Lygis 3 EV Įkroviklio maitinimo reikalavimai: išsamus planavimo vadovas

Esminis skirtumas yra trečioje eilutėje: 3 lygio įkrovikliai tvarko kintamosios srovės ir nuolatinės srovės konvertavimą. už transporto priemonės ribų, pačioje įkrovimo stotelėje. Šis išorinis konversijos būdas leidžia jiems tiesiogiai į akumuliatorių tiekti šimtus kilovatų. Tai taip pat paaiškina, kodėl energijos poreikiai yra visiškai kitokie. 2 lygio įkroviklis jungiamas prie infrastruktūros, kurią dauguma pastatų jau turi. 3 lygio įkrovikliui iš esmės reikia pastatyti nedidelę pastotę savo sklype.

Pagalvokite apie tai šitaip: 1 lygis yra sodo žarna, 2 lygis – buitinis vandentiekio vamzdynas, o 3 lygis – gaisrinis hidrantas. Klausimas ne tas, ar jums reikalingas tokio tūrio gaisrinis hidrantas. Klausimas, ar jūsų nuosavybė prijungta prie pakankamai didelio vandentiekio vamzdžio, kad jį būtų galima tiekti.

Pirmas klausimas – ar turite 480 V trifazį maitinimą?

Štai ir viskas. Prieš lygindami įkroviklių modelius, prieš skaičiuodami investicijų grąžą (ROI), prieš skambindami rangovui: ar jūsų objekte yra 480 voltų trifazė elektros linija?

Kodėl 480 V trifazis nėra derybų objektas

Fizika paprasta. 3 lygio įkroviklis į automobilio akumuliatorių turi tiekti nuo 50 iki 350 kilovatų nuolatinės srovės. Norint pagaminti tokį nuolatinės srovės kiekį iš kintamosios srovės tinklo, reikia proporcingo įvesties srovės kiekio, o kuo didesnė įtampa, tuo mažesnės srovės reikia tai pačiai galiai gauti.

Formulė: Galia (kW) = Įtampa (V) × Srovė (A) × √3 ÷ 1,000 (trijų fazių).

Įrašykite skaičius: 200 kW nuolatinės srovės greitintuvo (DCFC) stotis, veikianti 480 V trifazėje grandinėje, sunaudoja maždaug 240 amperų. Jei ta pati 200 kW galia būtų prijungta prie 240 V vienfazės grandinės, reikėtų daugiau nei 830 amperų. Tokiam srovės lygiui reikėtų šyninių laidininkų ir tokio dydžio tinklo, kokio paprastai neturi jokia komercinė valdžia. Trifazė maitinimas taip pat subalansuoja apkrovą tarp visų trijų laidininkų, užkirsdamas kelią vienos šakos perkaitimui, kuris vargintų didelės galios vienfazę instaliaciją.

Kiekvieno DCFC gamintojo duomenų lapas prasideda ta pačia eilute: „Įėjimas: 480Y / 277VAC, 3 fazės“. Tai nėra savavališkas pasirinkimas. Tai galios tankio reikalavimas, įtvirtintas elektrotechnikos įstatymuose.

O kas, jei turite tik 208 V trifazį?

Į šį klausimą neatsako joks SERP straipsnis. Būtent jis neleidžia komercinio nekilnojamojo turto savininkams užmigti naktimis.

Trumpas atsakymas: techniškai įmanoma, praktiškai mažai tikėtina. Kai kurie mažos galios DCFC įrenginiai (30 kW ir mažesnės) gali veikti 208 V trifazėje įrangoje, tačiau tai gerokai sumažina įkrovos sąnaudas. 30 kW įrenginys, esant 208 V įtampai, sunaudoja maždaug 83 amperus, palyginti su maždaug 36 amperais esant 480 V įtampai. Ši papildoma srovė reiškia didesnius laidininkus, didesnius jungiklius ir daugiau šilumos. O 30 kW įkroviklis yra vos vos greitesnis nei aukštos klasės 2 lygio įkroviklis.

Jei jūsų pastate yra 208 V įtampa ir rimtai svarstote apie nuolatinės srovės greitintuvą (DCFC), atnaujinimo kelias aiškus, bet brangus: specialus įtampos kėlimo transformatorius. Vien transformatoriui skirkite nuo 15 000 iki 50 000 USD, plius 4–8 mėnesiai pristatymui ir montavimui. Tai dažnai yra didžiausia DCFC projekto išlaidų eilutė. Daugiau apie tai skaitykite toliau pateiktame skyriuje apie komunalinių paslaugų koordinavimą.

