрое подключение к распределительному щиту дома.
Не требует модернизации существующей системы электроснабжения.
Сегодня происходит глобальное изменение парадигмы исполнения системы электроснабжения квартир и частных домов. Домашние накопители электроэнергии позволяют дать абсолютную автономность, независимость и безопасность электроснабжения. А возможность интеграции с зелеными технологиями позволяет полностью перейти к современным эффективным домам.
Группа компаний Volts Battery является производителем современных систем накопления электроэнергии для загородных домов. Более 30 представительств на территории России, СНГ и Европы. Главный офис находится в Санкт-Петербурге.
Возможно, будущее зарядок электрического транспорта за станциями на 50 кВт, а не «заправками» на 250 кВт.
Зарядные станции на 350 кВт очень дороги, но их сторонники считают, что «больше – лучше» и относятся к зарядкам электрического транспорта как к бензиновым заправкам.
Автопроизводители участвуют в конкурсе «у кого больше», соревнуясь своими высокоскоростными зарядными станциями постоянного тока. Tesla была пионером, развернув сеть зарядных устройств мощностью на 120 кВт, которые впоследствии были модернизированы до 150 кВт. Porsche продемонстрировали зарядное устройство мощностью 350 кВт для своего Taycan. Tesla модернизировала свои новейшие станции до 250 кВт. Сети других производителей начинали с 50 кВт, но по мере улучшения системы зарядки CCS, новые установки (в частности, в сети «Electrify America») были доведены до 150 кВт (некоторые из них даже мощнее).
Установка зарядных устройств второго уровня (мощностью от 3 до 8 кВт) оказалась ошибкой – страну заполонили дорогие зарядные станции, которыми водители дальноходных современных электромобилей практически не пользуются. Эти зарядные устройства работают медленно, и либо они бесплатны, либо цена зарядки на них завышена. Их установка имеет смысл только в жилых кварталах, либо возле парковок и у отелей – в местах, где люди обычно проводят 4 часа и более. Тем не менее множество таких зарядок установлено в местах, где люди проводят от 30 минут до 2 часов (например, на парковках магазинов).
Каждый киловатт мощности прибавляет около 4 миль дальности за час зарядки, поэтому станция мощностью 150 кВт, работающая на полную, теоретически может добавить автомобилю вроде Tesla Model 3 до 600 миль дальности за час зарядки.
Проблема в том, что на самом деле не может. Это мгновенная скорость, и станция выдает ее только в начале сеанса зарядки – как только батарея заряжается наполовину (или даже раньше), скорость зарядки падает. Может быть, правильнее сказать, что станция на 150 кВт прибавляет 100 миль за 10 минут, но это верно только для сильно разряженной машины. Зарядная станция не может добавить 200 миль за 20 минут. Большинство автомобилей в любом случае проходят на одном заряде всего 200-300 миль.
Мы опять ошиблись?
Могут ли возникнуть такие проблемы при развертывании быстрых зарядок? Я называю гонку пиковых мощностей в духе «у кого больше», о которой говорилось выше «бензиновым подходом». Речь о таком подходе возникает, когда кто-то сравнивает зарядки для электромобилей с бензиновыми заправками. Бензиновый подход подразумевает следующую ситуацию: вы едете, замечаете, что топлива осталось мало, ищете ближайшую заправку и заливаете на ней полный бак. Настолько быстро, насколько можете.
Электрическое мышление работает по-другому. Этот подход подразумевает желание зарядить автомобиль, пока он припаркован не из-за того, что у него разрядилась батарея, а, например, когда вы спите дома или в гостинице. В рамках этого подхода скорость зарядки не имеет значения, главное чтобы ваша машина полностью зарядилась за время стоянки. Когда вы едете на заправку, ваша главная задача — заправиться. Зарядка электромобиля, в идеале, должна быть вашей вторичной задачей.
Это не значит, что потребность в супер-быстрой зарядке не возникает. Бывают моменты, когда у вас нет первоочередной задачи. Когда важность всех задач примерно одинакова (хотя так не бывает), вам, конечно, хочется ускорить дела вроде зарядки машины. Если машину можно подзарядить менее чем за 5 минут, то зарядку можно сравнить с обычной заправкой. На одинокой стоянке грузовиков между штатами или на загородном складе такая зарядка пригодится.
