Зарядка электромобиля: где и как заряжать, время зарядки, стоимость

Что такое электрокар

Суть транспортного средства изложена в названии – вместо привычного двигателя внутреннего сгорания применяется электромотор, а вместо жидкого топлива используются аккумуляторы. Многие производители уже сегодня выпускают машины на электричестве – Shevrolet Volt, Tesla, Nissan Leaf и другие.

Из года в год характеристики таких ТС совершенствуются. Вполне вероятно, что уже через 5-10 лет они не только не будут уступать машинам с ДВС, но и превзойдут их.

Что такое зарядное устройство электромобиля

Электромобиль имеет, по сути, такую же батарею, как, например, ноутбук или мобильный телефон. Разница только в объеме и мощности. Это означает, что и для зарядки используется такое же зарядное устройство, как для любого другого гаджета. Разница только в мощности и силе зарядного тока. А также в том, что ЗУ для электрокаров имеют большие размеры, поэтому в карман или в рюкзак их не положишь. Также производители электрокаров используют свои уникальные разъемы. Но об этом мы поговорим ниже.

Зарядка (ЗУ) для электромобиля – это устройство, которое преобразует переменный ток высокого напряжения (220 вольт в однофазной цепи или 380 вольт в трехфазной) в постоянный ток с напряжением, соответствующим напряжению батареи машины. Такие ЗУ могут быть разного типа:

• стационарные – настенные шкафы, стойки и так далее;
• портативные устройства – можно возить с собой в багажнике электрокара.

Неважно, как выглядит или какого типа зарядка, в любом случае это всего лишь устройство, которое преобразует один вид электроэнергии в другой, соответствующий техническим параметрам электрокара.

Если говорить о визуальном представлении, то это некий гаджет, который подключается к источнику питания посредством обыкновенной бытовой розетки или к специальному разъему (в зависимости от того, как вы заряжаете свой автомобиль). С другой стороны устройство имеет соответствующий разъем для подключения к электромобилю. Так выглядит портативная зарядка.

Стационарные устройства подключаются в сети электропитания посредством однофазной или трехфазной цепи. Здесь важно знать, что трехфазная цепь дает больше мощности, а это означает, что увеличивается и скорость зарядки батареи. По сути, это стационарная станция, которую можно установить в гараже. Такие же станции установлены и на электрозаправочных станциях и на стоянках для электрокаров.

Станция всегда подключена к электрической сети. А для подключения к машине имеется соответствующий шнур (электрокабель), на конце которого находится разъем для подключения к электромобилю.

В самом электромобиле также имеется встроенное оборудование, необходимое для зарядки батареи. Если проследить цепь от разъема для подключения ЗУ до батареи (внутри электромобиля), то наиболее важным компонентом здесь является контроллер силы тока и уровня заряда батареи.

Контроллер пропускает определенную максимальную силу тока и автоматически отключает подачу электроэнергии к батарее при достижении 100% уровня заряда. Также контроллер регулирует уровень заряда между секциями батареи, чтобы каждый элемент АКБ имел одинаковый уровень заряда, не перегревался, не закипал и не вышел из строя.

Способы зарядки

Существует несколько способ зарядки электромобиля:

• от обычной домашней розетки;
• от солнечных батарей;
• на специализированных зарядных станциях;
• при помощи беспроводных зарядных устройств.

При этом не стоит забывать и об условиях данного процесса А вот они могут меняться в зависимости от факторов:

• сила тока,
• напряжение в электросети,
• температура окружающей среды,
• оборудование, которое используется для зарядки (однофазная или трехфазная схема) и так далее.

Если говорить о домашних гаражных условиях, то здесь все просто и понятно: используется специальный блок питания, который преобразует переменное напряжение  сети (розетки) в постоянный ток необходимой силы (ампер).

Как правило, заряжать электромобиль дома – это длительное мероприятие, так как обычная розетка не способна выдать достаточную мощность.

А те блоки питания для зарядных устройств, что прилагаются в комплекте, хоть и мощные, но все же не способы обеспечить максимальный ток. Об этом мы поговорим ниже. Но сразу стоит сказать, что именно «домашний» вариант используется чаще всего, так как перед поездкой автомобиль готовится именно в гараже.