Daugumoje 208 V stočių protingiau pradėti nuo 2 lygio įkroviklių, kad būtų galima patikrinti paklausą, o tada, montuojant, iškasti didelius vamzdžius, kad vėliau būtų galima ištraukti DCFC klasės kabelį nereikėtų kasti iš naujo.

3 lygio energijos poreikiai trumpai

Kiekviena toliau pateikta vertė paimta iš gamintojų duomenų lapų ir JAV Energetikos departamento Alternatyviųjų degalų duomenų centro (AFDC) diegimo duomenų bazės.

Įtampa ir fazė — elektros pagrindai

Dėl įvesties pusėjeŠiaurės Amerikoje standartas yra 480Y / 277 V kintamoji trifazė, o Europoje ir didžiojoje Azijos dalyje – 400 V kintamoji trifazė. Tai įtampa, tiekiama iš transformatoriaus į įkrovimo spintelę. Ant išvesties pusėĮkroviklis ištiesina kintamąją srovę į nuolatinę srovę ir tiekia nuo 200 iki 1,000 voltų nuolatinę srovę tiesiai į automobilio akumuliatorių, atitinkančią automobilio įtampą. Dauguma elektromobilių veikia 400 V sistemoje; naujesnėse didelio našumo platformose naudojama 800 V įtampa.

Tai, kad išvestis yra nuolatinė srovė, lemia 3 lygio greitį. Kadangi konversija vyksta įkrovimo stotelėje, o ne automobilyje, stotelėje gali būti naudojami pramoninio lygio lygintuvai ir aktyvus aušinimas, daug galingesni nei bet kuriame įmontuotame įkroviklyje. Stotelė valdo viso įkrovimo seanso, o ne transporto priemonės, terminį valdymą.

Srovės stipris ir srovė – kas rūpi jūsų elektrikui

Kai elektrikas klausia „kokio dydžio grandinės reikia?“, atsakymas visiškai priklauso nuo įkroviklio galios:

Dešiniajame stulpelyje esanti „125 % taisyklė“ nėra pasirenkama. Pagal Nacionalinio elektros kodekso (NEC) 625.42 straipsnį, EV įkrovimo įranga klasifikuojama kaip nuolatinė apkrovaJis gali veikti maksimalia srove tris valandas ar ilgiau. Visų laidininkų ir viršsrovės apsaugos matmenys turi būti 125 % vardinės plokštelės nominalios srovės. 60 amperų įkroviklis neturi 60 amperų jungiklio. Jis turi 80 amperų jungikli.

Dar vienas skirtumas, kuris suglumina pirmą kartą aprašančius asmenis: indėlis srovės ir produkcija Srovės skaičiai yra skirtingi. Įėjimo pusėje teka kintamoji srovė amperais, o išėjimo pusėje – nuolatinė srovė amperais. 350 kW nuolatinės srovės transformatorius gali tiekti 500 amperų nuolatinę srovę į transporto priemonę, o iš tinklo sunaudoti maždaug 420 amperų kintamąją srovę. Matuodami elektros infrastruktūros dydį, visada vadovaukitės gamintojo įrengimo vadove pateiktomis įvesties specifikacijomis.

Kilovatų įvertinimai pagal naudojimo atvejį

Tinkamo galios lygio pritaikymas jūsų verslo modeliui yra svarbesnis nei didžiausio įmanomo įkroviklio pirkimas. Štai kaip galia susiejama su realiomis taikymo sritimis:

• Mažmeninė prekyba ir patogumai (30–50 kW): Klientas, apsipirkęs 30–60 minučių, gali padidinti nuvažiuojamą atstumą 80–150 km. Pakanka maisto prekių parduotuvėms, vaistinėms ir prekybos centrų automobilių stovėjimo aikštelėms, kur apsistojimo laikas yra vidutinis.
• Greitkelių koridoriai ir transporto aikštės (150–250 kW): 15–30 minučių įkrovimo laikas atitinka poilsio pertrauką. Šios stotys yra tolimojo susisiekimo pagrindas. EV kelionių tinklas ir reikalauja didžiausio patikimumo.
• Parko depai (60–180 kW, daugiauosčiai): Autoparkai paprastai derina naktinį 2 lygio įkrovimą su dienos metu tarp pamainų atliekamu nuolatinės srovės įkrovimu (DCFC). Energijos poreikis priklauso nuo transporto priemonių apsisukimo langų. Jei jums reikia, kad mikroautobusas vėl važiuotų per 45 minutes, jums reikia bent 120 kW.
• Sunkiasvoriai sunkvežimiai ir autobusai (350–720 kW): Naujas megavatų įkrovimo sistemos (MCS) standartas viršys 1 MW. Šie įrenginiai yra artimesni komunalinių paslaugų įrangai nei automobilių stovėjimo aikštelių įkrovimo stotelės ir reikalauja specialios pastotės lygio infrastruktūros.

Svarbi pastaba: įkrovimo greitis gerokai sumažėja, kai akumuliatorius pasiekia maždaug 80 % įkrovos lygį – šis reiškinys vadinamas siaurėjantisTai ne įkroviklio defektas; tai akumuliatoriaus cheminės sudėties saugos apribojimas. Kai matote pranešimą „įkraunama iki 80 % per 20 minučių“, supraskite, kad likusiems 20 % įkrovimui gali prireikti dar 20–30 minučių. Realistiškai planuojant vietą, reikėtų daryti prielaidą, kad dauguma sesijų baigiasi esant 80 % įkrovimui.

NEC kodo reikalavimai nuolatinės srovės greitajam įkrovimui

Jei ankstesniuose skyriuose buvo aptarta, ko reikia jūsų įkrovikliui, šiame skyriuje aptariama, ką patikrins inspektorius. Jungtinėse Amerikos Valstijose visi EV Įkrovimo įrenginiams taikomas NFPA 70 (Nacionalinis elektros kodeksas), konkrečiai 625 straipsnis (Elektromobilių energijos perdavimo sistemos).

125 % nuolatinės apkrovos taisyklė (NEC 625.42)

NEC 625.42 teigia, kad EV įkrovimo apkrovos turi būti laikomos nuolatinėmis apkrovomisPraktiškai tai reiškia, kad kiekvienas laidininkas, viršsrovės įtaisas ir nutraukimas turi būti skirti bent 125 % įrangos maksimalios apkrovos.

Paimkime 50 kW nuolatinės srovės jungiklio (DCFC), kurio vardinė įvesties srovė yra 60 amperų esant 480 V įtampai, atveju. Pagal 125 % taisyklę: 60 × 1.25 = 75 amperai. Kadangi jungikliai būna standartinių dydžių, apvalinama iki 80 amperų. Laidininkams 80 amperų jungikliui su variniu THHN vamzdeliu (skirtu 75 °C temperatūrai pagal NEC 310.16) reikia #4 AWG laido. Tačiau jei naudojate NM kabelį („Romex“), kurio dydis turi būti parinktas pagal 60 °C temperatūrą pagal NEC 334.80, jums reikės #3 AWG laido. Šis vienas kabelio tipo sprendimas gerokai pakeičia medžiagų kainą. Tai detalė, kurios daugelis pirmą kartą DCFC montuotojų nepastebi.

Dar vienas niuansas: apkrovos skaičiavimas turėtų būti naudojamas indėlis galia, o ne išėjimo galia. 50 kW nuolatinės srovės išėjimo įkroviklis, kurio konversijos efektyvumas yra 95 %, iš kintamosios srovės pusės iš tikrųjų sunaudoja apie 52.6 kW. Tas 2.6 kW skirtumas yra svarbus, kai ir taip ribota skydelio talpa.

Apkrovos skaičiavimai – kodėl negalima taikyti paklausos koeficientų

Pagal NEC 2023 buvo pridėtas naujas skyrius (220.57), skirtas specialiai EVSE: apskaičiuota apkrova yra vardinė vertė arba 7 200 vatų vienam įkrovikliui, atsižvelgiant į tai, kuri vertė didesnė. 220.53 skyrius, leidžiantis 75 % apkrovos koeficientą keturiems ar daugiau stacionarių prietaisų, aiškiai atmeta EV įkrovimo įranga (5) pastraipoje. Štai čia NEC tampa brangi.

