Зарядная инфраструктура электрического транспорта: методика определения спроса на зарядные станции

Введение. Заряд тяговых батарей электрического транспорта (ЭТ) осуществляют с использованием электрических зарядных станций (ЭЗС). Проектирование и производство электромобилей сконцентрировано в нескольких промышленно развитых странах. К ним можно отнести США, Японию, Китай и государства, входящие в Евросоюз. Поскольку системы измерения и стандарты электрических сетей в указанных странах различаются, в настоящее время существует не менее восьми типовых наиболее часто используемых производителями автомобильной техники (АТ) разъемов, монтируемых на кузове колесных транспортных машин (КТМ) для зарядки тяговых батарей переменным (АС) и постоянным (DC) током (см. таблицы 1 и 2).

Считается, что процесс передачи энергии в тяговую батарею автотранспортного средства (АТС) посредством сети переменного тока относится к стандарту медленной зарядки. Как правило, мощность таких зарядных станций ограничена значением в 43 кВт.

EDN AFZXVG

Таблица 1 – Типовые разъемы, размещенные на кузове КТМ с электрическим приводом, поддерживающих зарядку переменным током, и их характеристики

Тип разъема для зарядки электромобиля	Type 1	Type 1	Type 2	GB/T (AC)
Общий вид	^^^	^^		/oo\ (ООО)
Стандарт	SAE J 1772 / IEC 62196-2	J-PLUG SAE J 3068	Mennekes	GBT 20234.1/ 20234.2
Страна	США	Япония	EC	Китай
Тип тока	AC	AC	AC	AC
Максимальная мощность, кВт	7,4	7,4	22,0/43,5	7,4/27,7
Максимальное напряжение, В	230	230	400	250/440
Максимальный ток, А	32	32	60	32/63

Таблица 2 – Типовые разъемы, размещенные на кузове КТМ с электрическим приводом, поддерживающих зарядку постоянным током, и их характеристики

Тип разъема для зарядки электромобиля	CCS ( Combined Charging System )	CHAdeMO ver.1.1/ver.1.2/ver.2	CCS2 ( Combined Charging System )	GB/T (DC)
Общий вид	/оо\ ( ^	©		(o°o) \oy
Стандарт	SAE J1772/ IEC 62196-3	IEC 61851-23, IEC 61851-24, IEC 62196-3	SAE J1772/ IEC 62196-3	GBT 20234.3
Страна	США	Япония	EC	Китай
Тип тока	AC/DC	DC	AC/DC	DC
Максимальная мощность (режим АС/DС ), кВт	7,4/200	62,5/200/400	7,4/350	250
Максимальное напряжение, В	200/500/1000	500/500/1000	200/500	1000
Максимальный ток, А	250	125/125/400	250/500	250

Стандарт Type 1, позволяющий заряжать тяговые батареи от однофазных сетей переменного тока напряжением 220…230 В, просуществовал до 2013 г., а потом Европейская комиссия развития экологичного транспорта утвердила новый - Type 2. Он разработан с возможностью использования трехфазных сетей переменного тока напряжением 380…400 В. Для домашних зарядных станций максимальная мощность составляла 22 кВт. Существуют также специальные версии ЭЗС, имеющие мощность до 43,5 кВт.

В Китае был разработан собственный стандарт медленной и быстрой зарядки для КТМ с электрическим приводом - GB/T протокол 279304 и соответствующие им разъемы GB/T 20234. Отсутствие совместимости с другими типами коннекторов требует использования только специальных зарядных станций. Необходимо отметить, что в отличие от американских, европейских и японских производителей электромобилей, выпускающих свою продукцию на соответствующие рынки и адаптирующих машины под действующие в том или ином государстве стан- дарты зарядки, китайские производители пытаются ориентировать потенциальных владельцев на собственный стандарт GB/T. Этот момент необходимо учитывать, развивая сеть зарядных станций, что особенно актуально для Российской Федерации, в которой доля продаваемых КТМ с электрическим приводом, произведенных в КНР ежегодно увеличивается.

Развитие технологий, а именно химических источников тока, высокоэффективных полупроводниковых компонентов, используемых в схемотехнике преобразователей напряжения, информационных систем позволили внедрить в конструкцию электромобилей поддержку систем быстрой зарядки на основе источников постоянного тока. В настоящее время процесс передачи электрической энергии от зарядной станции в тяговую батарею требует в несколько раз меньше времени по сравнению с Type 1, Type 2, GB/T (AC) и составляет до нескольких десятков минут.