Помимо этого, заряжать электромобиль можно и с помощью солнечных батарей. Более того, некоторые производители уже сегодня оснащают машины солнечными панелями, которые располагаются на крыше транспортного средства. В этом случае подзарядка аккумулятора происходит постоянно, даже во время движения.

Солнечные панели, в силу ограничений по размерам, не могут выдать большого напряжения и силы тока, поэтому данный вид зарядки используется для подзарядки АКБ и увеличения дальности пробега.

Многие задают вопрос, почему электромобили не могут заряжать сами себя. И это не совсем правильно. Производители оснащают свои машины системами подзарядки, которые срабатывают в момент торможения. В этом случае электродвигатели выполняют роль генераторов, используя силу инерции (накат).

Но автомобиль не может бесконечно ехать по инерции. Поэтому данная функция лишь кратковременно дает небольшой заряд.

Еще одна функция самозарядки – это солнечные панели на крыше ТС, о которых говорилось выше. В остальных случаях электрокар является потребителем электроэнергии, а не генератором. Поэтому зарядка электромобилей при движении – это лишь небольшая помощь для увеличения дальности пробега.

Существуют также специализированные зарядные станции для электромобилей. В РФ и странах бывшего СНГ таких станций пока еще мало. Поэтому рассчитывать на них при дальних поездках не приходится. Однако они позволяют зарядить аккумулятор максимально быстро, так как используют специальные блоки питания, построенные на трехфазных схемах.

От чего зависит скорость зарядки АКБ

Законы физики нерушимы и действуют для всех одинаково. Так  же и с аккумуляторами. На скорость зарядки влияют несколько факторов:

• емкость АКБ;
• силовая установка (сечение кабеля, платы управления ЗУ и так далее);
• мощность блока питания зарядного устройства (напряжение и амперы);
• напряжение в электросети.

В первую очередь важно учитывать общую емкость аккумуляторных батарей. Чем выше емкость, тем больше свободных электронов нужно для заполнения, и тем дольше будет происходить зарядка. И здесь мы плавно переходим ко второму пункту.

Силовая установка ограничивает поток электронов. Чем тоньше провод (меньше сечение), тем сложнее электронам проходить через него. Поэтому в электрокарах используется мощная силовая установка с кабелями большого сечения. И чем больше сечение, тем быстрее будет проходить зарядка.

Помимо этого, процесс зарядки необходимо контролировать, чтобы АКБ не вскипели и не взорвались. Для этого используются платы управления. Они также ограничивают ток, чтобы заряд не навредил другим комплектующим.

Еще один немаловажный компонент –  зарядное устройство (ЗУ). Это силовая установка, которая преобразует переменный ток в постоянный.

Именно ЗУ создает нужную силу тока. И чем  оно мощнее, чем больше тока сможет подать к АКБ, тем быстрее батареи будут заряжены. Для того чтобы блок питания смог создать нужную силу тока, нам потребуется соответствующее напряжение в электросети.

Наверняка, каждый слышал о такой технологии, как быстрая зарядка (Fast Charge). Для этого требуется соблюдение всех вышеперечисленных условий: мощная силовая установка, которая сможет пропускать большие токи, толстые кабели, мощный блок питания и повышенное напряжение в электросети. Для этого используются трехфазные розетки.

Зарядное устройство

Много говорить о блоках питания нет нужды. Все мы знаем их по аналогии с мобильными устройствами, которые заряжаются от таких же ЗУ. Разница лишь в размерах и мощности.

Если блок питания для смартфона выдает максимум 2 ампера (в редких случаях до 4 А), то в случае с электромобилями сила тока достигает нескольких десятков ампер.

Уровень заряда в процентах

Один из важнейших вопросов – на сколько хватает заряда в электрокаре. И здесь все зависит от двух факторов:

• емкость аккумуляторных батарей;
• потребление автомобиля.

И если с емкостью все понятно (она указана в техпаспорте автомобиля), то с потреблением не все так просто. Потребление электрокара, в свою очередь, зависит от таких факторов:

• мощность мотора;
• манера езды;
• температура окружающей среды (лето или зима);
• использование дополнительных приборов (кондиционер, печка, магнитола) в момент движения и их мощность.

С мощностью двигателя тоже понятно – она указана в техническом паспорте. А вот количество задействованных приборов сильно влияет на дальность пробега. Чем больше приборов вы включите, тем меньше сможете проехать.

