Терминология электромобилей: полный глоссарий
Электромобили имеют свою собственную терминологию – одни термины знакомы, другие более технические – которые могут показаться загадочными и запутанными для непосвященных. Понимание значения этих терминов необходимо не только для того, чтобы решить, подходит ли вам электромобиль, но и для того, чтобы выбрать, какой именно электромобиль вам подходит лучше всего. Например, беспокоитесь ли вы о том, как быстро ваша машина принимает бензин на заправке? Нет, но вам нужно знать, как быстро ваша машина и ваш дом могут пополнить заряд батареи, чтобы пользоваться преимуществами зарядки дома, и здесь нет стандартного ответа. Но мы можем помочь вам разобраться, поняв термины, связанные с зарядкой, и многое другое.
Переменный ток (AC)
Форма электричества в электросетях, домах и других сооружениях
При переменном токе электроны периодически меняют направление движения. Важность переменного тока в мире электромобилей заключается в том, что всем батареям требуется постоянный ток (DC), при котором электроны всегда движутся в одном направлении. Таким образом, всякий раз, когда электромобиль заряжается, переменный ток должен быть преобразован, или выпрямлен, в постоянный.
При зарядке Уровня 1 и Уровня 2 эту задачу, а также контроль скорости заряда, выполняет скрытый компонент в каждом электромобиле, называемый бортовым зарядным устройством (OBC). В случае общественной быстрой зарядки постоянным током (DC), зарядное устройство является внешним и подает постоянный ток напрямую в батарею автомобиля, в обход его встроенного зарядного устройства, которое является узким местом для потока тока. Быстрое зарядное устройство постоянного тока начинается с напряжения, почти в два раза превышающего домашнее, и выпрямляет переменный ток внешне, используя компоненты большего размера, чем может вместить автомобиль. Это две причины, по которым зарядка постоянным током может быть намного быстрее, чем Уровень 2.
Переменный ток получил свое название потому, что ток меняет направление, что в США происходит 60 раз в секунду. Трудно понять, что это значит, и становится еще более запутанно, когда копаешь глубже и узнаешь, что когда ток меняется на противоположный, технически он течет от положительного к отрицательному в одном и том же проводнике. Но у переменного тока есть преимущества перед постоянным, такие как минимальные потери при передаче на большие расстояния, а также возможность использования трансформаторов для повышения или понижения его напряжения. Как ни парадоксально, большинство электромобилей используют двигатели переменного тока, так что да, постоянный ток от батареи должен быть снова преобразован в переменный ток, процесс, называемый инвертированием, чтобы привести автомобиль в движение. Фактически, гибриды обычно используют двигатели переменного тока, что означает, что ток буквально постоянно преобразуется из переменного в постоянный или наоборот. Каждый раз, когда происходят эти преобразования, будь то внутри автомобиля или снаружи, возникают потери энергии.
Обычные бензиновые и дизельные автомобили используют приводные ремнем альтернаторы, которые являются генераторами переменного тока, даже если все электрические потребители требуют постоянного тока.
Альтернатор (Генератор переменного тока)
Тип генератора, который производит переменный ток
Во всех современных обычных автомобилях бензиновый или дизельный двигатель приводит в действие альтернатор через ремень для выработки электричества, которое поддерживает заряд стартерной батареи и питает фары, электронику и другие бортовые электрические компоненты. В наше время буквально все эти устройства требуют постоянного тока, что делает выбор генератора, производящего только переменный ток, странным, но альтернаторы являются генераторами выбора, потому что они меньше, легче и механически долговечнее, чем генераторы постоянного тока – три критерия, которые наиболее важны для автопроизводителей. Так было с 1960-х годов, когда стало жизнеспособным твердотельное выпрямление (преобразование переменного тока в постоянный). Альтернаторы включают в себя такие выпрямители и регуляторы напряжения для обеспечения надлежащего постоянного напряжения.
Амперы (А)
Сокращение от ампер, единицы измерения электрического тока, с которой владельцы электромобилей, скорее всего, столкнутся при настройке домашней зарядки Уровня 2.