Стандарт CCS является модернизацией Type 1, равно, как и CCS2 является усовершенствованным вариантом Type 2. Оба стандарта до- пускают передачу электрической энергии в тяговые батареи КТМ с электрическим приводом, как переменным, так и постоянным током.

В настоящее время стандарт CCS 2 поддерживает передачу электрической энергии в аккумулятор автомобиля при напряжении 500 В. При этом ток заряда составляет 500 А, а максимальная мощность равна - 350 кВт.

С 2018 г. все электромобили, выпускаемые для рынка стран Европы, должны поддерживать стандарт CCS 2. Соответственно, сеть зарядных станций была модернизирована, чтобы обеспечить быструю зарядку тяговых батарей КТМ.

Стандарт быстрой зарядки CHAdeMO был предложен в 2012 г. в Японии и до настоящего времени претерпел несколько изменений, которые отражены в нумерации соответствующих версий протокола. Первая версия стандарта имела напряжение источника зарядной станции - 500 В, а максимальный ток составлял - 125 А. Затем была проведена оптимизация, заключающаяся в динамическом изменении тока во время зарядки, что дало возможность увеличить максимальную мощность с 63,5 до 200 кВт. В 2018 году была утверждена вторая версия стандарта. Напряжение было увеличено до 1000 В, а максимальный ток стал равен 400 А. Таким образом, максимальная мощность протокола стала равна 400 кВт.

Стандарт GB/T ( DC) активно внедряется в Китае с 2015 г. Напряжение, при котором осуществляется зарядка тяговых батарей АТ с электрическим приводом, может быть 750 или 1000 В. При этом зарядный ток, поддерживаемый электромобилем, может быть выбран из ряда значений 80, 125, 200 и 250 А. Теоретически поддерживаемая максимальная мощность составляет 250 кВт, что дает возможность заряжать тяговые батареи емкостью 60.90 кВт/ч менее чем за 30 минут.

Компания Tesla Inc . производит не только аккумуляторные КТМ, но и зарядные станции, формируя сеть Tesla Supercharger как в США, так и в странах Европы .

Автомобили марки Tesla имеют свой разъем, имеющий интерфейс NACS . Однако для рынков других стран, например, Евросоюза или Китая, электромобили Tesla имеют разъем CCS 2 или GB/T ( DC) соответственно. Стандарт NACS разработан в США в 2012 г. претерпел несколько версий, различающихся максимальной мощностью зарядки. В настоящее время действует уже четвертая версия интерфейса. Все зарядные станции сети Tesla Supercharger осуществляют передачу энергии в батарею при постоянном токе. Максимальная мощность на одном посту программно ограничена на уровне 250 кВт. При этом каждая зарядная станция имеет мощность 1000 кВт, позволяя одновременно заряжать тяговые батареи четырех электромобилей.

Рассмотренные интерфейсы подключения зарядных станций к КТМ с электрическим приводом имеют максимальную мощность до 400 кВт. При дальнейшем росте мощности требуется увеличивать сечение кабеля зарядных станций, использовать более дорогостоящие материалы в контактных группах и иных проводниках, организовывать систему искусственного охлаждения компонентов. Это существенно усложняет конструкцию зарядных станций и увеличивает их стоимость. Поэтому оптимальными эксплуатационными свойствами обладают зарядные терминалы мощностью 120.. .160 кВт.

В настоящее время зарядная сеть в РФ построена преимущественно на ЭЗС, соответствующих европейским стандартам «Mode 2» (обычная зарядка) и « Mode 3» (ускоренная зарядка). Медленные зарядные устройства, способные заряжать тяговые батареи КТМ с электрическим приводом за 8…10 ч., монтируются в большинстве случаем в качестве домашних, поскольку имеют умеренную стоимость и не требуют сложной процедуры согласования подключения к сети. На основе установок ускоренной зарядки строятся частные сети.

Зарядные станции быстрой и ультрабыст-рой зарядки, соответствующие европейскому стандарту «Mode 4», являются основой общественной зарядной сети. В РФ в соответствии с требованиями Минпромторга [7] зарядные станции, поддерживающие быструю зарядку батарей электромобилей (до 50 мин.), имеют мощность не менее 149 кВт и оснащены кабелем длиной 4 м. с разъемами трех типов CCS2, CHAdeMO и GB/T ( DC) .

