Złącza dla elektromobilności - charakterystyka najpopularniejszych typów złączy AC oraz DC
| TechnikaKrytycznym czynnikiem dla dalszego rozwoju elektromobilności jest rozbudowa oraz ewolucja infrastruktury, w tym przede wszystkim stacji ładujących. Z zagadnieniem ładowania związany jest zaś temat standaryzacji złączy wykorzystywanych w tego typu systemach. Warto zapoznać się z podstawowymi pojęciami z tego zakresu, jak również przyjrzeć się najpopularniejszym rodzajom złączy wykorzystywanym w różnych regionach globu.
Branża elektromobilności nie wypracowała dotychczas jednolitego standardu w zakresie złączy służących do ładowania akumulatorów pojazdów. W powszechnym użyciu spotkać można kilka różnych rodzajów konektorów, z reguły cieszących się popularnością w określonych obszarach geograficznych (rys. 1).
Ładowanie AC oraz DC
Stacje ładujące mogą różnić się nie tylko rodzajem złącza, lecz także sposobem ładowania – wyróżnić można ładowarki AC oraz DC (rys. 2). Bez względu na rodzaj ładowania, dla prawidłowego przebiegu procesu konieczne jest dostarczenie na wejście baterii akumulatorów pojazdu sygnału stałoprądowego (DC). Różnica polega na tym, że podczas ładowania zmiennoprądowego (AC) energia elektryczna dostarczana do gniazda ładowania w formie sygnału AC przetwarzana jest na sygnał DC przez wewnętrzne obwody pojazdu. W przypadku ładowania DC konwersja AC- DC odbywa się wewnątrz stacji ładującej – obejście układów konwersji wewnątrz pojazdu pozwala na uzyskanie wyższej mocy sygnału ładującego, a zatem na skrócenie czasu ładowania. Z tego powodu do tzw. szybkiego ładowania wykorzystuje się właśnie złącze DC.
Rodzaje stacji ładujących
Infrastruktura dla pojazdów elektrycznych składa się ze stacji ładujących różnego poziomu (od 1 do 3), zaszeregowanych ze względu na dostępną moc i, co za tym idzie, szybkość ładowania.
Poziom 1 (wolne ładowanie). Ładowarki poziomu pierwszego spotykane są głównie w warunkach domowych. To urządzenia zapewniające moc wyjściową rzędu 1–4 kW, które mogą być bezpośrednio podłączone do dowolnego gniazdka domowej instalacji elektrycznej. Charakteryzują się najniższym kosztem oraz prostotą użycia, ich wadą jest jednak długi czas ładowania pojazdu. Czas ładowania baterii EV do pełna za pomocą ładowarki "1" wynosi zwykle od 8 do 12 godzin.
Poziom 2 (szybkie ładowanie). Ładowarki poziomu drugiego oferują moc wyjściową rzędu 7–22 kW, z reguły wymagają natomiast zasilania sygnałem trójfazowym. Stacje tego typu spotykane są powszechnie w miejscach publicznych oraz instalacjach domowych. Czas pełnego ładowania za pomocą tego typu urządzenia wynosi około 4 do 6 godzin.
Poziom 3 (bardzo szybkie ładowanie DC). Ładowarki poziomu trzeciego to obecnie najbardziej zaawansowane i najszybsze ładowarki dostępne na rynku. Charakteryzują się mocą wyjściową rzędu 50–350 kW, a spotkać je można głównie w miejscach o dużym natężeniu ruchu, jak np. autostrady. Są to ładowarki stałoprądowe, typowy czas ładowania pojazdu za ich pomocą wynosi od 15 do 60 minut.
Złącze typu 2
Złącze typu 2 (określane również jako złącze Mennekes) pełni de facto funkcję standardu na obszarze Europy. Złącze to składa się z 7 pinów i jest w stanie przenieść moc 22 kW. Maksymalne natężenie prądu ładowania to 32 A w przypadku zasilania sygnałem trójfazowym. Złącze to spotkać można w stacjach ładowania AC typu 1 oraz 2. Wyposażone jest w rozmieszczone po bokach zaciski, co pozwala zabezpieczyć złącze w gnieździe podczas ładowania i chroni przed przypadkowym zerwaniem połączenia. Dodatkowo ma diodę LED sygnalizującą trwanie procesu ładowania oraz przycisk awaryjnego zatrzymania, która umożliwia natychmiastowe przerwanie procesu ładowania w sytuacji niebezpiecznej. Wbudowany w złącze czujnik temperatury pozwala na odcięcie zasilania w przypadku detekcji przegrzania się systemu.