Однако производители позаботились о том, чтобы водитель смог лично видеть уровень заряда батареи: данные выведены на приборную панель.

Как часто придется заряжать электромобиль?

В среднем последние электромобили проезжают 250-300 километров на полном заряде. Постепенно происходит увеличения запаса хода, например, компания Tesla уже сегодня выпускает электромобиль Model S, способный преодолеть даже 500 км пути без подзарядки.

Но стоимость такой модели понравится далеко не каждому. Запас хода на практике имеет свойство отклоняться в меньшую сторону от заявленных показателей. Связанно это с манерой и стилем вождения, количеством используемых во время движения авто других энергопотребителей.

Еще одни вопрос, который волнует владельцев авто на электрической тяге: каково время зарядки электромобиля?

Количество времени, которое необходимо затратить для заправки, зависит от целого ряда факторов: здесь и емкость аккумулятора, и напряжение тока в сети. Многие европейские водители пользуются преимущественно трехфазными розетками, которые в три раза быстрее заряжают батарею, нежели от стандартная 220В розетка. Главный недостаток обычной 220В сети – процесс восполнения энергии аккумулятора объёмом 85 кВт/ч займет до 20 часов.

Но даже наличие розетки в доме не станет гарантией того, что вы сможете успешно подзарядить авто. Розетка должна быть обязательно заземлена, в противном случае процесс не начнется, так как система электромобиля автоматически определит отсутствие заземления сети.

Какое количество энергии расходует авто на электротяге?

В среднем электромобили расходуют 30 кВт/ч на каждые 160 километров пути. Такой показатель заявлен у Nissan Leaf II и многих других «зеленых» машин. Хотя уже у Tesla Model S расход составляет 35 кВт/ч; связано это с тем, что детище Илона Маска намного тяжелее и мощнее того же второго «Лифа».

Чтобы зарядить разряженный «в ноль» Nissan Leaf II, необходимо затратить 24 кВт электроэнергии. К примеру, каждый среднестатистический житель России за сутки расходует 2 кВт электричества. Также возьмём для сравнения семью из трех человек, обладающую самым популярным и востребованным в недалеком прошлом электромобилем в мире — Nissan Leaf I.

При средней интенсивности эксплуатации машины (40-50 км пробега в сутки) ежемесячные затраты электроэнергии на заправку авто составят 180 кВт, прибавим к этому затраты электричества на бытовые нужды и получим общие 360 кВт. С учетом действующих тарифов на электроэнергию в каждом регионе России можно подсчитать потенциальные расходы.

Но стоит учитывать, что одновременно с этим уходят затраты на покупку дорогостоящего топлива, а обслуживание электромобиля обходится владельцу в разы дешевле, нежели уход и прохождение планового ТО транспортного средства с бензиновым или дизельным двигателем.

Сколько стоит зарядить электромобиль

Многие автолюбители задаются вопросом: «оправдана ли покупка электрокара?». Для ежедневной эксплуатации такому транспортному средству нужна электроэнергия. Хотя содержать электромобиль выгоднее, чем его дизельные или бензиновые аналоги, его эксплуатация целесообразна не во всех странах.

Всё зависит от цен на 1 кВт/ч. Государства с самым дорогим электричеством и оптимальной стоимостью топлива – Дания, Германия, Италия и прочие европейские государства. Им лучше использовать обычные автомобили. В странах СНГ – ситуация противоположная: при низкой стоимости электроэнергии цены на бензин и дизель постоянно растут. Так что ездить на электрокаре в России, Украине, Казахстане и т. д. – экономически выгодно.

Другое дело – покупка самого электрокара. Все знают, что он стоит немало. Если цена традиционной модели Nissan Tiida начинается в районе 639 тысяч рублей, то электромобиль Nissan Leaf обойдётся в 1,7 миллиона рублей. Такое приобретение окупится экономией на топливо. Произойдёт это через 5 лет пользования им, при условии, что ежегодный пробег машины будет составлять от 25 000 км.