Для программной связи блока управления процессом зарядки аккумулятора электромобиля и источника энергии в большинстве ЭЗС используется наиболее распространенный протокол OCPP ( Open Charge Point Protocol ). Его используют многие производители электромобилей и зарядных станций.

Постановка задачи исследования.

Показатели эффективности работы ЭТ во многом обеспечиваются благодаря наличию развитой сети зарядных станций. При выполнении этого условия служба эксплуатации транспортных компаний или собственники могут строить рациональные логистические схемы маршрутов движения подвижного состава, сокращая протяженность холостых пробегов и простоев, в том числе, на технологические нужды.

Запас хода Ь ДВ современных легковых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) составляет не менее 500 км. Коммерческая техника позволяет выполнять перевозочный процесс без заправки топливом на расстоянии более

1000 км. В случае необходимости восполнить израсходованный объем топлива не потребует много времени и, как правило, процесс заполнения топливных баков на автозаправочных станциях (АЗС) не превышает £ зт = 10 мин. Таким образом, вероятность остановки АТ, использующей в качестве силового агрегата тепловые двигатели, по причине отсутствия топлива является крайне низкой.

Для КТМ с электрическим приводом в силу слабо развитой инфраструктуры зарядных станций необходимо планировать маршруты движения с учетом конструктивных особенностей, а именно, емкости тяговой батареи и среднего расхода энергии при движении, а также географии размещения пунктов зарядки.

Емкость аккумуляторов, монтируемых в конструкцию легковых электромобилей составляет от 40 до 125 кВт-ч. Тяговые батареи с минимальными значениями емкости конструкторы устанавливают в подключаемые гибриды, имеющие собственный ДВС и генераторную машину, функционирование которых направлено на восполнение заряда в источнике хранения энергии. На КТМ с двумя и большим количеством электрических машин, участвующих в приводе ведущих колес, производители монтируют более емкие аккумуляторы. Вместе с тем, типовое значение емкости на подавляющем большинстве электромобилей составляет 60…70 кВт-ч. Этого значения достаточно, чтобы обеспечить запас хода Ь Э _х в 200 ... 400 км.

Автобусная техника с электрическим приводом изначально оснащалась тяговыми батареями небольшой мощности. Предполагалось, что процесс передачи электрической энергии в аккумуляторы должен осуществляться от зарядных станций, смонтированных на конечных и промежуточных остановочных пунктах. Вследствие малой емкости тяговых батарей и быстрого расхода энергии, особенно в зимний период эксплуатации, поскольку существовала острая необходимость обогрева салона, средний запас хода таких электробусов не превышал 100 км. На практике после нескольких часов работы на маршруте автобус простаивал на зарядной станции. Это требовало от перевозчика увеличения числа списочных единиц на маршруте и, соответственно, в парке.

Однако с развитием технологий, позволивших увеличить удельную емкость аккумуляторов, концепция изменилась в сторону ночной зарядки, осуществляемой в межсменное время. В таком случае, существенно снижается число сходов автобусной техники с маршрутов по причине потери заряда в тяговой батарее. У современных электробусов емкость тяговых батарей составляет 450 ... 500 кВт-ч, что позволяет перемещаться им в интервалах зарядки на расстояние до 250 км. Эффективность эксплуатации АТ сохранилась на уровне автобусов с традиционными тепловыми энергетическими установками, а экологическая нагрузка на атмосферу, особенно, в городах значительно сократилась.

В условиях значительной вариации времени передачи электрической энергии £ 33 в тяговые батареи от типа ЭЗС и мощности установленного в машине контроллера, продолжительность простоя подвижного состава может составлять до 10 ч., что для коммерческой техники является значительным по величине непроизводительным простоем, снижающим экономическую эффективность её эксплуатации. В силу высокой первоначальной стоимости экологически чистых КТМ, недостаточно развитой сети зарядных станций и большой продолжительности заряда аккумуляторов доля ЭТ в перевозочном процессе крайне мала не только у нас в стране, но и за рубежом. Можно отметить положительный опыт перевода пассажирского городского транспорта на аккумуляторные электроагрегаты в крупных городах РФ, например, в Москве, Санкт-Петербурге, Казани, Хабаровске и др. Однако в остальных случаях на настоящем этапе развития ЭТ коммерческие перевозки рационально осуществлять с использованием традиционной АТ с ДВС.