Уровень 2 означает 240 вольт, но количество энергии, подаваемой в автомобиль, также зависит от потока тока, который значительно варьируется среди зарядных устройств Уровня 2. Чтобы использовать классическую аналогию с сантехникой для электричества, текущего по проводу, напряжение представляет собой давление, заставляющее воду течь по трубе, а ток – это поток воды, определяемый в основном диаметром трубы. Чтобы получить больше воды из конца трубы, вы можете увеличить либо давление, либо диаметр трубы. То же самое и с электричеством: увеличьте напряжение или ток (силу тока), чтобы получить больше мощности (измеряемой в ваттах) на другом конце провода. Как и в случае с трубой, провод большего диаметра имеет меньшее сопротивление и позволяет увеличить поток тока.
Амперы – это единица измерения электрической мощности, которую дом может получать от коммунальной электросети – например, 50, 100 или 200 ампер – и тока, который может пропускать данная цепь или зарядное устройство Уровня 2.
Батарейный блок (Аккумуляторная батарея)
Полный компонент для хранения энергии в электромобиле или гибриде, включая отдельные элементы батареи, а также вспомогательную электронику и, как правило, систему терморегулирования.
Элементы в блоке, независимо от их типа, обычно группируются в модули, которые добавляют структуру и упрощают замену неисправных элементов. Блоки включают систему управления батареей (BMS), которая отслеживает состояние заряда блока и контролирует напряжения и температуры элементов. Блоки содержат собственный предохранитель и средство для ручного отключения от остальной части vehicle для обслуживания. Обычно присутствуют контакторы (мощные релейные переключатели), особенно в системах с чисто электрической батареей, чтобы изолировать батарею от vehicle, если она не проходит встроенный тест безопасности или обнаруживается столкновение.
Аккумуляторные электромобили используют циркулирующую жидкость для управления температурой батареи, за исключением Nissan Leaf (блок показан на изображении), у которого нет активного терморегулирования. В большинстве таких блоков есть каналы, по которым охлаждающая жидкость (обычно смесь воды и стандартного антифриза) циркулирует, а затем выходит из батареи для кондиционирования либо в простом радиаторе, либо в теплообменнике, подключенном к цепи кондиционера или теплового насоса.
Элемент батареи (Ячейка)
Наименьший компонент батареи, сотни которых могут потребоваться для достижения напряжений, необходимых для питания гибридного или электрического автомобиля.
Как и все другие отдельные элементы батареи, они работают только на несколько вольт каждый. (То, что мы называем батареей с более высоким напряжением, например, 12-вольтовая автомобильная батарея, само по себе представляет собой набор отдельных элементов в одном корпусе – в этом примере шесть элементов.) Литий-ионные элементы бывают трех основных типов, а именно трех форм: цилиндрические, призматические и pouch (в мягкой оболочке). Цилиндрические батареи, которые питают некоторые электромобили, настолько похожи на то, что можно вставить в фонарик, что можно подумать, что они не очень сложные. Критики говорили то же самое об эффективности их компоновки, потому что их форма оставляет пространство между ними, но Tesla, похоже, очень хорошо справлялась с этим на протяжении большей части своей истории, даже несмотря на то, что бренд теперь заинтересован в призматических элементах, которые имеют форму колоды карт или шоколадного батончика. Стиль выбора среди большинства других производителей электромобилей – pouch-элементы, которые похожи на практически пустой пакет Ziploc из майлара. В отличие от двух других стилей, гибкий pouch-элемент полагается на модуль батареи для своей структуры.
Модуль батареи
Структурное подмножество аккумуляторного блока электромобиля, в котором элементы батареи разделены и содержатся для мониторинга и, при необходимости, замены.
Поскольку напряжение одного элемента батареи составляет порядка нескольких вольт, в электромобилях используются десятки или даже сотни элементов, сгруппированных в корпуса, которые обеспечивают структуру (особенно важную для pouch-элементов) и упрощают проводку. Каждый модуль обычно имеет свой собственный датчик напряжения и температуры и имеет только две клеммы, независимо от количества соединенных вместе элементов, что зависит от конструкции производителя. Как правило, модули включают изолированные каналы, через которые циркулирует охлаждающая жидкость для управления тепловым состоянием аккумуляторного блока.