Электрические транспортные средства расходуют примерно 30 кВт-ч. на 160 км. Столько же потребляет Nissan Leaf. Чуть больше – 35 кВт – ч. за это же расстояние тратит нашумевшая Tesla Model S. Это превышение нормы объясняется тем, что данная машина тяжелее и мощнее прочих электрокаров. Меньше обычного – 28 кВт – ч. за тот же пробег потребляет электроверсия Chevrolet Spark.

Эксперты уверены, что лучшим в плане практичности станет высокотехнологичный BMW i3. Расчёты показали, что этот электромобиль будет тратить только 26 кВт – ч на 160 км.

Согласно тарифу на электроэнергию для жителей Москвы 1 кВт – ч стоит 5,38 руб. (данные 2018 года). Так как в среднем электромашина потребляет 30 кВт-ч. на 160 км, то расход на 1 км. равен 0,19 кВт – ч. Ежегодный пробег в 25 000 км. расходует 4750 кВт. Помножив эту величину на ваш местный тариф, вы выясните стоимость зарядки электромобиля в год. В Москве она составит 25555 рублей. Вот сколько стоит зарядить электромобиль от своей сети. Если заправляться на станции, расходы на зарядку электрокара возрастут в 2,5 раза.

Автомобили-гибриды с обычными двигателями и силовыми электроагрегатами на первый взгляд не так выгодны. Если купить их по цене электромобилей, то они окупят свою стоимость через значительно больший километраж пути.

Например, комбинированная Toyota Highlander возместит переплаченные за неё деньги, когда проедет 354000 км! Это выявило американское исследование, в ходе которого сравнили расход топлива обычного авто и гибрида. При этом не учли регулярные расходы на замены аккумуляторной батареи, питающей электромотор последнего. Отсюда вывод: комбинированное авто разумно брать только для путешествий по миру.

Здесь имеется одно исключение – Linkoln MKZ. Его гибридная и традиционная версия продаются в США по одинаковой цене. За счёт этого и малого расхода топлива комбинированная модель выигрывает.

В ходе исследования выявили и наименее выгодный гибрид. Им стал BMW Active 3. Каждый сэкономленный им литр топлива повышал его цену на 6400 $ в сравнении с бензиновым аналогом. Чтобы нивелировать эту разницу, нужно проехать на этом авто целых 2 млн. километров!

Где и как можно зарядить электрический автомобиль

В наше время сети электрозаправочных станций активно развиваются, постоянно устанавливаются новые точки, специализированные стоянки для электрокаров и так далее.

На данный момент многие АЗС уже оборудованы специальными ЗУ для электромобилей. Кроме этого, при наличии портативной зарядки вы сможете зарядить свой автомобиль в любом месте, где есть доступ к бытовой розетке. Многие придорожные кафе и гостиницы разрешают подключить электромобиль для зарядки, естественно, за отдельную плату.

Ультрабыстрые зарядные станции

Это стационарные станции с большой выдаваемой на заряд мощностью и с не съёмными зарядными кабелями. В группу ультрабыстрых станций входят как зарядные станции постоянного, так и переменного тока. Есть три условных больших группы:

• Зарядные станции постоянного тока с мощностью 50 кВт (два типа разъёмов).
• Зарядные станции переменного тока с мощностью 43 кВт (один тип разъёма).
• Tesla Supercharger — зарядная станция постоянного тока с мощностью 120 кВт.

Ультрабыстрые зарядные станции на сегодняшний день — самый быстрый способ зарядить электромобиль. Их можно встретить на автомагистралях или крупных публичных парковках. Такие станции обеспечивают постоянный или переменный ток большой мощности и могут зарядить автомобиль до 80% за 20-40 минут. В большинстве случаев ультрабыстрые станции отключаются, когда аккумулятор электромобиля заряжен примерно на 80%, чтобы защитить батарею и продлить срок её службы.

Ультрабыстрая зарядка может использоваться только на тех автомобилях где возможность её применения предусмотрена изначально и присутствует специализированный тип зарядного разъёма.

Зарядные станции с разъёмом CHAdeMO обеспечивают мощность заряда до 62,5 кВт при постоянном токе 125 А и напряжении 500 В. Следом за ними идут разъёмы Combined Charging System (CCS) с мощностью заряда 50 кВт. и также работающие с постоянным током. Оба этих типа разъемов обычно заряжают электромобиль до 80% за полчаса в зависимости от емкости аккумулятора и начального уровня заряда.

