В Україні стає все більше електромобілів, відповідно зростає й інфраструктура зарядних станцій. Разом з цим поступово збільшується й кількість різноманітних зарядних портів під електромобілі: J1772, CCS 2, Mennekes, NACS, CHAdeMO – як не заплутатись в цих складних позначеннях? Зараз розповім.
Як зарядити електромобіль: змінний струму або постійний струм
Для початку варто нагадати одну важливу деталь щодо конструкції електромобіля, а конкретно – про його акумулятор. Суть у тому, що сучасний електромобіль має акумулятор постійного струму. Водночас у наших звичайних побутових розетках та навіть в потужних промислових розетках ми маємо змінний струм.
Тому для того, щоб зарядити електромобіль від джерела змінного струму (позначається АС як скорочення від Alternating Current) використовується блок-перетворювач струму, що вже вбудований в сам електромобіль. Зазвичай він має потужність від 3,3-3,6 кВт (не дуже сучасні моделі та базові версії), далі до 6,6-7,2-11 кВт (більшість сучасних електромобілів), ну й максимум сьогодні зустрічаються блоки-перетворювачі з потужністю до 22 кВт (як опція або в стандартній комплектації електромобілів високого класу). Існували навіть електромобілі, в яких блок-перетворювач працював з потужністю до 43 кВт, що дозволяло швидко заряджати акумулятор; проте це були рідкісні випадки – наприклад, Renault ZOE.
За умови зарядки електромобіля від джерела АС-струму – цими джерелами можуть бути побутові однофазні розетки або промислові трифазні розетки – вбудований блок-перетворювач отримує змінний струм, перетворює його на постійний і далі відправляє в акумулятор. Таким чином, саме цей зарядний блок-перетворювач регулює подачу струму для зарядки акумулятора електромобіля. Зазвичай для цього використовуються зарядні порти, розраховані для підключення джерела однофазного або трифазного змінного струму. Якщо зарядка відбувається від звичайної побутової розетки (напруга 220-230 вольтів та сила струму до 8-10-16 ампер), то можна розраховувати на потужність 2-2,5-3 кВт й це називається «повільною зарядкою». Якщо зарядка відбувається від трифазного джерела змінного струму (напруга 380 вольтів та сила струму до 32-60 ампер), то можна розраховувати на потужність 7-11-22 кВт й це називається «пришвидшеною зарядкою». Для цих двох випадків використовується один і той самий зарядний порт, розрахований на роботу зі змінним АС-струмом.
Електромобіль можна заряджати від змінного або постійного струму – відповідно, різні методи заряджання електромобілів вимагають використання різних зарядних портів; зображення з сайту AUTO.24TV.UA
Дещо інакше організований процес заряджання від джерел постійного струму (позначається DC як скорочення від Direct Current) – адже в цьому випадку електричний струм вже подається безпосередньо в акумулятор електромобіля. Причому тут значно вища як напруга електричного струму (може бути 400-800 вольтів або навіть більше), так і сила електричного струму (може бути 400-600 амперів або навіть більше). Проте зрештою все це дає можливість отримати максимально високу потужність: все починалось з відмітки близько 50 кВт, сьогодні вже нормою стали 100-120-150 кВт, а найсучасніші електромобілі готові приймати електричний струм потужністю 300-320-400 кВт.
В цьому випадку за подачу електричного струму відповідає вже саме зарядна станція – велика шафа, розміром з бензинову колонку для заправки звичайних ДВЗ автомобілів. Всередині цієї шафи знаходиться все необхідне обладнання для перетворення змінного струму у постійний, причому з високою напругою. Таким чином, електромобіль не може самостійно обмежувати, регулювати, вимикати подачу електричного струму – адже джерело струму знаходиться всередині цієї шафи-зарядки; тобто вже за межами корпусу самого електромобіля. Й все, що може робити електромобіль – це посилати керуючі команди до зарядної станції на початок зарядки, обмеження потужності, завершення зарядки. Це можна назвати «спілкуванням» електромобіля із зарядною станцією. Якщо будуть проблеми з цим спілкуванням, то можлива подальша подача електричного струму навіть за умови майже повної зарядки акумулятора, далі його подальший нагрів та навіть пожежа.
