Станция для зарядки электромобилей

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к зарядным устройствам и может быть использована для зарядки тяговых аккумуляторов электротранспорта, в частности, электромобилей.
Известны зарядные станции электромобилей, которые осуществляют зарядку вида 2 и 3 (Mode 2 и 3) (https://ev-avto.ru/electricheskie/zaryadnye-stancii-dlya-elektromobiley-tipy-i-ih-osobennosti; https://vengo-trade.ru/product/zaryadnaya-stantsiya-chago-pro-evf-100/) согласно ГОСТ Р МЭК 61851-1 (IEC 61851-1). В этих станциях нет силового преобразователя переменного напряжения в постоянное, которое должно подаваться непосредственно на батарею аккумуляторов. Станция подключает электромобиль к сети переменного тока однофазной или трехфазной через стандартный разъем - розетку формата Туре 2, а заряд батарей осуществляется бортовым зарядным устройством самого электромобиля. Недостатком таких станций является большое время заряда - до 10-15 часов, поскольку используется бортовое зарядное устройство, имеющее невысокую мощность (3-10 кВт), а емкость тяговых батарей - несколько десятков кВт-часов в зависимости от модели электромобиля. Такие зарядные станции называют «медленными». Хотя многие из них (трехфазные) позволяют выдавать на борт от сети установленную мощность до 22-25 кВт, а некоторые до 44 кВт, но потребляемая электромобилем мощность заряда, а, следовательно, и время заряда, определяются мощностью бортового зарядного устройства. Электромобиль способен использовать лишь небольшую часть возможностей станции по мощности.
Известны «быстрые» зарядные станции электромобилей, которые осуществляют зарядку постоянным током вида 4 (Mode 4) (https://vengo-trade.ru/product/zaryadnaya-stantsiya-ensto-chago-power-4in1-dlya-elektromobiley/) согласно ГОСТ Р МЭК 61851-1 (IEC 61851-1). Станции вида 4 имеют в своем составе мощный силовой ACDC-преобразователь переменного напряжения сети питания в постоянное напряжение, которое в режиме зарядки подается непосредственно на тяговую батарею электромобиля, минуя бортовое зарядное устройство. Мощность ACDC-преобразователя станции существенно больше бортового зарядного устройства, что позволяет вести заряд большим током и существенно сократить время заряда.
Согласно IEC 61851-23 в электромобилях разных производителей реализованы разные протоколы управления зарядкой Mode 4: CCS, CHAdeMO или GB/T. Разъемы для подключения зарядного кабеля к электромобилю также отличаются конструкцией. Так электромобиль стандарта CCS может зарядиться в режиме быстрой зарядки только от станции, поддерживающей такой протокол и оснащенной соответствующим зарядным кабелем. То же касается и CHAdeMO, и GB/T.
Ближайшим аналогом является станция зарядки электромобилей постоянным током, содержащая корпус, мультистандартный блок контроля зарядки, силовой блок, панель управления и индикации, зарядный разъем (патент РФ на полезную модель №149860, МПК H02J 7/0). Указанная станция предназначена для работы только в стационарном состоянии в месте ее монтажа, т.к. станция имеет в своем составе зарядные кабели с разъемами отдельно для каждого стандарта зарядки по Mode 4 (CCS, CHAdeMO, …), входной питающий разъем отсутствует, подводящий кабель питания монтируется на неразъемное соединение внутри станции. Оперативное перемещение станции в процессе эксплуатации не предусмотрено, что и определяет ее основной недостаток - отсутствие мобильности, невозможность взять с собой в дорогу и подключить в любом месте, где есть трехфазная розетка или станция Mode 3 с розеткой Туре 2.
Технический результат направлен на расширение функциональных возможностей станции путем обеспечения ее мобильности.
Технический результат достигается тем, что в станции заряда электромобилей, содержащей корпус, мультистандартный блок контроля зарядки, силовой блок, панель управления и индикации, зарядный разъем, введен разъем питания панельного типа, расположенный на корпусе станции, а зарядный разъем, также панельного типа, расположен на корпусе станции и сконфигурирован таким образом, что обеспечивает возможность подключения зарядного кабеля любого нужного для заряжаемого электромобиля стандарта.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 представлена функциональная схема зарядной станции.