Помимо разъёмов для ультрабыстрых зарядных станций постоянного тока существует ещё один разъём для трёхфазного переменного тока — Type 2, способный обеспечивать мощность заряда 43 кВт. (при трёхфазном токе 63 А). Ультрабыстрые зарядные станции переменного тока заряжают электромобили за то же время, что и аналогичные станции постоянного тока в зависимости от емкости батареи и начального уровня заряда аккумулятора.

Отдельно в классе ультрабыстрых зарядных станций стоит разъём Tesla Type 2 на станциях Tesla Supercharger. Эти станции способны выдавать до 120 кВт. К сожалению, воспользоваться такой мощностью могут только владельцы автомобилей Tesla.

Класс ультрабыстрых зарядных станций стремительно развивается и в ближайшие 3-5 лет запланировано увеличение мощности станций сначала до 150 кВт, а затем до 350 кВт, что значительно сократит общее время зарядки.

Список электромобилей с возможностью ультрабыстрой зарядки и разъёмами типа CHAdeMO, включают в себя Nissan Leaf, Mitsubishi Outlander PHEV и Kia Soul EV. Список CCS-совместимых модели включает BMW i3, VW e-Golf и Hyundai Ioniq Electric. Tesla Model S и Model X могут использовать исключительно зарядные станции Supercharger, и единственная модель, которая в настоящее время может заряжаться от ультрабыстрой станции переменного тока с разъёмом Type 2 — это Renault Zoe.

Быстрые зарядные станции

Быстрые зарядные станции выдают в электромобиль одно- или трёхфазный переменный ток. На некоторых из них зарядные кабели являются элементом станции, на других предусмотрена только розетка, а кабель автовладельцу надо использовать свой. Как и с ультрабыстрыми станциями, быстрые зарядные станции также можно разделить на три типа:

• Зарядные станции мощностью 7 кВт (три типа разъёмов).
• Зарядные станции мощностью 22 кВт (один тип разъёма).
• Зарядная станция 11 кВт — с разъёмом Tesla.

Быстрые зарядные станции заряжают электромобиль одно- или трёхфазным переменным током и имеют мощность 7 кВт или 22 кВт (однофазные или трехфазные) при силе тока 32 А. Время зарядки на таких станциях индивидуально и зависит от мощности бортового зарядного устройства электромобиля, но, ориентировочно, зарядная станция с мощностью 7 кВт подзаряжает совместимый с ней электромобиль с аккумулятором 30 кВт⋅ч за 3-5 часов, а зарядное устройство мощностью 22 кВт заряжает совместимых с ней электромобиль за 1-2 часа.

При этом решающим фактором будет мощность бортового зарядного устройства электромобиля. Так как если оно рассчитано на 7кВт, то подключение к более мощной зарядной станции не приведёт к ускорению заряда. Потребляемая мощность будет ограничена мощностью встроенного зарядного устройства. Подавляющая часть электромобилей на российском рынке имеет встроенное зарядное устройство 3,5 кВт реже 7кВт. Например, Nissan Leaf со стандартным встроенным зарядным устройством 3,3 кВт будет потреблять максимум 3,3 кВт, даже если быстрая зарядная станция может выдавать 7 кВт или 22 кВт.

Разъёмы Tesla и соответствующие зарядные станции обеспечивают мощность 11 или 22 кВт, но предназначены только для электромобилей Tesla.

Быстрые зарядные станции, как правило, можно найти в местах долговременных парковок, таких как автостоянки, супермаркеты или развлекательные центры, где автовладельцы оставляют свои электромобили на несколько часов.

Почти все электромобили и подзаряжаемые гибриды способны заряжаться от быстрых зарядных станций. На сегодняшний день разъём Type 2 является самым распространённым стандартом для зарядных станций и электромобилей, поставляющихся в Россию.

Медленные зарядные станции

Большинство медленных зарядных станций рассчитаны на мощность до 3 кВт и есть некоторые модели, способные выдавать 6 кВт. Так как медленные зарядные станции выдают переменный ток, то, как и в случае с быстрыми зарядными станциями, время зарядки электромобиля варьируется в зависимости от мощности бортового зарядного устройства. Для примера: полная зарядка устройства мощностью 3 кВт обычно занимает 6-12 часов. Медленные зарядные станции бывают стационарными или переносными.