Саме ось такі зарядні станції постійного DC-струму називаються «швидкісними зарядками» й саме вони дають змогу підзарядити акумулятор в межах 10-80% за 20-30 хвилин. Звісно, такі зарядні станції виходять недешевими – тому їх використання та заряджання електромобіля оплачується додатково й за доволі високим тарифом. Але якщо ви подорожуєте трасою й хочете зберегти собі час та встигнути зарядити електромобіль за час короткої зупинки на обід/каву/чай, то саме «швидкісні зарядки» це забезпечать. Важливо: в цьому випадку використовується інший зарядний порт – адже потрібно передати постійний DC-струм для з високою напругою та доволі великою силою струму.
Окрім поділу зарядних портів за типом струму для заряджання, також існує поділ за певним регіоном (ринком збуту), для якого призначений певний електромобіль; зображення з сайту NEXTCAR.UA
Таким чином, ми маємо два варіанти заряджання акумулятора електромобіля – змінним AC-струмом або постійним DC-струмом – і для цих двох варіантів існує декілька варіантів різних зарядних портів. Яких саме? Читайте далі!
Зарядний порт Type 1 J1772 та CCS 1
Розпочнемо із зарядного порту, який став дуже популярним в 2010-2020 роках з початком нової ери електромобілів. Це зарядний порт, виконаний за стандартом SAE J1772, який ще також називають Type 1 як перший зарядний порт відносно масових електромобілів. Одразу у зауважу, що існувало чимало електромобілів у 1980-1990-х роках і вони мали інші зарядні порти; але це були нішеві моделі, які не можна назвати «народними» або масовими. Натомість, зарядний порт J1772 став дуже популярним разом з електромобілем Nissan Leaf першого покоління; та й загалом – цей зарядний порт використовувався на більшості японських або американських електромобілів 2010-2020 років. Зарядний порт J1772 виконаний у вигляді кола, на верхній частині якого встановлено фіксатор-гачок, а всередині кола розміщено три великі контакти та два маленькі отвори.
Зарядний порт J1772 може працювати з однофазним змінним струмом (АС) потужністю теоретично до 10 кВт: це у випадку, якщо джерело струму видає напругу до 250 вольтів та силу струму до 40 ампер. В реальності – більшість джерел АС-струму та блоків перетворювачі в електромобілях, що оснащуються зарядним портом J1772, були розраховані на роботу з потужністю 6,6-7,2 кВт.
Фото з нашого огляду електромобіля Rivian R1: доволі рідкісний зарядний порт CCS 1, побудований як поєднання круглого зарядного порту J1772 та двох штирів-контактів під ним
На основі зарядного порту J1772 також було побудовано зарядний порт CCS 1 для «швидкісної зарядки» електромобіля постійним DC-струмом. Назва CCS 1 походить від скорочення Combined Charging System, а цифра 1 відповідно означає Type 1. В цьому випадку контактна група зарядного порту J1772 використовується лише для «спілкування» електромобіля із зарядною станцією (команди на початок та зупинку заряджання або зниження рівня потужності), а передача постійного DC-струму відбувається через два окремі контакти, розташовані нижче. Проте ось такий комбінований зарядний CCS 1 порт не набув високої популярності, оскільки доволі часто замість нього використовувався зарядний порт CHAdeMO.
Зарядний порт CHAdeMO
Цей зарядний порт наче існує сам по собі, адже він призначений лише для «швидкісної зарядки» акумулятора постійним DC-струмом. Ось така його самостійність є одночасно перевагою та недоліком.
З одного боку – зарядний порт CHAdeMO має повний набір контактів: пара великих контактів для передачі струму плюс контакти для «спілкування» електромобіля із зарядною станцією. З іншого боку – через це він вийшов доволі великим, масивним, об’ємним. Крім того, нікуди не зникла необхідність встановлення окремого зарядного порту для зарядки змінним струмом. Наприклад, якщо згадати Nissan Leaf першого покоління, то там під кришкою в «носі» електромобіля ховалось одразу два зарядних порти. Або ж ось ще приклад…
Фото з нашого огляду електромобіля Lexus UX 300e: зарядний порт CHAdeMO розміщений на задньому крилі під власним люком; з іншого боку, також на задньому крилі – окремий люк та окремий зарядний порт для звичайної зарядки змінним АС-струмом; в підсумку – все це ускладнює конструкцію електромобіля.
