Стабилизатор напряжения для зарядки электромобиля

Электромобили ещё несколько лет назад казались экзотикой, но сегодня становятся все более распространенными на дорогах. Революция в автомобильной индустрии привела к значительному увеличению числа производителей электромобилей и расширению ассортимента таких средств передвижения. Одной из ключевых причин этого роста является осознание необходимости перехода на более экологически чистые и устойчивые формы транспорта. Современные электромобили постепенно увеличивают запас хода, что устраняет одну из главных проблем, связанных с их использованием - ограниченностью дальности поездок.
Кроме широко известных моделей Tesla, на рынке появляются более доступные варианты электромобилей, такие как Nissan Leaf, Xpeng P7, Volkswagen ID.4, Chevrolet Bolt, а также модели от корейских производителей (Hyundai Ioniq Electric, Kia Niro EV и другие).

Как заряжается электромобиль?

Электромобиль работает на электрической энергии, которая поступает из аккумуляторной батареи (АКБ). АКБ состоит из большого количества отдельных аккумуляторных ячеек, которые объединены в модули и пакеты. Различные модели электромобилей могут использовать разные типы АКБ (литий-ионные (Li-ion), никель-металл-гидридные (NiMH) или литий-полимерные (Li-Po)).
Во время зарядки электричество передается из внешнего источника энергии, такого как зарядная станция или розетка, в АКБ. Внутри АКБ происходит химическая реакция между положительным и отрицательным электродами, что позволяет накапливать и хранить электроэнергию. При зарядке положительный электрод (анод) получает электроны из внешнего источника, а отрицательный электрод (катод) освобождает электроны. Это процесс, обратный тому, что происходит во время разрядки, когда энергия из аккумулятора используется для питания двигателя и других систем электромобиля.
Важно отметить, что для российского автовладельца всё еще остро стоит вопрос зарядки купленного электромобиля, поскольку количество доступных станций быстрой зарядки для электромобилей оставляет желать лучшего, в отличие от множества заправок для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Именно поэтому для владельцев электромобилей часто единственным выходом является зарядка дома (данный процесс автовладельны обычно любят проводить в ночное время).

О зарядных устройствах для электромобилей

Для заряда батареи можно использовать портативные маломощные зарядные устройства, которые идут в комплекте с автомобилем, или купить отдельное зарядное устройства большей мощности. Домашние зарядные станции подключаются к электросети 220/380В и могут быть установлены на стене гаража или на столбе. Они обеспечивают мощность от нескольких киловатт до более высоких значений, что оказывает серьезную нагрузку на электрическую сеть.
В среднем, потребление тока однофазных зарядок электромобиля составляет от 16 до 40 ампер, а некоторые модели могут потреблять 50 или даже 63 ампера. Если перевести это в киловатты, то получим от 3,5 до 14 кВт. Обычно зарядные устройства электромобилей рассчитаны на европейские сети с напряжением 230В, которое в нашей стране встречается редко. Поэтому во время зарядки напряжение может снизиться до критического уровня, и процесс наполнения энергией любимого автомобиля может продолжаться весь день вместо нескольких часов.

Проблемы с напряжением при зарядке электромобиля?

При зарядке электромобиля могут возникать следующие проблемы с напряжением: слишном низкое или высокое напряжение, периодические скачки напряжения, несоответствие напряжения для конкретного электромобиля, проблемы с электрической сетью (старые или поврежденные провода, плохие соединения или перегрузки). Например, даже в стабильной сети нередко возникают проблемы, когда соседи используют сварочные аппараты с большой мощностью, перегружая сеть.
Скачки напряжения могут негативно сказаться на процессе зарядки электромобиля, вызывать сбои в работе зарядного устройства или неэффективную зарядку аккумулятора. При низком напряжении зарядная станция может запитывать электроэнергией АКБ слишком медленно, а то и вовсе отказаться заряжать электромобиль, переходя в режим защиты. Высокое напряжение может повредить АКБ электромобиля и другие электронные компоненты, что потенциально может привести к серьезным поломкам.
Поэтому при эксплуатации зарядной станции стабильность электроснабжения становится важным вопросом, особенно за городом. На помощь тут приходят такие устройства, как стабилизаторы переменного напряжения, обеспечивающие эффективную работу зарядной станции в условиях нестабильного электропитания.

Какой мощности нужен стабилизатор для зарядной станции?