В сложившихся условиях переоснащение КТМ автомобильного парка с тепловых энергетических установок на аккумуляторные электроагрегаты целесообразно в следующих категориях АТС: M 1, M 2 и M 3.

Спрос на услуги по зарядке аккумуляторных батарей электромобилей будет обусловлен несколькими факторами, которые рассмотрены ниже.

Первый, списочным количеством АТ с электрическим приводом Л э_Ктм в населенном пункте, регионе и стране в целом. Данный параметр зависит от числа жителей ^_нас [чел.], а также уровня их обеспеченности электромобилями - Пэктм [ед./1000 жит.], и может быть установлен с использованием следующей математической зависимости [2]

Лэктм = '"" ' ^КТ‘^; 100,; (1)

Второй, интенсивностью эксплуатации, определяемой суточным пробегом КТМ - '_с у _т, который можно рассчитать по формуле [2]

'„ = ^{Ь год} /Д_э- (2) где Ь_год — годовой пробег КТМ, км;

Дэ — число дней эксплуатации АТ в году, дни.

Справочные данные о среднем годовом пробеге автомобильного транспорта содержатся в

• [4] . Согласно [4] легковые автомобили, эксплуатирующиеся, например, в столице Владимирской области, имеют Ь_год = 16000 км. Если идет речь об автомобилях-такси, то у них средний годовой пробег равен 80 тыс. км. При ежедневной эксплуатации согласно выражению (2) суточный пробег

составит:

• -    для легковых автомобилей - 1г,,т ==

сут

43,83 * 44 км.;

,80000

• -    для таксомоторов -   1сут ==

219,18 * 220 км.

Третий, емкостью тяговой батареи Weat электромобиля и средним расходом энергии на пробег. Большинство производителей КТМ кате- гории М1 с электроагрегатами в паспортных технических характеристиках указывают на потребление электрической мощности в расчете на 100 км пройденного пути. При экономичном движении удельный расход энергии дрЭ составляет не менее 15 кВт.ч/100 км, а типичное значение равно 20 кВт'ч/100 км [10]. В зимний период потребление увеличивается до 25 кВт'ч. При среднем значении емкости тяговой батареи Ж^АТ = 60^70 кВт'ч, запас хода Lfx будет варьироваться от 240 до 400 км.

На рисунке 1 представлены результаты расчетного моделирования запаса хода КТМ с автономным электроагрегатом в зависимости от удельного расхода энергии для аккумуляторов различной емкости.

60 кВт*ч         70 кВт*ч         80 кВт*ч

Рисунок 1 - Результаты расчетного моделирования запаса хода L f _x КТМ с автономным электроагрегатом в зависимости от удельного расхода энергии д рЭ для аккумуляторов различной емкости W _B ³ _Ar

Следует отметить, что АА «АвтоСтат» был проведен опрос, в ходе которого установлено значение среднего максимального расстояния, пре- одолеваемое электромобилем на одном заряде тяговой батареи (см. рисунок 2) [8]. Его величина составляет 218 км.

30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% | 5,00% 2 0,00% О Q.

Путь, пройденный электромобилем на одном зараде батареи, км

Рисунок 2 - Среднее значение максимального расстояния, которое удавалось проехать электромобилю на одном заряде тяговой батареи [8]

Запас хода КТМ с электроприводом определяют по формуле э _ 100^

^Ьз^х      _ПЭФ ,

<Ур

где W^T — фактическая емкость тяговой батареи электромобиля, кВт.ч.

Суточное число заездов электромобилей на зарядные терминалы устанавливают из следующей зависимости сут _ ^ЭКТМ^год тЭЗС = л ;Э , Дэпзх

где

Д э =

тами муле

£год — годовой пробег КТМ, км;

Дэ — число дней эксплуатации АТ в году, 365 дней;

^эктм — количество КТМ с электроагрега-в населенном пункте, определяемое по фор-(1), ед.

Полученные результаты опроса и проведен- ный расчет суточного пробега АТС для г. Владимира свидетельствуют о том, что владельцу КТМ с электрическим приводом запаса заряда аккумулятора будет достаточно для её эксплуатации в течение трех дней, а в конце четвертого потребуется осуществить подзарядку, потому что на пятый день энергии будет недостаточно. Таким образом, при суточном пробеге 44 км в течение недели автолюбитель будет вынужден подключить зарядный терминал к своей машине не менее двух раз.