Від початку свого існування, зарядний порт CHAdeMO був розрахований на потужність близько 50 кВт, причому ця потужність довгий час не змінювалась – у той час, як конкуренти наздогнали й перегнали за показником потужності. Сучасні стандарти зарядного порту CHAdeMO вже передбачають можливість його роботи з потужністю до 400 кВт, проте: по-перше, конкуренти особливо не поступаються; по-друге, сьогодні існує не дуже багато електромобілів із зарядним портом CHAdeMO, яким потрібна така потужність.
Свого часу зарядний порт CHAdeMO був спільно розроблений японськими виробниками електромобілів. Й дуже схоже, що він так і залишиться своєю власною «японською історією», адже для інших ринків збуту сьогодні все частіше використовуються інші зарядні порти.
Зарядний порт Type 2 Mennekes та CCS 2
Якщо зарядний порт J1772 колись став загальноприйнятим стандартом для японських та американських автомобілів, то зарядний порт IEC 62196-2 Type 2 Mennekes став (і продовжує бути) загальноприйнятим стандартом для електромобілів європейських брендів, а також електромобілів інших брендів, що офіційно пропонуються для продажу на європейському ринку. Цей зарядний порт має вигляд кола, дещо зрізаного нагорі; всередині цього кола розміщено п’ять великих отворів під контакти та ще два маленьких.
Зарядний порт Mennekes (назва стала загальновживаною відповідно до назви компанії-розробника) вирізняється тим, що може працювати з однофазним змінним АС-струмом або навіть трифазним змінним АС-струмом: в першому випадку маємо лише три контакти у п’яти великих отворах; в другому випадку маємо всі п’ять контактів у всіх п’яти великих отворах.
Таким чином, зарядний порт може передавати однофазний електричний струм потужність до 7,4 кВт або ж навіть максимум – трифазний електричний струм потужністю до 22 кВт. Причому зверніть увагу, що в цьому випадку потужність буде рівномірно розподілена по фазах (та контактах) зарядного порту.
Фото з нашого огляду електромобіля Volvo EX90: загальноприйнятий європейський зарядний порт CCS 2, побудований як поєднання зарядного порту Mennekes та двох штирів-контактів під ним
Також на основі зарядного порту Mennekes вдалось побудувати зарядний порт CCS 2 (скорочення Combined Charging System Type 2), де контакти самого зарядного порту Mennekes відповідають лише за «спілкування» електромобіля із зарядною станцією, а передача постійного DC-струму високої потужності відбувається через два контакти, розташовані нижче в спільному блоці. На відміну від зарядного порту CCS 1, ось такий комбінований зарядний порт CCS 2 став доволі популярний на європейських електромобілях й продовжив свій розвиток. Наприклад, зараз найсучасніші версії зарядного порту CCS 2 готові працювати з потужністю до 350 кВт з можливістю подальшого збільшення.
Зарядний порт GB/T AC та GB/T DC
Окрема історія про електромобілі китайського виробництва – як саме китайських брендів, так і електромобілі загальносвітових брендів, але які призначені для китайського ринку. Всі такі електромобілі отримують власні зарядні порти з позначенням GB/T; причому вони дещо відрізняються залежно від типу струму – змінного або постійного – тому інколи ці зарядні порти позначають GB/T AC та GB/T DC відповідно.
Отже, зарядний порт GB/T AC призначений для роботи зі змінним струмом та візуально він нагадує зарядний порт Mennekes: зрізане коло, отвори під п’ять великих контактів плюс два маленьких контакти нагорі. Проте ця схожість оманлива: зарядний порт GB/T AC влаштований так, що він несумісний із зарядним портом Mennekes – то ж доводиться використовувати «перехідники» між портами різних типів. Потенційно зарядний порт GB/T AC розрахований на роботу з однофазним або трифазним змінним АС-струмом потужністю до 27 кВт. Проте реально – найчастіше зустрічаються 1-фазний варіант цього зарядного порту з допустимою потужністю заряджання близько 7 кВт.
