Как определяется мощность зарядки зарядной станции переменного тока?

Зарядные станции переменного тока (AC) по своей сути представляют собой интерфейсы электропитания переменным током, оснащенные системой интеллектуального управления. Они не выполняют преобразование переменного тока в постоянный. Поэтому мощность зарядки определяется не только самой станцией, а совокупностью факторов: выходной мощностью станции, допустимой нагрузкой по току зарядного кабеля и номинальной мощностью бортового зарядного устройства (OBC).

Фактический зарядный ток определяется как минимальное значение из трех перечисленных ниже ограничений, после чего это значение преобразуется в показатель зарядной мощности:

Это предел максимальной выходной мощности самой зарядной станции, определяемый характеристиками внутренних реле, клемм, системы теплоотвода и устройств защиты. Данный параметр является фиксированным и задается на этапе производства оборудования.

Распространенные характеристики для однофазных зарядных станций переменного тока (AC): 3,5 кВт (16 А), 7 кВт (32 А).

Распространенные характеристики для трехфазных зарядных станций переменного тока (AC): 11 кВт (16 А), 22 кВт (32 А).

Зарядная станция передает автомобилю информацию о своем максимальном выходном токе через контакт CP (Control Pilot); это значение не превышает номинальные аппаратные возможности станции.

Кабель зарядного устройства оснащен встроенным контактом PP (Proximity Pilot). Различные значения сопротивления на этом контакте указывают на номинальную допустимую токовую нагрузку кабеля. Автомобиль считывает значение сопротивления, чтобы определить максимально допустимый ток для данного кабеля, предотвращая тем самым его перегрузку и перегрев.

Преобразование энергии (AC/DC) при зарядке от сети переменного тока происходит внутри автомобиля. За это преобразование отвечает бортовое зарядное устройство (OBC); его номинальная мощность является фиксированной величиной, определяемой конструкцией оборудования.

Например, если бортовое зарядное устройство (OBC) автомобиля поддерживает зарядку от однофазной сети с максимальной мощностью 7 кВт, то даже при подключении к трехфазной станции мощностью 22 кВт фактическая мощность зарядки составит лишь 7 кВт; избыточная мощность использована не будет.

Распространенные характеристики OBC: для подзаряжаемых гибридов (PHEV) этот показатель обычно составляет 3,5–7 кВт, для электромобилей (BEV) — 7–11 кВт, а у моделей премиум-класса может достигать 22 кВт.

После подключения зарядного разъема к порту автомобиля система сначала определяет максимально допустимый ток зарядного кабеля по значению сопротивления на контакте PP (Plug Present); это первый этап ограничения тока.

Зарядная станция передает на автомобиль прямоугольный ШИМ-сигнал (широтно-импульсная модуляция) с частотой 1 кГц через контакт CP (Control Pilot), кодируя значение максимального выходного тока с помощью коэффициента заполнения (скважности).

Стандартное правило кодирования (диапазон коэффициента заполнения 8–85%): Максимальный выходной ток (А) = Коэффициент заполнения (%) × 0,6

Пример: коэффициент заполнения 53,3% соответствует максимальному
току 32 А, что соответствует характеристикам стандартной однофазной зарядной станции мощностью 7 кВт.

Автомобиль анализирует ШИМ-сигнал для определения максимального выходного тока станции, сопоставляет его с номинальным током кабеля и номинальным током собственного бортового зарядного устройства (OBC), после чего выбирает минимальное из этих трех значений в качестве рабочего тока для данного сеанса зарядки.

В ходе зарядки бортовое зарядное устройство (OBC) в режиме реального времени корректирует зарядный ток с учетом уровня заряда (SOC) и температуры аккумуляторной батареи:

Этап низкого уровня заряда: поддерживается ток, близкий к максимальному рабочему, а мощность — к пиковому значению.

Этап высокого уровня заряда (выше 80%): во избежание перезаряда и для защиты аккумулятора OBC постепенно снижает зарядный ток; мощность зарядки плавно уменьшается вплоть до полного завершения процесса.

В идеале выходная мощность должна соответствовать номинальному значению. Однако на практике следующие факторы часто приводят к снижению мощности:

Колебания напряжения в сети: если напряжение в сети ниже номинальных 220 В или 380 В, выходная мощность при неизменной силе тока соответственно снижается. Например, в период пикового летнего энергопотребления, если напряжение падает до 200 В, зарядная станция мощностью 7 кВт может выдавать максимум около 6,4 кВт.

Защита от перегрева: при слишком высокой температуре окружающей среды или недостаточном отводе тепла от бортового зарядного устройства (OBC) последнее принудительно снижает выходную мощность во избежание перегрева и выхода из строя.

Повышенное контактное сопротивление: окисление контактов или ослабление затяжки клемм увеличивает переходное сопротивление, что ограничивает силу тока и повышает потери, приводя к снижению фактической мощности.

Ограничения, связанные с состоянием аккумулятора: при низких или высоких температурах, а также при высоком уровне заряда (SOC) система управления аккумулятором ограничивает зарядный ток и снижает мощность зарядки, передаваемую через бортовое зарядное устройство.