Однако представленные данные слишком обобщенные и не учитывают емкость тяговых батарей конкретных моделей электромобилей, стиль вождения, дорожные и погодно-климатические условия эксплуатации, а также используемое в процессе движения дополнительное оборудование (обогреватель стекол и зеркал, обогреватель салона, систему климат-контроля, музыкальную установку и др.). Считается, что в зимний период снижение температуры на один градус вызывает потерю емкости на 1…1,3%. Включение электрического отопителя в салоне сокращает запас энергии в батарее на 15% [3].

Например, популярный и наиболее распространенный в РФ Nissan Leaf первого поколения оснащался аккумулятором емкостью 24 кВт.ч и способен был преодолеть максимальное расстояние между зарядками равное 160 км. С учетом зимних условий эксплуатации реальные владельцы отмечали снижение запаса хода вдвое, т.е. до 80 км. Таким образом, при эксплуатации данного АТС во Владимирской области в зимний период частота заездов на ЭЗС увеличится вдвое и составит каждые два дня, а это уже подключение зарядного терминала три раза в неделю. Оче- видно, что повышенный спрос на услуги по зарядке электромобилей в зимний период необходимо учитывать при проектировании зарядной инфраструктуры.

Необходимо отметить, что устанавливаемые в электромобилях литий-ионные и литий-полимерные тяговые батареи имеют ограниченное число циклов зарядки, которое для современных моделей составляет 1000 ед. В процессе периодически повторяющегося циклов разряда и последующего заряда возникают необратимые процессы, вызывающие деградацию ячеек аккумуляторов, а, следовательно, и потерю активной емкости. На ресурс тяговой батареи оказывают влияние температура, ток заряда и глубина разрядки [9]. Стоит помнить о том, что производители не рекомендуют эксплуатировать электромобили при остаточном заряде энергии в аккумуляторе менее 20%.

Процесс быстрой зарядки аккумуляторов постоянным током сопровождается большим тепловыделением, которое способствует механическому повреждению анода, катода и сепаратора, разделяющего их, ввиду повышенного газовыде-ления [9]. Блок контроля заряда батареи должен контролировать её температуру, ограничивая ток зарядки при достижении пороговых значений. В конструкции многих электромобилей контур системы охлаждения электромеханических преобразователей привода колес участвует также и стабилизации температуры тяговой батареи.

Не маловажным является вопрос балансировки энергии аккумуляторов в батареи как в процессах расхода, так и восполнения энергией, поскольку чрезмерно глубокий разряд снижает эффект «памяти», т.е. емкость, а перезаряд отдельных ячеек к преждевременному выходу их из работоспособного состояния вследствие механического разрушения [9].

Производители сообщают потребителям, что гарантийный срок службы тяговой батареи электромобиля составляет около 8 лет. В течение этого срока её емкость сокращается в среднем на 15% [5]. Таким образом, ежегодная потеря воз- можного хранимого запаса энергии в аккумуляторе КТМ с электрическим приводом будет равна 2…2,3%. При известном значении среднего возраста парка электрических КТМ можно установить снижение емкости тяговых батарей, а, следовательно, запаса хода, и спрогнозировать увели- чение спроса на услуги по зарядке аккумуляторов.

Согласно рассмотренным выше факторам расчет фактической емкости тяговой батареи электромобиля может быть выполнен с помощью зависимости

^БаТ = ^ БАТ ^{(1 —} ^J ^(w + / таб В КТМ )),  ⁽⁹⁾

где ^бат — базовая емкость тяговой батареи, кВт^.ч;

w — уровень заряда, при котором не рекомендуется эксплуатация электромобиля, w =20%;

/_та б — коэффициент годовой потери емкости аккумуляторов вследствие их физического износа, /_таб =2...2,3%;

Вктм — средний возраст парка ЭТ, лет.

На рисунках 3, 4 и 5 изображены номограммы изменения емкости тяговых батарей W Ar и расчетного запаса хода Л | _х при различных значениях удельного расхода энергии д р с учетом ежегодной деградации ячеек аккумуляторов, составляющей – 2 %.