Kodėl taip griežtai elgiamasi? Kitaip nei buitinių prietaisų atveju, kai pagrįstai galima manyti, kad orkaitė, džiovyklė ir vandens šildytuvas neveiks visu galingumu vienu metu, komercinė DCFC vieta yra specialiai sukurta vienalaikiam naudojimui. Toks yra verslo modelis. NEC daro prielaidą, kad kiekvienas įkroviklis gali veikti visu galingumu vienu metu, nes gerai apgyvendintoje vietoje jie tai padarys.

Patyrę projektuotojai kartais taiko konkrečiai vietai būdingus įvairovės koeficientus, pagrįstus faktiniais naudojimo modeliais. Mažmeninės prekybos vietoje, kurioje yra keturios 150 kW įkrovos stotelės, sutapimo koeficientas gali būti 0.6–0.8; greitkelio vietoje jis gali būti artimesnis 0.8–1.0. Tačiau šioms prielaidoms reikalingas licencijuoto inžinieriaus antspaudas. Pats NEC nesiūlo jokių išimčių.

EMS išimtis, kurios dauguma svetainių savininkų nepastebi

Yra vienas teisėtas būdas sumažinti apskaičiuotą apkrovą neperkraunant elektros tiekimo sistemos: energijos valdymo sistema (EVS).

NEC 625.42(A) leidžia nustatyti tiekėjų ir linijų galią pagal EMS ribojamą maksimalią galią, o ne pagal visų įkroviklių vardinių plokštelių sumą, jei EMS atitinka UL 750.30 standartus ir ribos nustatymui reikalinga ribota prieiga (įrankiais reikalingas skydelis, slaptažodis arba užšifruota programinė įranga). Paprastai tariant: jei įdiegsite sertifikuotą valdiklį, kuris automatiškai riboja bendrą įkroviklio galią, kad ji neviršytų iš anksto nustatytų ribų, jūsų elektros infrastruktūros galia gali būti nustatyta pagal tas ribas, o ne pagal teorinį vienalaikį maksimumą.

Pavyzdys: vieta, kurioje esama skirstomoji įranga turi 300 amperų laisvą galią, pagal įprastą NEC skaičiavimą, galėtų sutalpinti maždaug vieną 120 kW nuolatinės srovės įkroviklį (144 amperai × 1.25 = 180 amperų, ​​paliekant vietos pastato apkrovoms). Naudojant EMS, toje pačioje vietoje būtų galima įrengti tris 120 kW įkroviklius, nes EMS užtikrina, kad bendra galia niekada neviršytų 300 amperų ribos, dinamiškai mažindama atskirų įkroviklių sroves.

Praktiškai dauguma rangovų taiko 125 % taisyklę net ir tada, kai yra įrengta EMS. Tai paprasčiau, reikalauja mažiau koordinavimo su įrangos gamintoju ir praeina patikrinimą be diskusijų. Tačiau objektuose, kuriuose riboti pajėgumai, EMS nuostata gali lemti skirtumą tarp „projekto įgyvendinamumo“ ir „projekto žlugimo dėl transformatoriaus atnaujinimo išlaidų“.

Nuoroda: NEC 625 straipsnio tekstas prieinamas per nemokamą NFPA internetinę peržiūros programą adresu nfpa.org/625.

Paslėpta laiko juosta – komunalinių paslaugų koordinavimas

Jei iš šio vadovo atkreipsite dėmesį į vieną dalyką, tai į štai ką: ilgiausiai DCFC projekte įvykdomas įkroviklis beveik niekada nebūna. Tai yra elektros transformatorius.

DCFC įkrovikliai yra pagamintos prekės, kurių standartinis gamybos laikas yra nuo savaičių iki kelių mėnesių. Komunalinė infrastruktūra atitinka viešųjų darbų grafiką. Štai realūs gamybos laikai:

• Standartinis ant stulpo montuojamas transformatorius: 4–8 mėnesiai nuo panaudojimo iki energijos tiekimo
• Didelis ant pado montuojamas transformatorius (įprastas 350 kW+ objektams): 8–14 mėn
• Individualus arba didelės talpos transformatorius: 12–18 mėnesius ar ilgiau
• Tiektuvo relaidavimas tankiai apgyvendintose miesto teritorijose: iki 2 metų

