Трехфазное электропитание в системах зарядки электромобилей: подробное руководство

В индустрии инфраструктуры зарядки электромобилей трехфазное питание является основной системой электроснабжения, поддерживающей быструю зарядку высокой мощности, коммерческие зарядные станции и мощные зарядные станции переменного тока. В Китае используется распространенная трехфазная четырехпроводная система 380 В, а в Европе и Америке — основная трехфазная пятипроводная система 400 В, которая обеспечивает синхронное электроснабжение за счет трех линий переменного тока со смещением фаз на 120°. Это стандартный источник входного питания для быстрой зарядки постоянным током и мощных зарядных станций переменного тока мощностью 11 кВт/22 кВт.

Трехфазное электроснабжение — это стандартная архитектура для передачи электроэнергии высокой мощности в энергосистеме. Оно состоит из трех независимых фазных проводов L1/L2/L3, одного нейтрального провода N и одного защитного заземляющего провода PE (трехфазная пятипроводная система). В Китае межфазное напряжение составляет 380 В, а фазно-нейтральное — 220 В; по европейским стандартам межфазное напряжение составляет 400 В, а фазно-нейтральное — 230 В.

Три сигнала переменного тока сдвинуты по фазе на 120° друг относительно друга, что приводит к отсутствию нулевой точки тока на протяжении всего процесса электроснабжения и обеспечивает стабильную выходную мощность с минимальными колебаниями.

Бытовые зарядные станции переменного тока мощностью 7 кВт используют однофазное напряжение 220 В; настенные/столбовые зарядные станции переменного тока мощностью ≥11 кВт должны использовать трехфазное питание, при этом наиболее распространенные спецификации составляют 11 кВт (16 А/фаза) и 22 кВт (32 А/фаза).

Все станции быстрой зарядки постоянным током используют трехфазное входное напряжение 380 В; решений для быстрой зарядки постоянным током с однофазным питанием не существует. Это отраслевой стандарт. Рабочий процесс: Трехфазный высоковольтный вход переменного тока → фильтрация, молниезащита и трехфазный модуль выпрямителя PFC → преобразование в высоковольтную шину постоянного тока → модуль регулирования напряжения постоянного тока → высоковольтный выход постоянного тока на аккумулятор автомобиля.

Размеры для сравнения	Однофазный источник питания 220 В	Трехфазный источник питания 380/400 В
Стандартное ограничение мощности	7kW（32A）	AC 11kW/22kW; DC 60kW~диапазон мегаватт
Скорость зарядки	Запас хода с возможностью подзарядки: 30-50 км в час.	AM: 100-130 км/ч; SD: 200+ км/ч
спрос на кабельное телевидение	Двухжильный/трехжильный кабель (фаза, нейтраль, заземление)	5-жильный кабель (L1/L2/L3/N/PE)
Нагрузка сети	Нагрузка сосредоточена на одном проводе под напряжением, который подвержен падению напряжения	Трехфазное сбалансированное распределение тока делает энергосистему более стабильной.
Применимое оборудование	Домашнее медленное зарядное устройство переменного тока мощностью 7 кВт	Мощные зарядные станции переменного тока, станции быстрой зарядки постоянным током, модульные зарядные комплексы и базы для автопарков
порог установки	Для прокладки электропроводки в жилых домах данного жилого комплекса не требуется разрешение на расширение	Нам необходимо обратиться в управление электроснабжения за установкой трехфазного электросчетчика и модернизацией линий электропередачи
расходы	Низкая стоимость кабелей, автоматических выключателей и монтажа	Для производства кабелей требуется больше материалов и более высокие первоначальные инвестиции при модернизации
Гармонические эффекты	Сильные гармоники на высокой мощности	Трехфазный фильтр коррекции коэффициента мощности с превосходным эффектом подавления гармоник

Трехфазная зарядная станция переменного тока мощностью 22 кВт может полностью зарядить батарею емкостью 80 кВт⋅ч всего за 3-4 часа; однофазной зарядной станции мощностью 7 кВт требуется более 10 часов; быстрая трехфазная зарядка постоянным током может обеспечить запас хода в 300 км всего за полчаса, что подходит для пиковых нагрузок в коммерческом транспорте.