При выборе стабилизатора для зарядки электромобиля, первым шагом является определение необходимой мощности. Стабилизатор следует выбирать с небольшим запасом мощности относительно зарядной станции. В данном случае не возникает пусковых токов, поэтому запас более 30% не требуется.
Домашние зарядные станции для электромобилей доступны в различных мощностях, в зависимости от требований и возможностей владельца автомобиля.

Вот некоторые распространенные уровни мощности для домашних зарядных станций:
• Уровень 1: Это самый низкий уровень мощности (1-3 кВт) и предполагает использование обычной бытовой электрической розетки с напряжением 230/230В. Такой мощности может быть достаточно для зарядки электромобилей с небольшим аккумулятором, но требует длительного времени для полной зарядки.
• Уровень 2: Этот уровень мощности обеспечивает более быструю зарядку. Однако необходимо специальное оборудование, которое подключается к электросети и обычно имеет мощность от 3,5 до 20 кВт. Электромобиль заряжается быстрее, сокращая время зарядки до нескольких часов.
• Уровень 3 (быстрая зарядка): Предлагает еще большую мощность и позволяет осуществлять быструю зарядку электромобиля. Этот уровень обычно доступен на общественных станциях зарядки, но также может быть установлен у вас дома, если есть подходящая инфраструктура и электрическая подстанция рядом. Третий уровень может предоставлять мощность от 30 кВт и выше, что позволяет заряжать АКБ электромобиля за несколько десятков минут.

Важно отметить, что выбор мощности домашней зарядной станции зависит от вашего электромобиля, его батареи, требуемого запаса хода, доступной инфраструктуры и электрической нагрузки в вашем доме. Рекомендуется проконсультироваться с электриком или специалистом по зарядным станциям для определения оптимальной мощности для вашей ситуации.
В России часто заряжают электроавтомобиль от однофазной сети. В этом случае вам понадобится станция с током минимум 32А, а не медленным зарядным устройством до 3 кВт. Поэтому рекомендуется выбирать стабилизатор с номинальной мощностью не менее 10 кВт. Если у вас есть трёхфазная сеть (380В, 15 кВт), то процесс зарядки можно ускорить, а приобрести следует трёхфазный стабилизатор с номинальным током 3х25А или 3х32А. Любой трехфазный стабилизатор состоит из трех однофазных моделей, соединенных в одном корпусе и синхронизированных между собой. Основным преимуществом трехфазного стабилизатора является блок синхронизации, который позволяет одной неисправной фазе не влиять на работу остальных. Более практичным же вариантом будет использовать три однофазных стабилизатора (по 5-6 кВт на фазу). Это выйдет и дешевле и удобнее в эксплуатации.

Какой тип стабилизатора подойдет?

Давайте разберемся, какой тип стабилизатора лучше выбрать для зарядного устройства электромобиля. Важно помнить, что автомобиль сам по себе является дорогостоящей вещью, и оборудование для его зарядки также должно быть надежным и качественным.
Начнем с самого бюджетного варианта - релейного стабилизатора китайской сборки. Релейный стабилизатор напряжения регулирует выходное напряжение путем коммутации предварительно определенных ступеней автотрансформатора. Шаг регулировки между ступенями зависит от их количества и может быть от нескольких вольт до 15-20 вольт. Обычно релейники имеют небольшое количество ступеней, что приводит к погрешности стабилизации в 5-8%. Лучше сразу отложить этот вариант в сторону, так как он имеет некоторые недостатки, такие как подгоревшие контакты реле, искрение, общая ненадежность конструкции и низкая точность выходного напряжения.
Сервоприводный (электромеханический) стабилизатор напряжения осуществляет регулировку путем перемещения токосъемной щетки по поверхности обмотки. При возникновении колебаний на входе, сервомотор перемещает щетку к тому витку автотрансформатора, который обеспечивает наиболее близкое к 220В выходное напряжение. Сервоприводный стабилизаторы является более точным устройством, однако он медлительный и имеет низкую скорость реакции на изменения входного напряжения. Это может привести к частым отключениям и сбоям в работе системы при резких изменениях в центральной электросети.
Примеры: RUCELF SDW II-6000L на 5 кВт, Suntek 11000 ЭМ на 10 кВт.
Инверторный стабилизатор является неплохим вариантом. Имеет двойное преобразование напряжения (из переменного в постоянное и снова в переменное). Он имеет широкий рабочий диапазон, высокую точность и мгновенную реакцию на изменения сетевого напряжения. Однако его высокая цена и низкая перегрузочная способность могут повлиять на выбор покупателя.
Примеры: Штиль ИнСтаб IS7000 на 5 кВт, Штиль ИнСтаб IS12000 на 10 кВт.
Тиристорный (симисторный) стабилизатор, основанный на автотрансформаторе и бесконтактных электронных силовых ключах (симисторах или тиристорах), является наиболее предпочтительным выбором для зарядной станции электромобиля. Он обладает устойчивостью к перегрузкам, способностью работать при экстремальных значениях входного напряжения, высокой точностью (зависит от количества ступеней) и высокой надежностью. Их высокая скорость реакции гарантирует, что защитная система зарядной станции не сработает из-за колебаний в электросети.
Примеры: Энерготех OPTIMUM+ 7500 на 6 кВт, Вольт АМПЕР Э 9-1/50A на 11 кВт.