Показанная на фиг. 1 станция для зарядки электромобилей 100, содержит корпус 101, мультистандартный блок контроля зарядки 102, силовой блок 103, панель управления и индикации 104, зарядный разъем 105, разъем питания 106.
На фиг. 2 показаны варианты подключения станции к трехфазной сети или к станции Mode 3 и электромобиля - к станции. Станция 100 может быть подключена к сети питания двумя способами: с помощью трехфазного кабеля питания 203 через трехфазную розетку 201, либо к станции Mode 3 с помощью кабеля 204 через стандартный разъем 202 - розетку формата Туре 2. В обоих случаях используется панельный разъем питания 106 станции. Электромобиль стандарта зарядки CCS 208 подключается к зарядному разъему 105 станции с помощью зарядного кабеля CCS 205. Электромобиль стандарта зарядки CHAdeMO 209 подключается к зарядному разъему 105 станции с помощью зарядного кабеля CHAdeMO 206. Электромобиль стандарта зарядки GB/T 210 подключается к зарядному разъему 105 станции с помощью зарядного кабеля GB/T 207.
Разъем питания 106 станции представляет собой панельную вилку, расположенную на внешней стороне корпуса 101 станции. Такое конструктивное исполнение позволяет, имея соответствующий кабель питания, оперативно подключить станцию либо к трехфазной сети, либо к станции Mode 3. Зарядный разъем 105 также панельного исполнения размещен на корпусе 101, доступен для подключения зарядного кабеля и сконфигурирован таким образом, что обеспечивает возможность подключения зарядного кабеля 205, 206, 207 любого нужного для заряжаемого электромобиля стандарта. Т.е. помимо силовых контактов зарядный разъем 105 имеет достаточное количество управляющих контактов, позволяющих независимо для каждого стандарта зарядки скоммутировать цепи управления, контроля и информационного обмена между станцией и электромобилем.
Основная доля массогабаритов в станции Mode 4 приходится на силовой блок, который выполняет функцию мощного ACDC-преобразователя. При современном уровне развития силовой электроники и импульсных методов преобразования электрической энергии масса зарядной станции мощностью 20-30 кВт составляет 20-25 кг, объем - 30-40 литров, что соразмерно с небольшим чемоданом и может разместиться в багажнике.
«Медленных» зарядных станций в мире и в частности в России преобладающее большинство в сравнении с «быстрыми». Процесс зарядки на них в режиме Mode 3 занимает многие часы. Имея на борту в качестве «полезного груза» мобильную зарядную станцию мощностью 25 кВт, можно, подключившись к «медленной» станции или к любой другой трехфазной розетке за час зарядить электроэнергией тяговую батарею емкостью 25 кВт-часов.
Станция для зарядки электромобилей является полностью управляемым со стороны электромобиля зарядным устройством и работает следующим образом.
После подсоединения по одному из возможных вариантов, показанных на фиг. 2, станции 100 к трехфазной промышленной сети питания либо к станции Mode 3, а электромобиля - к станции и включения питания происходит обмен данными между электромобилем и зарядной станцией. Станция 100 сообщает электромобилю о своих возможностях по предельным значениям зарядного тока, напряжения и мощности. Электромобиль, исходя из полученных данных, задает режим зарядки. Функцию информационного обмена с электромобилем и управления силовым блоком в станции выполняет мультистандартный блок контроля зарядки 102. Панель управления и индикации 104 обеспечивает индикацию выходного напряжения и зарядного тока станции, ручное начало и остановку зарядной сессии, возможность выбора максимальной мощности заряда.
Таким образом, мобильность станции для зарядки электромобилей обеспечивается совокупностью описанных существенных признаков, что расширяет ее функциональные возможности и позволяет проводить зарядку электромобилей вне зависимости от наличия зарядной инфраструктуры.