Впрочем, полного баланса не бывает. Очень высокая мощность зарядки стоит денег. Зарядные станции дорогие, заводить мегаватты электроэнергии тоже недешево (не так дорого, как строить АЗС, но все равно ощутимо) Эта стоимость должна быть оплачена, и обычно цена электричества на таких станциях зарядки может быть от 2 до 5 раз больше, чем при зарядке от вашей станции у дома. Представьте следующую ситуацию: у дома вы можете заправляться по цене 2.5 доллара за галлон, а на хайвее – по 8 долларов за галлон. Какую АЗС вы будете избегать кроме случаев крайней необходимости?
Еще одна проблема заключается в том, что очень быстрая зарядка сокращает срок службы аккумулятора. Этот показатель сложно пересчитать в доллары, но он действительно важен. Многие компании работают над зарядными устройствами и батареями, которые не будут подвержены этому недугу, но пока что прибегать к быстрой зарядке стоит только при большой необходимости.
Люди, которые могут заряжать свой автомобиль дома или в офисе, должны пользоваться этой возможностью как основным вариантом – с медленным оборудованием и низкой ценой зарядки. На самом деле, зачастую правильным выбором может оказаться зарядка первого уровня, прибавляющая всего 5-7 миль проезда в час. Если офис может поставить 5 маломощных зарядных устройств по цене одного зарядного устройства 2-го уровня, то это будет лучшее решение – большинство машин могут проезжать всего 40 миль в день. Несколько зарядных станций второго уровня могут обслуживать людей, которым нужно чуть больше прямо сейчас. (Следует отметить, что более медленная зарядка первого уровня мощностью 2 кВт несколько менее эффективна, чем зарядка второго уровня мощностью 7 кВт).
Людям, у которых нет зарядок около дома или работы, а также автопутешественникам, необходимо другое решение. В таких ситуациях основным решением является суперзарядка (по крайней мере, что касается Tesla).
«Средне-быстрая» зарядка
Эти зарядные станции на 50 кВт довольно быстрые, но пока что дорогие. Хотя так быть не должно.
Решение может заключаться в более широком развертывании «средне-быстрых» зарядок, работающих в диапазоне 40-50 кВт. Такие зарядные станции тоже недешевы, но они стоят меньше, чем зарядки на 150 кВт и более. Впрочем, на рынке стараются снизить их стоимость. Недавно я разговаривал с «Wallbox», европейским поставщиком зарядных станций, и хотя о ценах речи пока не идет, они планируют производить значительно более дешевые зарядные устройства мощностью 50 кВт.
Стоимость зарядного устройства — это только полдела, стоимость высокомощной электрической инфраструктуры также велика. Даже если речь идет о существующем коммерческом здании, добавление сотен кВт мощности может потребовать обновления электроснабжения и дорогостоящей электропроводки. 150 кВт – это серьезно, могут возникнуть большие риски в плане безопасности, а это повышает стоимость.
Быструю зарядку удобно иметь в тех местах, где вы можете остановиться на время от 20 минут до часа – в местах вроде ресторанов, продуктовых магазинов (и другой крупной розницы), баров и прочих мест встреч. Если цена таких зарядок снизится настолько, что они будут повсюду, то они будут очень удобны при поездках за покупками. Сценарий использования будет очень простым – поставьте машину на зарядку и идите по делам, оплата зарядки будет рассчитана специальным протоколом прямо через кабель. Если магазин захочет сделать скидку за зарядку это можно будет сделать просто приложив телефон к специальному датчику в магазине (или, что еще лучше, автоматически, после безналичной оплаты покупок).
«Средне-быстрые» зарядки также хороши при поездках в рестораны. Даже если вы приедете компанией в фаст-фуд и присядете перекусить – у вас это займет порядка 35 минут. Проблема ресторанов в том, что их основная работа приходится на бизнес-ланч и ужин, так что поездка в ресторан и быстрая зарядка автомобиля имеют смысл. Поскольку вам нужно будет припарковаться у зарядки, лучше поставить несколько зарядок возле ресторана, а не одну мощную в 5-10 минутах ходьбы от него (разве что если рядом с мощной зарядкой можно взять еду на вынос).
Доступные зарядки и фургонные стоянки
Как уже отмечалось, стоимость новой электрической инфраструктуры может стать проблемой, особенно если речь идет о небольшом учреждении, желающем просто поставить 2-3 зарядки. Если вы строите большую зарядную станцию, то к ней почти всегда придется делать новую электрическую систему.
Нам нужны умеренные по мощности зарядки, которые смогут определять ток, поступающий в здание, и не будут выдавать больше мощности, чем может выдержать имеющаяся инфраструктура. Многие здания очень хорошо обеспечены электроэнергией и большую часть времени используют только небольшую ее часть, повышая аппетиты в ситуациях, когда имеется большая потребность в переменном токе. В остальное время у них есть простаивающие ресурсы.