Комбинированная система зарядки (CCS)
Почти универсальный разъем для зарядки электромобилей (за исключением Tesla) на американском рынке, который объединяет разъем переменного тока J1772 с двумя проводниками для быстрой зарядки постоянным током в одном составном порту.
В то время как первые электромобили японского производства полагались на отдельный разъем под названием CHAdeMO для быстрой зарядки постоянным током, большинство новых электромобилей с такой возможностью (за исключением Tesla, у которой есть собственный разъем) предоставляют этот составной порт CCS. При поиске вариантов общественной зарядки онлайн или через приложение владельцы этих автомобилей должны выбирать J1772 для зарядки Уровня 2 и CCS для быстрой зарядки постоянным током.
Постоянный ток (DC)
Форма, которую электричество принимает в батареях и в большинстве электронных схем.
При постоянном токе электроны текут в одном направлении. Основная значимость в мире электромобилей заключается в том, что электричество передается в энергосети в форме переменного тока (AC). Таким образом, всякий раз, когда батарея автомобиля заряжается, переменный ток должен быть преобразован или выпрямлен в постоянный. При зарядке Уровня 1 и Уровня 2 автомобиль сам справляется с этим с помощью невидимого компонента, называемого бортовым зарядным устройством. Быстрые зарядные устройства постоянного тока начинают с напряжения, почти вдвое превышающего домашнее, и выпрямляют переменный ток внешне с помощью громоздких компонентов, часто скрытых вдали от зоны зарядки, прежде чем подать постоянный ток непосредственно в батарею автомобиля, в обход его встроенного зарядного устройства, которое является узким местом для потока тока.
Хотя некоторые электромобили используют двигатели постоянного тока, большинство использует двигатели переменного тока, что означает, что vehicle должен преобразовывать постоянный ток от батареи в переменный для ускорения – и наоборот при рекуперативном торможении. Выпрямление и инвертирование, как называется преобразование DC-AC, приводят к неэффективности, но автопроизводители, выбирающие двигатели переменного тока, думают о общей производительности и эффективности vehicle, а не об одном компоненте или процессе. Кстати, даже обычный vehicle зависит от переменного тока благодаря использованию альтернатора, который является генератором, производящим переменный ток, даже если постоянный ток преобладает во всем vehicle.
Быстрая зарядка постоянным током (DC Fast Charging)
Тип общественной зарядки, который может заряжать совместимые электромобили во много раз быстрее, чем самое быстрое зарядное устройство переменного тока Уровня 2, за счет подачи более высокого напряжения постоянного тока непосредственно в батарею. Суперчарджеры Tesla – это зарядные устройства быстрой зарядки постоянным током.
Современные электромобили лучше всего подходят для быстрой зарядки постоянным током, когда время ограничено (например, в длительной поездке или при низком запасе хода). В названии есть слово «быстрая», но новички в мире электромобилей не найдут быструю зарядку постоянным током сравнимой с заправкой бензином, которая может обеспечить сотни километров запаса хода за несколько минут. Автопроизводители обычно заявляют, что быстрая зарядка постоянным током подразумевает сессии по 30 минут, но это редко означает полную зарядку. Хотя все больше автопроизводителей включают бесплатную быструю зарядку постоянным током при покупке нового электромобиля, почти все признают, что частая быстрая зарядка сократит срок службы батареи vehicle. Когда есть стоимость, быстрая зарядка дороже, чем общественная зарядка Уровня 2, обычно достаточно, чтобы устранить финансовые преимущества вождения на электричестве с домашней зарядкой.
Зарядные устройства быстрой зарядки постоянным током и трехфазный переменный ток, который они требуют, делают их чрезвычайно дорогими для установки дома. Мощность, которую они обеспечивают, варьируется от 24 до 350 кВт, но нет гарантии, что электромобиль, независимо от его собственной спецификации принятия заряда, будет заряжаться с такой скоростью.