Фото з нашого огляду електромобіля Honda e:NS1: зверніть увагу на пару зарядних портів GB/T під спільною кришкою – ближче на фотографії розташований зарядний порт GB/T AC для змінного струму, далі на фотографії розташовано зарядний порт GB/T DC для постійного струму
Ще однією відмінністю зарядних портів GB/T є їх поділ для роботи з різним типом струму. Це і добре, і погано водночас: наприклад, при несправності одного з зарядних портів все ж залишиться варіант хоч якогось заряджання електромобіля; але ж при ДТП та пошкодженні передньої частини електромобіля (як ось наведений приклад вище) доведеться замінювати два окремі зарядні порти – що збільшує вартість ремонту. Проте вже як є.
Краще обговорімо порт GB/T DC, який візуально нагадує CHAdeMO: також велике коло з парою масивних контактів для передачі електричного струму (справа/зліва) та набором маленьких контактів для «спілкування» електромобіля із зарядною станцією (вгорі та знизу). Теоретично для зарядного порту GB/T DC заявлена можливість роботи з потужністю понад 1000 кВт; проте реально – найчастіше зарядні станції під порт GB/T DC та відповідні електромобілі розраховані на потужність максимум 350-400 кВт або навіть менше того.
Зарядний порт Tesla NACS
Нарешті, завершимо наш огляд фірмовим зарядним портом Tesla, який станом на сьогодні вже перетворюється на загальноприйнятий зарядний порт NACS (скорочення від North America Charging Standard). Ця історія максимально нагадує приклад зарядного порту Mennekes/CCS2 у тому, що всі виробники електромобілів різних брендів – як зі США, так і з інших країн – на своїх електромобілях для ринку Північної Америки мають використовувати зарядний порт NACS; тобто, йдеться про максимальну стандартизацію та уніфікацію відповідно до ринку збуту.
Зарядний порт, що був спочатку розроблений для електромобілів Tesla, сьогодні перетворюється на загальноприйнятий стандарт NACS з кодовим позначенням SAE J3400 на північноамериканському ринку; зображення з сайту Tesla.com
Варто відзначити, що зарядний порт Tesla/NACS побудований так, що може працювати як з джерелами змінного AC-струму, так і з джерелами постійного DC-струму. Фактично електромобіль має сам визначити тип струму, який подається, та перемкнутись у відповідний режим заряджання. Тобто: власник завжди має лише одну точку підключення зарядного порту і йому не потрібно думати взагалі ні про що; про все це має думати електромобіль – дуже зручно.
Щоправда, зарядний порт Tesla/NACS побудований так, що має лише пару контактів для передачі електричного струму та кілька контактів для «спілкування» електромобіля із зарядною станцією. Цей зарядний порт може працювати з однофазним змінним АС-струмом й тоді максимальна потужність може сягати близько 11 кВт; хоча реально в більшості випадків маємо потужність на рівні 7,4 кВт. Водночас це й же зарядний порт може працювати з постійним DC-струмом для «швидкісної зарядки» з потужністю теоретично до 325 кВт та потенціалом до збільшення у майбутньому.
Ось і результат: зарядні порти найбільше відрізняються не залежно від бренду електромобіля, а від того, з яким струмом потрібно працювати (змінний або постійний), та від того, для якого ринку збуту призначений певний електромобіль (європейський, американський, китайський тощо). Радимо звернути увагу на тип зарядного порту перед вибором чергового електромобіля й за необхідності – докупити перехідники між різними зарядними портами, а також звертати увагу на тип портів найближчої зарядної станції біля дому/офісу або зарядних станцій, що розташовані на вашому звичному маршруті. В підсумку: так, зарядних портів багато – але тепер ви точно знаєте призначення кожного з них та зможете швидко відрізнити типи зарядних портів на різних електромобілях і зарядних станціях.