Infrastruktūros išlaidų suskirstymas

3 lygio įkroviklio pirkimo kaina yra tik matoma daug didesnio kainų ledkalnio viršūnė. Štai visas vaizdas, pagrįstas JAV Energetikos departamento AFDC įrengimo duomenimis ir gamintojų skaičiavimais nuo 2025 m.:

2024 m. vidutinė pramonės šakos DCFC prievado įrengimo kaina buvo apie 80 000 USD. Šis diapazonas yra didžiulis, nes dominuoja trys kintamieji: (1) atstumas tarp jūsų elektros patalpos ir įkrovimo vietos (kiekviena tranšėjos pėda, viršijanti 100 pėdų (apie 30 metrų), prideda 50–150 USD kabelių ir vamzdžių išlaidų); (2) esama jūsų objekto elektros energijos tiekimo galia (jei jūsų transformatorius turi laisvų galių, elektros infrastruktūros linija gali kainuoti 20 000 USD; jei neturi, tai gali kainuoti 200 000 USD); (3) vietos darbas ir leidimų gavimas (tas pats DCFC įrengimas Niujorke gali kainuoti tris kartus daugiau nei Teksaso priemiestyje).

Paklausos mokesčio staigmena – ir kodėl svarbu laikyti akumuliatorių

3 lygio įkrovimui yra paslėptas energijos poreikis, kuris nenurodytas jokiuose įkroviklių duomenų lapuose: mokesčiai už įkrovimą įtraukiami į jūsų komunalinių paslaugų sąskaitą.

Dauguma komercinių elektros energijos tarifų yra suskirstyti į dvi dalis: energijos mokesčius (¢/kWh, kiek iš tikrųjų suvartojote) ir paklausos mokesčius ($/kW, jūsų didžiausias suvartojimas). momentinis (elektros energijos suvartojimas atsiskaitymo laikotarpiu, paprastai matuojamas 15 minučių intervalais). Mokesčiai už paklausą taikomi todėl, kad komunalinių paslaugų įmonė turi sukurti infrastruktūrą, kad aptarnautų jūsų piką, net jei tas pikas trunka tik 15 minučių per mėnesį.

DCFC stotelė yra tikra paklausos ir įkrovimo katastrofa, laukianti, kol įvyks. Kai tik transporto priemonė prijungiama prie įkrovimo stotelės ir įkroviklio galia padidėja nuo 0 iki 150 kW, tie 150 kW tampa jūsų mėnesio didžiausia paklausa. Teritorijoje, kurioje paklausos tarifas yra 20 USD/kW, kaip įprasta Kalifornijos „PG&E“, viena 150 kW įkrovimo sesija generuoja 3,000 USD mėnesinį paklausos mokestį. Jei parduodate tą pačią elektrą už 0.35 USD/kWh, sesija generavo apie 26 USD energijos pajamų, o paklausos bauda buvo 3,000 USD. Viena sesija, vienas mėnuo, raudonas rašalas.

Čia yra akumuliatoriaus energijos kaupimo vieta (BESS) keičia ekonomiką. Šalia įkroviklių įrengta 200 kWh ličio geležies fosfato (LFP) baterija įkrovimo seansų metu gali išsikrauti ir tiekti maksimalią galią, o tinklo jungtis turi užtikrinti tik vidutinę bazinę apkrovą. Vietoj 150 kW šuolio komunalinių paslaugų įmonė mato nuolatinį 50 kW suvartojimą, todėl mėnesinis mokestis už paklausą sumažėja nuo 3 000 USD iki 1 000 USD. BESS Nors sistemos kaina 200 kWh įrenginiui yra maždaug 60 000–90 000 USD, vien tik sutaupytos lėšos pagal poreikį atsiperka per 2.5–4 metus. Vėliau sutaupytos lėšos iš karto atitenka pelnui.

Paprasčiausias būdas tai padaryti – įsigyti įkroviklį ir akumuliatorių iš to paties gamintojo. Tai panaikina integracijos problemas ir reiškia, kad vienas palaikymo numeris apima visą sistemą. Įmonės, siūlančios tiek nuolatinės srovės greituosius įkroviklius (nuo 30 kW sieninių įrenginių iki 600 kW skysčiu aušinamų sistemų), tiek komercinius... BESS (100 kW/230 kWh skysčiu aušinamas, su trijų sluoksnių apsauga nuo ugnies ir 90 % iškrovimo gyliu) iliustruoja, kaip įkrovimo ir kaupimo ekosistema bręsta į vieno tiekėjo kategoriją. BENYkomercinės akumuliatorinės energijos kaupimo sistemos yra vienas iš šio integruoto požiūrio pavyzdžių.