Емкость тяговой батареи электромобиля, кВт*ч Удельный расход энергии, кВт*ч/100 км:

12 кВт*ч/100 км

18 кВт*ч/100 км

24 кВт*ч/100 км

14 кВт*ч/100 км

20 кВт*ч/100 км

16 кВт*ч/100 км

22 кВт*ч/100 км

26 кВт*ч/100 км            28 кВт*ч/100 км

Рисунок 3 - Результаты расчетного моделирования изменения емкости тяговой батарей IV ЭАТ = 60 кВт - ч и запаса хода Lf_x при различных значениях удельного расхода энергии др с учетом ежегодной деградации ячеек аккумуляторов

Емкость тяговой батареи электромобиля, кВт*ч

Удельный расход энергии, кВт*ч/100 км:

12 кВт*ч/100 км       14 кВт*ч/100 км       16 кВт*ч/100 км

Рисунок 4 - Результаты расчетного моделирования изменения емкости тяговой батарей W |_Ar = 70 кВт^-ч и запаса хода L |_x при различных значениях удельного расхода энергии д Э с учетом ежегодной деградации ячеек аккумуляторов

12 кВт*ч/100 км	14 кВт*ч/100 км           16 кВт*ч/100 км
18 кВт*ч/100 км	20 кВт*ч/100 км           22 кВт*ч/100 км
24 кВт*ч/100 км	26 кВт*ч/100 км           28 кВт*ч/100 км

Рисунок 5 - Результаты расчетного моделирования изменения емкости тяговой батарей 1У ЭАТ = 80 кВт - ч и запаса хода Ь Э _х при различных значениях удельного расхода энергии д Э с учетом ежегодной деградации ячеек аккумуляторов

Емкость тяговой батареи электромобиля, кВт*ч

Удельный расход энергии, кВт*ч/100 км:

Показанные на рисунках 3,4 и 5 графические зависимости целесообразно учитывать при составлении плана развития сети зарядных станций.

Результаты исследования и их обсуждение

Продолжительность среднего времени, в течение которого аккумуляторные КТМ с электроагрегатами будут находиться на зарядной станции, можно установить из выражения

^С П = ^С ОЖ + ^С ЗЭ , (5) где Сож — время ожидания постановки электромобиля на зарядку, т.е. временной интервал от момента прибытия на стоянку до подключения кабеля зарядной станции, мин.;

Сзэ — продолжительность времени процесса передачи электрической энергии в тяговые батареи машины от ЭЗС, мин.

На величину параметра Сож оказывают влияние следующие факторы: количество ЭЗС на стоянке и их мощность, возможность зарядного терминала к одновременной передачи энергии в тяговые батареи нескольким потребителям, способность поддерживать зарядку постоянным током, наличие свободных парковочных мест.

Если рассматривать сеть зарядных станций как систему массового обслуживания (СМО) автомобилей [6], то терминалы передачи энергии в тяговые батареи электромобилей переменного тока и мощностью до 22,0 кВт целесообразно рассматривать как с отказами в удовлетворении заявки на услугу зарядки. Это обусловлено тем, что продолжительность процесса заряда аккумулятора КТМ не может быть меньше 3 ч. Это достаточно продолжительное время, которое, вероятно, ни один собственник электромобиля проводить на стоянке в ожидании освобождения зарядного коннектора не будет и поспешит поискать свободную ЭЗС. Организовывать на стоянках несколько парковочных мест для ожидания клиентам около таких зарядных станций оправданно только в тех случаях, когда терминал конструктивно поддерживается возможность одновременной зарядки нескольких машин.

Зарядные станции постоянного тока ( DC ), обеспечивающие возможность передачи энергии в тяговую батарею, минуя конвертер электромобиля, в зависимости от мощности способны обслужить клиента за время от получаса до нескольких часов. Большинство собственников АТС с автономными электроагрегатами будут рассматривать такую продолжительность ожидания освобождения терминала зарядки как приемлемую. ЭЗС, обладающие мощностью свыше 22,0 кВт, можно отнести к СМО с ожиданием в обслуживании.

Зарядные станции, удовлетворяющие требованиями [7], должны иметь мощность не менее

149 кВт и способны заполнить электрической энергией тяговую батарею электромобиля на 80% от её номинальной емкости за время, не превышающее 50 мин. Именно эту продолжительность следует рассматривать в качестве максимально допустимого времени ожидания услуги.