О подключении зарядной станции к стабилизатору

Стабилизатор устанавливается между зарядной станцией и источником питания. В зависимости от мощности стабилизатор может иметь для подключения клеммную колодку или вилку с розеткой.

Зарядные станции для электромобилей могут подключаться к стабилизатору 2-мя способами:
• Модели с мощностью до 3 кВт подключаются через евровилку, которую нужно просто вставить в розетку на корпусе стабилизатора. Нет необходимости в сложной установке. Если у устройства нет такого разъема, то его можно подключить через клеммное соединение. Для этого потребуется отрезать провод с евровилкой и подключить кабель к клеммной колодке стабилизатора, соблюдая правильное соединение фаз;
• Модели с мощностью более 3,5 кВт имеют клеммную колодку. Обычная электророзетка не подходит для такой нагрузки. Поэтому соединение осуществляется только через клеммы кабеля с медными жилами и сечением, которое рекомендует производитель стабилизатора и зарядного устройства. Для зарядок мощностью от 3 кВт рекомендуется использовать кабель с сечением не менее 2,5 мм2./li>

Прочие нюансы выбора стабилизатора

Необходимо ещё обязательно учесть диапазон стабилизации, то есть разброс напряжений в сети, к которой будет подключаться зарядное устройство электромобиля. Обычно значение находится ниже нормы 220/230В, но иногда может быть и повышенным (со скачками до 250-270В). Уровень входного напряжения зависит от нагрузки на сеть, её состояния и может изменяться от критически низкого уровня (100-120В) до аварийно высокого (более 250В). В связи с этим рекомендуется приобрести стабилизатор с универсальным или расширенным рабочим диапазоном, чтобы быть готовым к любым возможным изменениям напряжения.
Один из важных моментов - это подробная и понятная индикация параметров стабилизатора. Важно знать текущую нагрузку на стабилизатор, входное и выходное напряжение, температуру силовых элементов и регистрацию пиковых значений. Эта информация не только интересна, но и полезна, так как позволяет оценить режим работы стабилизатора и зарядной станции автомобиля.

Если же говорить о внешнем исполнении и способе подключения стабилизатора напряжения, то трехфазные стабилизаторы имеют напольный монтаж и подключение через клеммную колодку. У однофазных моделей есть различные варианты. Стабилизаторы напряжения 220/230В могут быть как настенными, так и напольными (полочными). Модели мощностью до 2 кВт имеют подключение через розетку, а более мощные - через клеммную колодку.
Выбор варианта зависит от мощности, которая вам требуется. Если вам достаточно 3,5 кВт, то одна розетка (обычно с максимальным током 16А) сможет справиться с этой нагрузкой. В таком случае можно приобрести стабилизатор напряжения с подключением в розетку. Это удобное решение, которое не требует больших усилий для установки. Стабилизатор подключается в розетку, а потребитель (например, зарядная станция) подключается к выходу на корпусе стабилизатора. Если же мощность зарядной станции превышает возможности одной розетки, то следует подключать стабилизатор к щитку, и, соответственно, монтаж будет через клеммную колодку.
Условия эксплуатации также играют роль. Если зарядная станция установлена в сухом гараже, стабилизатор со стандартной степенью защиты IP20 может быть подходящим выбором. Однако, если планируется установка аппаратов на улице под навесом, стоит обратить внимание на стабилизаторы, соответствующие стандарту IP56. Также можно дополнительно приобрести специальные защитные короба и не забыть о вентиляции.

Теперь вы обладаете необходимыми знаниями для принятия осознанного решения и обеспечения безопасной и стабильной зарядки вашего электромобиля. Как мы видим, покупка стабилизатора для зарядной станции является обязательным условием в наших реалиях. Обеспечение стабильного напряжения в сети гарантирует быструю зарядку АКБ электромобиля, долгую и безопасную работу зарядного устройства. Это, в свою очередь, приводит к экономии средств и времени пользователя.