Тема электромобилей и зарядных станций — одна из моих любимых, интересуюсь ей давно и сейчас в связи с началом активного внедрения электротранспорта, получается практически участвовать в различных проектах по разработке зарядной инфраструктуры. В предыдущем обзоре (ссылка в конце публикации) были представлены основные стандарты электрозарядных станций переменного (АС) и постоянного (DC) тока и основы построения инфраструктуры для групповой зарядки. Тема заинтересовала читателей и потенциальных производителей таких станций. При этом большинство вопросов относилось к тому, как создать отдельную зарядную станцию. При этом большинство потенциальных производителей электрозарядных станций ранее не создавали такие станции и поэтому вопросов достаточно много.
В этом обзоре в сжатой форме постараюсь рассказать об основных компонентах для построения зарядной станции и представлением базовой спецификации для практической реализации. Пока не будем затрагивать мифологию, которая сложилась вокруг электромобилей и систем зарядки для них, это тема отдельного обзора. Однозначно буду признателен за вопросы в комментариях по теме электрозарядной инфраструктуры и электромобилей.
Самое главное и важное правило при создания зарядной станции — защита человека от поражения электрическим током при использовании зарядной станции!
Всем кто будет разрабатывать и производить зарядные станции, пожалуйста, распечатайте эту надпись самым крупным шрифтом и обязательно при всех действиях соблюдайте это правило.
Кратко основные стандарты электрозарядных станций
Стандартов действительно несколько и делятся они на две большие группы — зарядка переменным и постоянным током.
Здесь нужно отметить, что аккумуляторные батареи всегда заряжаются постоянным током и поэтому зарядка постоянным током предпочтительнее, чем переменным. Хотя зарядные станции переменного тока весьма просты в изготовлении и гораздо дешевле, но они не могут обеспечить электромобиль быстрой и комфортной зарядкой при росте ёмкости батарей. Почему так происходит рассмотрим в отдельной статье
Современный электромобиль и возможности его заряда
Компоненты для создания зарядной станции.
Компоненты автоматизации SIMATIC
- Контроллер зарядной станции: SIMATIC ET 200SP Open Controller + ECC TM Свободно программируемые приложения.
- SIMATIC Energy Meter для стандартного технического энергоучёта.
- SIMATIC Energy Suite для балансировки нагрузки.
- SIMATIC HMI внешняя панель оператора.
- SIMATIC RFID считыватель.
- SIMATIC SITOP блоки питания.
Компоненты от Siemens
- Трансформаторы.
- Выпрямители (АС/DC) и преобразователи (DC/DC).
- PN/CAN шлюз для CHAdeMO.
- Реле, контакторы, защитные аппараты.
- Ethernet коммутаторы.
Прочие компоненты
- Корпуса, электрошкафы.
- Специальные зарядные кабели, розетки, штекера.
- Внешнее оборудование для калибровки AC/DC оборудования.
Зарядная станция на основе SIMATIC общая концепция
Основная часть зарядной станции, её мозг — это программный контроллер SIMATIC.
Почему программный контроллер?
Тут всё логично, для зарядной станции необходим не только полный, непрерывный и независимый контроль процесса заряда, что может обеспечить программный контроллер SIMATIC c мощным гипервизором от SIEMENS, но и совмещение этих функций с возможностью использовать сторонние приложения (например, на C#/++) для построения бэкэнд коммуникации, например, для биллинга, идентификации пользователей, взаимодействия с другими системами.
Почему использование децентрализованных решений на основе SIMATIC ET200SP?
Это весьма комфортное и удобное решение, позволяющее создавать простые конфигурируемые решения с очень высокой степенью модульности с минимальными затратами на программирование и масштабирование и минимумом коммуникаций.
Технологические модули для зарядных систем электромобилей ТМ ECC
TM ECC используются совместно с SIMATIC ET200SP обеспечивает соответствие всем стандартам процесса заряда
Существуют два основных модуля для контроля зарядки
TM ECC 2 x PWM 6FE1242-6TM10-0BB1.
TM ECC 2 x PWM для зарядки переменным током 6FE1242-6TM10-0BB1.
Управление 2 точками заряда AC , мощность: 11/22 кВт (макс. 43 кВт).
SIMATIC ET 200SP TM ECC PL ST 6FE1242-6TM20-0BB1.
И SIMATIC ET 200SP TM ECC PL ST для зарядки постоянным током 6FE1242-6TM20-0BB1.
Управление 1 точкой заряда DC, мощность: 50кВт, 120кВт и более в зависимости от системы заряда.
SIMATIC HMI
Высокозащищенные панели оператора уличного исполнения, позволяют использование при естественном дневном освещении с рабочим диапазоном температур от -30 до +60°C
Сетевые коммутаторы Industrial Ethernet
Широкий выбор промышленных Ethernet сетевых коммутаторов с диапазоном темп. от -30 до 60°C и защитой от IP20 до IP67 как в обычном исполнении, так и в исполнении SIPLUS Extreme.