При одновременной работе нескольких зарядных станций нагрузка равномерно распределяется по трем фазам, предотвращая перегрузку однофазной линии; крупные зарядные станции не требуют повторного расширения трансформаторов, что позволяет увеличить площадь зарядных станций на 30% при той же мощности распределения электроэнергии.

Равномерное распределение трехфазного тока приводит к меньшему выделению тепла в отдельных кабелях и силовых модулях, замедляя старение компонентов; По сравнению с однофазным мощным оборудованием, частота отказов снижается на 40%, что делает его подходящим для экстремально низких температур (-30℃) и длительной работы без присмотра на открытом воздухе.

Европейские коммерческие зарядные станции должны в стандартной комплектации иметь трехфазные зарядные устройства переменного тока мощностью 11 кВт/22 кВт, а все вновь построенные высокоскоростные станции быстрой зарядки постоянного тока должны использовать трехфазный вход 400 В; экспортные зарядные устройства должны быть совместимы с трехфазной архитектурой электропитания для прохождения сертификации CE и TUV.

Трехфазная архитектура ввода/вывода высокой мощности в сочетании с протоколом ISO15118-20 обеспечивает агрегированное виртуальное хранение энергии несколькими транспортными средствами и арбитраж обратного разряда в часы пик. Однофазное оборудование не может поддерживать крупномасштабное диспетчерское управление V2G.

Коммерческие общественные зарядные станции, зоны обслуживания на автомагистралях и парковки крупных торговых центров (стандарт быстрой зарядки постоянным током с трехфазной конфигурацией);

Автопарки автобусов, большегрузных автомобилей и автомобилей служб такси;

Зарубежные коммерческие проекты по зарядке, экспортируемые в ЕС и Австралию, требующие соответствия требованиям AFIR к трехфазным зарядным станциям;

Многочисленные парковочные места в жилых комплексах и бизнес-парках с одновременной зарядкой нескольких зарядных станций;

Интегрированные проекты фотоэлектрических систем, систем хранения энергии и зарядки, а также демонстрационные проекты виртуальных электростанций V2G;

Множество бытовых электромобилей с ежедневным запасом хода более 200 км, требующих быстрой заправки.

Нет. Трехфазные зарядные станции переменного тока используют встроенное трехфазное зарядное устройство автомобиля (OBC) для более быстрой зарядки; зарядные станции постоянного тока не ограничены встроенным зарядным устройством и могут быстро заряжать с высокой мощностью независимо от модели автомобиля.

Нет. Внутренняя трехфазная полномостовая схема выпрямителя зарядной станции постоянного тока не имеет требований к фазе. Замена любых двух фазных проводов позволит ей работать нормально. Только некоторые устройства с функцией определения последовательности фаз будут отображать предупреждающее сообщение, но это не повредит оборудованию.

В Северной Америке основная бытовая зарядка осуществляется с использованием двухфазного напряжения 120/240 В (аналогично однофазному); Только крупные коммерческие быстрозарядные устройства постоянного тока и мощные зарядные станции уровня 2 для автопарков используют промышленное трехфазное питание 480 В. Бытовые вилки NEMA имеют однофазный выход.

Для технологии V2G требуется двунаправленный трехфазный преобразователь энергии, трехфазный источник непрерывного питания и протокол ISO15118-20. После отключения электроэнергии невозможно изменить направление подачи питания.

По сравнению с однофазным питанием 220 В, трехфазное решение обеспечивает более высокую скорость зарядки, более сбалансированную нагрузку на сеть и более низкие долгосрочные затраты на техническое обслуживание, а также соответствует требованиям ЕС по экспортному соответствию AFIR и расширяет потребности во взаимодействии транспортных средств с сетью (V2G).