Текущие электрические нормы и правила заставляют электриков суммировать нагрузки в здании и применять к ним формулу для оценки мощности необходимой инфраструктуры. Эта формула помогает избегать перегрузок, и хотя это не просто сумма всех нагрузок, в формуле учитывается, что большинство нагрузок может одновременно возникнуть в полном объеме. Все это касается обычного потребления, но ведь легко сделать автомобильное зарядное устройство, реагирующее на изменения загруженности сети. Такая станция может увидеть, что другое устройство (например, кондиционер) потребляет много энергии, и уменьшить свою мощность, чтобы общая нагрузка оставалась на уровне безопасных значений. Сейчас наши электрические нормы только адаптируются к появлению подобных умных устройств, но в конечном итоге все эти подходы будут согласованы между собой.
На самом деле, у обычного коммерческого здания (например, магазина) почти всегда хватит энергии для установки зарядной станции на 50 кВт. Впрочем, это справедливо не всегда. Нехватка энергии просто замедлит зарядку, и если эта проблема не будет встречаться часто, то с этим можно мириться – все равно это дешевле, чем повсеместно обновлять электрическую инфраструктуру. Подобные случаи также можно определять заранее, поскольку даже по показателям температуры можно определить, что скорость зарядки будет снижена. Водителям, которые используют приложение для поиска зарядной станции, будет сказано, что зарядное устройство работает на сниженной мощности задолго до того, как они доедут до этой станции.
Недорогая умеренно-быстрая зарядная станция, которая не требует модернизации электрооборудования (даже если вы поставите несколько таких зарядок), может стать лучшим вариантом для розничных магазинов. Такая инфраструктура может иметь смысл и в офисах, хотя сотрудникам придется выходить и переставлять свои машины, чтобы их коллеги тоже могли подзарядиться. На среднего сотрудника понадобится около 10-15 кВт/ч в день. Можно установить и одно супермощное зарядное устройство, которым успеют воспользоваться 20 сотрудников (если они будут постоянно бегать и меняться), но намного проще и дешевле просто поставить 20 зарядных устройств первого уровня которые будут работать весь рабочий день. Также можно установить устройства «полуторного» уровня – на 208 или 240 вольт и 15 ампер. Такую зарядную станцию (по техническим характеристикам близкую к нижним границам второго уровня) легко сделать, и она даже может быть подключена к существующей электросети – таким образом ее установка будет недорогой, а скорость зарядки будет вдвое выше, чем у первого уровня.
Фургонные парки
У фургонных парков есть большие запасы электричества в те дни, когда они не забиты под завязку.
Фургонные парки – это еще одна интересная возможность для установки дешевых зарядных устройств. Стоянки фургонов, как правило, имеют очень мощную электрическую инфраструктуру, поскольку им нужно справляться с большим количеством фургонов, в каждом из которых работает кондиционер. В более свободные дни эти мощности простаивают, и владельцы парков могли бы установить динамические зарядные устройства с невысокой стоимостью зарядки. Сегодня станции быстрой зарядки расположены преимущественно на главных магистралях, в сельских и загородных районах зарядок почти нет. Фургонные парки, в свою очередь, есть почти везде. Многие предпочитают путешествовать по проселочным дорогам.
Водителям электромобилей понравилась бы возможность пользоваться абсолютно всеми дорогами, и они бы использовали зарядки в фургонных парках (даже если это будут очень медленные станции 2 уровня) уже сегодня. В 30-минутной остановке на обычной парковке для фургонов смысла не так уж и много, хотя там всегда есть столики для пикника, где можно перекусить. Да, в такой ситуации людям захочется подключить свою машину к станции на 150 кВт и зарядиться с той же скоростью, с которой обычные машины заливают полный бак на АЗС, но для фургонных парков это пока слишком дорого. Люди будут терпеть 1-2 получасовые остановки раз в день, если это даст им возможность ездить по проселочным дорогам, которые раньше были им недоступны.
Важное послание — не относитесь к зарядным станциям для электромобилей как к АЗС. Необходимо понять – где люди на самом деле будут нуждаться в энергии, и где они будут оставаться достаточно долго, чтобы получить ее с помощью зарядных устройств разной мощности. Если вы обратите внимание на стоимость зарядных устройств, то, возможно, обнаружите, что в одних местах лучше поставить медленные зарядные устройства, а в других — средние и сверхбыстрые. А во многих случаях решение может быть смешанным.
Подписывайтесь на каналы: @TeslaHackers — сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla @AutomotiveRu — новости автоиндустрии, железо и психология вождения
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.
Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.
У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.