Złącze typu 1
Złącze typu 1, znane również jako J Plug lub konektor SAE J1772, jest powszechnie wykorzystywane na obszarze Ameryki Północnej oraz Japonii. W zasadzie każdy pojazd wyprodukowany na te rynki (poza Teslą) wyposażony jest w tego typu gniazdo ładowania. Tesla ma własny standard ładowania, istnieją jednak adaptery pozwalające na podłączenie tych pojazdów do stacji wyposażonych w złącze typu 1.
Złącze typu 1 spotkać można w ładowarkach AC poziomu 1 oraz 2. Zapewnia moc wyjściową do 19,2 kW, przy maksymalnym natężeniu prądu ładowania rzędu 80 A. Do wad tego typu złączy zaliczyć można brak możliwości zasilania sygnałem trójfazowym a także brak automatycznego mechanizmu zatrzaskującego złącze w gnieździe.
Złącze CCS 1
Złącze CCS typu pierwszego (Combined Charging System) to połączenie złącza AC typu 1 z dwoma dodatkowymi pinami przeznaczonymi do szybkiego ładowania DC. CCS 1 pełni funkcję standardowego złącza do bardzo szybkiego ładowania DC na obszarze Ameryki Północnej. Maksymalna moc wyjściowa to 360 kW przy maksymalnym natężeniu prądu ładowania sięgającym 500 A.
Złącze CCS 2
Podobnie jak w przypadku CCS 1, złącze CCS typu drugiego to połączenie złącza AC typu 2 z dwoma dodatkowymi pinami przeznaczonymi do szybkiego ładowania DC, pełniące funkcję standardu szybkiego ładowania DC na terenie Europy. Złącze CCS 2 ma te same parametry elektryczne co CCS 1 – moc wyjściowa rzędu 500 kW oraz maksymalne natężenie prądu ładowania na poziomie 500 A.
Złącze CHAdeMO
Złącze CHAdeMO to standard opracowany w Japonii na potrzeby szybkich ładowarek DC, który powstał jeszcze przed pojawieniem się na rynku złączy typu CCS. Pozwala na ładowanie pojazdu prądem o natężeniu 400 A, przy mocy 400 kW. Obecnie tego typu komponenty spotkać można w stacjach ładujących DC na terenie Japonii, jak również w pojazdach produkowanych na ten rynek. Jedną z wad tego systemu jest brak kompatybilności z jakimkolwiek systemem ładowania AC – w przeciwieństwie do złączy typu CCS, w przypadku CHAdeMO konieczne jest wyposażenie pojazdu w dwa osobne gniazda, jedno przeznaczone do ładowania AC, zaś drugie do ładowania DC.
Złącze GB/T
Na rynku chińskim spotkać można przede wszystkim złącza GB/T, obecne w dwóch odmianach – złącze GB/T AC do ładowarek AC oraz GB/T DC do ładowarek DC. W przypadku GB/T AC maksymalna moc ładowania to 7,4 kW, zaś w przypadku GB/T DC jest to 237,5 kW. Trwają obecnie prace nad kolejną generacja GB/T DC, co ma pozwolić na osiągnięcie mocy ładowania rzędu 900 kW.
Podsumowanie
W obszarze stacji oraz złączy ładowania pojazdów elektrycznych brak jest powszechnej standaryzacji przez co na rynku znaleźć można kilka różnych rodzajów konektorów. Różnią się one układem pinów, charakterystykami elektrycznymi (maksymalne natężenie prądu oraz moc ładowania) oraz technologią ładowania (AC lub DC). Poszczególne standardy nie są z reguły wzajemnie kompatybilne, na rynku z reguły dostępne są jednak adaptery pozwalające na uzyskanie kompatybilności.
Damian Tomaszewski