Медленная заряд — очень распространенный метод зарядки электромобилей, который используется многими владельцами дома в течение ночи. Тем не менее, применение медленных зарядных станций не обязательно ограниченно домом. Медленные зарядные станции с успехом используют и на общественных парковках или возле офисов, где электромобиль находится продолжительное время. Из-за более длительного времени, требующегося для заряда аккумулятора, медленные зарядные станции в качестве общественных точек заряда встречаются гораздо реже быстрых.

Хотя медленное зарядное устройство может быть включено в обычную розетку, из-за более высоких постоянных нагрузок и длительного времени использования, настоятельно рекомендуется устанавливать для таких станций отдельную силовую розетку с отдельным автоматическим выключателем.

Как рассчитать время зарядки электромобиля?

Возьмем в качестве примера батарею Tesla Model S 75D, емкость которой составляет 75 кВт·ч. Для ее полной зарядки в течение часа необходимо подавать мощность 75 кВт, для зарядки в течение пяти часов — 15 кВт. Максимальную мощность зарядного устройства можно рассчитать по формуле Вольты · Амперы = Ватты. То есть батарея электромобиля емкостью 75 кВт·ч зарядится:

• от стандартной бытовой европейской розетки за ≈21 час (напряжение 220 вольт и сила тока 16 ампер);
• от Tesla Wall Connector за ≈4 часа (время зависит от возможностей сети и наличия в автомобиле опции Dual Charger);
• от зарядный станций с мощность тока 22 кВт за ≈3 часа (KEBA, ABL, Schneider Electric);
• от Supercharger или ChaDeMo за ≈1,5 часа.

В реальности скорость зарядки может быть неравномерной и время может отличаться, но в общем время зарядки рассчитывается по формуле Емкость батареи (кВт·ч) / Мощность зарядного устройства (кВт) = Время зарядки (ч).

Интересные факты об электромобилях

Электромобиль – сравнительно недавняя новинка. Такие машины по-прежнему волнуют умы и вызывают много вопросов. Любителям электрокаров и тем, кто собирается их приобрести, будут интересны следующие факты:

1. Сердце электромобиля — батарея аккумулятора — словно человек, любит температуру в 21 градус по Цельсию. Жара или сильный мороз уменьшают срок её службы. К тому же, высокие или низкие температуры требуют работы кондиционера или печки, забирающих треть вырабатываемой электроэнергии (см. Устройство и принцип работы электромобиля. Плюсы и минусы электрокаров).
2. TeslaMotors установила во всех штатах Америки удобные станции для заправки. Там можно поменять исчерпавшую себя батарею на уже заряженную. Эта услуга стоит от 60 до 80 $. Когда требуется быстрая зарядка аккумулятора электромобиля, здесь можно зарядить свои машины за 20 минут абсолютно бесплатно. Показатель прекрасный, если вспомнить сколько времени заряжается электромобиль домашним способом.
3. Срок службы стандартной батареи электромобиля – 8 лет. Затем происходит её замена на новую. Так как литий-ионные батареи выкидывать на свалку запрещено, с увеличением выпуска автомобилей будет расти количество заводов по их утилизации.
4. Как зарядить электромобиль без стресса для него? Во-первых, прямо перед отправлением в путь. Пребывание в покое со 100% — но заряженным аккумулятором губительно для состояния данного вида машины. Во-вторых, литий-ионные батареи стоит заряжать лишь для 80 -90%, выше – для них перегрузка. Именно поэтому в электрокарах есть опция «нормальной» зарядки.
5. Необходимость избегать периодов длительной разряженности батареи тоже относится к вопросу о том, как заряжать электрокары. В перспективе абсолютный разряд делает из батареи бесполезный кирпич. Даже 30% заполненности – это низкий уровень. При отсутствии движения такой заряд будет забираться электромобилем, по 1 % в день.

Подведем итоги

Учитывая темпы развития электромобилей, можно сделать вывод, что это перспективный вид транспорта. А постоянно развивающиеся сети электрозаправок в скором времени позволят без ограничений ездить не только в пределах города, но и на загородных трассах. Более того, благодаря наличию портативных ЗУ уже сегодня можно сделать остановку на ночь и зарядить батарею в придорожной гостинице.

Как вам статья?