SIMATIC RF 1060R
- Поддержка стандартов ISO 15693 и ISO 14443 A/B (MIFARE)
- DLL для подключения к компьютерам с Windows
- Полная совместимость с PM LOGON Basic иPremium
- Компактная конструкция малой толщины и гибким кабелем с подключением к USB
- 3-х цветная индикация спереди
- Высокая степень защиты (IP65 спереди) и расширенный температурный диапазон (от -25°до+55°C)
SIMATIC ET 200SP Energy Meter
Запись всех необходимых измерений Величины: U, I, f, S, Q, P, Cos φ, φ, E. Сохранение журнала зарядки.
Важно! Предназначены для измерения переменного тока.
SIMATIC PN/CAN LINK
Шлюз для подключения через Profinet к инфраструктуре CAN, настройка в TIA Portal, дизайн в стиле SIMATIC S7-1200.
Есть различные варианты:
- PN/CAN LINK
- PN/BACnet LINK
- PN/M-Bus LINK
- PN/J1939 LINK (CAN-based)
SINAMICS DCP
SINAMICS DCP
SINAMICS DCP — специальный двунаправленный преобразователь постоянного тока DC/DC с понижением и повышением напряжения. Предназначен для систем резервного питания с аккумуляторами, систем альтернативной энергетики (например, солнечных электростанций) и систем заряда электромобилей.
Основные характеристики
- 6RP0010-1AA32-0AA0 — 120 кВт, 200 A при 600 В, изменение напряжения от 30В DC- 800В DC
- 6RP0000-0AA25-0AA0 — 30 кВт, 50 A при 600 В, изменение напряжения от 30В DC- 800В DC
Базовая архитектура DC зарядной станции
Представленная базовая архитектура DC зарядной станции показывает структуру основных компонентов и их базовые взаимосвязи для зарядной станции. Здесь необходимо отметить, что зарядная станция может иметь различные дополнения и функциональность, поэтому структура может быть расширена и дополнена, различными другими компонентами.
Спецификация для зарядной станции на 240 кВт
Эта спецификация является одним из вариантов, представленным в качестве примера. В спецификации не указано коммуникационное оборудование для валидации и идентификации, а также беспроводной коммуникации с облачными приложениями биллинга
Спецификация коммутационного оборудования
Спецификация системы управления на основе программного контроллера SIMATIC и ET200SP + коммуникация
Спецификация силовой составляющей
Важно! В силовой части в качестве выпрямителей представлены промышленные блоки питания 600В SINAMICS ALM и 7 модулей DCP, модули DCP могут работать на нагрузку параллельно, можно подключать на необходимую мощность. Сразу отвечу на вопрос, почему на станцию номинальной мощности 240 кВт предлагается 7-мы блоков DCP по 120 кВт каждый. Причина в том, что это спецификация премиум станции с очень большими возможностями по силовой части, которая работает на выходное напряжение до 920 Вольт (например если SuperCharger как у Тесла делать нужно). А при повышении напряжения выходная мощность блока падает, например, при напряжении 1000 Вольт выходная мощность будет равна нулю.
Соответственно, если проектируется станция на 600 Вольт выходного напряжения, то можно ставить и меньше блоков DCP. Как крайний вариант, можно обойтись только выпрямителем без блоков DCP.
Также нужно отметить, что силовая часть, самая дорогая и тяжёлая, по весу, часть зарядной станции. Например, каждый модуль DCP 120 кВт весит около 100 кг. В принципе мощные силовые устройства всегда дороги и много весят. В примере спецификации силовой составляющей представлен достаточно дорогой но высокофункциональный вариант с учётом использования, например, пиковых аккумуляторов. Поэтому именно силовая часть — основа для интересных решений и оптимизации стоимости зарядной станции.
Распределение стоимости в зарядной станции.
По понятным причинам у меня нет возможности представить цену компонентов и стоимость зарядной станции, но если использовать базовые доступные цены без учёта скидок и стоимости оболочки (электрошкафа), зарядного кабеля (а это весьма дорогой кабель, причем на мощности около 100 кВт и выше — требуется кабель с жидкостным охлаждением), разъемов.
То распределение стоимости в некотором приближении будет следующее:
- Низковольтная коммутация — 12%.
- Система управления (PLC+ ET200SP компоненты + внутренняя коммуникация) -10%.
- Силовая часть — 78%.
Концептуальная основа для калибровки и сертификации для коммерческого учета
Концепция калибровки в принципе проста, но отметим, что сертификация конкретной станции делается при необходимости и существуют другие варианты.
Источник: https://habr.com/ru/post/660421/
🔗 Делаем зарядную станцию для электромобилей из доступных промышленных компонентов