В таблице 3 показаны расчетные значения времени передачи электрической энергии в тяговые батареи машины от ЭЗС различных типов и мощности.

Таблица 3 - Расчетные значения времени ( _ЗЭ передачи электрической энергии в тяговые батареи машины от ЭЗС различных типов и мощности

Тип ЭЗС	Тип коннектора ЭЗС	Ток	Мощность ЭЗС, кВт	Емкость тяговой батареи, кВт.ч			Емкость тяговой батареи, кВт.ч			■ * 5 а л g 5 я я я я я я ч g
				60	70	80	60	70	80
				(ЗЭ , ч			( зэ , мин.
Mode 1	Type 1	AC	3,5	17,14	20	22,86	1029	1200	1371	1
Mode 2	Type 1	AC	7,4	8,11	9,46	10,81	486	568	649	3
Mode 3	Type 2	AC	22,5	2,67	3,11	3,56	160	187	213	8
	Type 2	AC	43	1,4	1,63	1,86	84	98	112	15
	GB/T	AC	27,7	2,17	2,53	2,89	130	152	173	9
Mode 4
	CHAdeMO_v.1.1	DC	62,5	0,96	1,12	1,28	58	67	77	21
	CHAdeMO_v.1.2	DC	200	0,3	0,35	0,4	18	21	24	69
	CHAdeMO_v.2.0	DC	400	0,15	0,18	0,2	9	11	12	133
	CCS/CCS2	AC	7,4	8,11	9,46	10,81	486	568	649	3
	CCS	DC	200	0,3	0,35	0,4	18	21	24	69
	CCS2	DC	149	0,4	0,47	0,54	24	28	32	51
	CCS2	DC	350	0,17	0,2	0,23	10	12	14	120
	GB/T	DC	250	0,24	0,28	0,32	14	17	19	86
	Tesla	DC	250	0,24	0,28	0,32	14	17	19	86

ЭЗС, осуществляющие зарядку тяговых батарей постоянным током, мощностью свыше 149 кВт способны восполнить затраты электричества в КТМ менее чем за 30 мин. Зарядные терминалы мощность 350 кВт с коннекторами CCS2 дают возможность сократить время зарядки до 10 мин. и такая продолжительность немного превышает время полной заправки топливного бака обычного автомобиля с ДВС. Для автомобилистов указанные интервалы ожидания следует признать приемлемыми.

Данные таблицы 3 можно использовать для оценки суточной производительности зарядных станций различных типов. Очевидно, что медленные зарядные терминалы мощностью до 7,4 кВт при круглосуточной работе способны обслужить не более трех КТМ с электроприводом. Зарядные терминалы мощностью 22 кВт обеспечат передачу электрической энергии в тяговые батареи восьми электромобилей. ЭЗС постоянного тока имеют теоретически возможную суточную производительность не менее двадцати одного обслуживаемого электрокара.

На рисунке 6 показаны графики зависимостей среднего времени пребывания электромобиля во время зарядки тяговой батареи и максимальной суточной пропускной способности зарядных станций от их мощности. Анализируя представленные графические данные можно отметить то, что быстрые и супербыстрые зарядные терминалы имеют высокую пропускную способность и их целесообразно устанавливать на автомобильных дорогах и вблизи крупных торговых центров, поскольку дают возможность передать заряд в аккумулятор в течение 10…20 мин

Заключение

Разработана методика определения спроса на услуги по зарядке тяговых батарей КТМ с элек-троагрегами, учитывающая интенсивность эксплуатации АТ, а также среднюю емкость аккумуляторов, значение которой снижается в процессе эксплуатации под действием влияния колебаний температуры и физического износа её ячеек. На основании выполненных расчетов установлено, что для электромобилей, эксплуатирующихся в населенных пунктах Владимирской области, тре- буется не менее двух заявок на получение электрической энергии от зарядных станций в течение недели. В зимний период их число увеличивается на 30%.

полнено моделирование среднего времени пребывания АТ на пункте зарядки. Полученные графические зависимости позволяют оценить суточную производительность зарядных терминалов раз-

В соответствии с техническими характе- личной мощности.

Среднее время зарядки, мин га

—» * Максимальная суточная пропускная способность ЭЗС              co

Рисунок 6 – Графические зависимости среднего времени пребывания электромобиля на ЭЗС во время зарядки тяговой батареи и максимальной суточной пропускной способности зарядных станций от их мощности