Išvada: jei vertinate nuolatinės srovės elektros energijos tiekimo punktą (DCFC), į savo kontrolinį sąrašą įtraukite punktą „paprašykite komercinės elektros energijos tarifų lapo iš savo komunalinių paslaugų įmonės“. prieš pasirašant įkroviklio pirkimo užsakymą. Pagal poreikį mokama eilutė gali nulemti, ar jūsų projektas yra finansiškai perspektyvus ir ar jums reikia akumuliatoriaus.

Praktinis dydžių parinkimas – realaus pasaulio pavyzdys

Apžvelkime išsamų dydžio nustatymo pratimą įprastam scenarijui: maža mažmeninės prekybos vieta nori įrengti vieną 120 kW nuolatinės srovės greitintuvą, kad pritrauktų elektromobilius vairuojančius klientus.

1 veiksmas: Vietos sąlygos. Esama elektros sistema: 800 amperų, ​​480 Y / 277 V trifazis skydas. Srovės didžiausia išmatuota apkrova: 450 amperų (remiantis 30 dienų apkrovos tyrimu). Galimas rezervinis pajėgumas: 800 × 0.8 (nuolatinis apkrovos mažinimas) = ​​640 amperų. Laisva galia: 640 − 450 = 190 amperų.

2 veiksmas: įkroviklio poreikis. 120 kW išėjimo galia esant 95 % efektyvumui = 126.3 kW įvesties galia. Įėjimo srovė: 126 300 ÷ (480 × √3 × 0.95 PF) ≈ 160 amperų. Nuolatinės apkrovos dydžio nustatymas: 160 × 1.25 = 200 amperų → pasirinkite 200 amperų automatinį jungiklį.

3 veiksmas: įgyvendinamumo patikrinimas. 190 amperų laisva galia, palyginti su 200 amperų reikalavimu. Tai yra ribinė vertė. Tai tinka tik tuo atveju, jei apkrovos tyrime nurodyta 450 amperų maksimali srovė iš tikrųjų yra blogiausias scenarijus ir neplanuojamas joks būsimas apkrovos augimas. Realiai šiai vietai reikia atnaujinti skydą, jei norima išplėsti galią.

4 veiksmas: laidininko dydžio nustatymas. 200 amperų jungiklis, THHN varis vamzdyje, 75 °C stulpelis → #3/0 AWG pagal NEC 310.16. 80 pėdų ilgio atkarpoje nuo skydelio iki įkrovimo vietos įtampos kritimas esant pilnai apkrovai yra maždaug 1.1 %, o tai gerokai viršija NEC rekomenduojamą 3 % maksimalią įtampą tiektuvams.

5 veiksmas: sąmatos sudarymas. Įkroviklio įranga (45 000 USD) + elektros infrastruktūra (25 000–40 000 USD už skydų modifikacijas, vamzdžius ir laidus) + civiliniai darbai (15 000 USD už tranšėjų kasimą ir aikštelę) + projektavimas / leidimų gavimas (15 % = ~13 000 USD). Iš viso: 98 000–113 000 USD, sumontuota.

Verdiktas: Techniškai įmanoma, bet sudėtinga. Jei šioje prekybos centre per penkerius metus planuojama įrengti antrą įkroviklį arba didelę naujų nuomininkų apkrovą, atnaujinti paslaugą iki 1,200 amperų dabar yra pigiau nei atlikti du atskirus atnaujinimus.

2 ir 3 lygiai – kurio jums iš tikrųjų reikia?

Po visko, ką aptarėme, naudingiausias klausimas yra pats paprasčiausias: kiek laiko jūsų vartotojai pasilieka?

Vis daugiau komercinių vietų naudoja mišrų išdėstymą: keturis 2 lygio prievadus visą dieną dirbantiems parkuotojams ir du 3 lygio prievadus greitai apsisuksiantiems lankytojams. Gaunate abu privalumus, neperstatydami.