Rychlonabíječe vozidel s elektrickým pohonem s alternativními zdroji napájení
16. 3. 2018 | Ing. Gric, Ing. Havelka, Ing. Novák l PEG s. r. o. | www.peg.cz
Dynamika nárůstu prodeje elektromobilů je v posledních několika letech velmi vysoká. Kromě ekonomiky provozu roste i oblíbenost elektromobilů, a to díky jejich jízdním vlastnostem, hlučnosti a také nízkým nákladům na údržbu a servis. Podmínkou pro další rozvoj elektromobility je rychlé vybudování infrastruktury pro dobíjení elektromobilů. Nedostatečný počet nabíjecích stanic, zvláště podél dálničních tahů a páteřních komunikací, je v České republice velkým problémem. Jedním z důvodů, na kterém budování nových nabíjecích stanic vázne, je nedostatečný volný příkon elektrické energie ve vybraných lokalitách. Tento problém částečně řeší nový rychlonabíječ firmy PEG – Nikola DC.
V současné době je poměrně velký (nikoliv však dostatečný) nárůst počtu AC nabíjecích stanic pro elektromobily v areálech veřejných parkovišť, obchodních center a také soukromých firem. Jsou to však především nabíječe s malým výkonem – do 22 kW, které nabíjejí střídavým proudem. Jde o nabíjení elektromobilů, které trvá delší dobu v řádu několika hodin. Při návštěvě obchodních center, supermarketů nebo při dlouhodobém parkování to není velký problém, řidič by stejně na daném místě delší dobu parkoval. Problém nastává, jestliže řidič potřebuje na své cestě vozidlo nabít v nejkratší možné době, tzn. využít maximální (mezní) nabíjecí výkon.
Zde přicházejí ke slovu rychlonabíječe, tzn. fastchargery nebo superchargery, které dokážou daný elektromobil nabít během několika málo desítek minut. Instalace takového nabíječe však vyžaduje poměrně velký příkon – 50 až 100 kW, což odpovídá vstupnímu střídavému jištění 85 A, popř. 160 A. Takto velký volný příkon však v mnoha zajímavých lokalitách k dispozici není a jeho vybudování je nákladově velmi náročné, v mnoha případech neřešitelné.
Obr. 1. Možnosti napájení rychlonabíječů Nikola
Na letošní veletrh Amper 2018 přichází firma PEG s. r. o. ve spolupráci s firmou QMX s. r. o. s řešením rychlonabíjecí stanice Nikola DC napájené z DC napájecí sítě. To je možné např. z bateriového úložiště, které je trvale nabíjeno nízkým výkonem, např. z přívodu jištěného třífázovým jističem 16 A. V případě, že přijede k nabíječi vůz, který je třeba nabít, je AC nabíjecí výkon doplněn energií z bateriového úložiště tak, aby mohl být elektromobil nabit co možná nejefektivněji a nejrychleji. Bateriové úložiště může být nabíjeno také z alternativních zdrojů energie, jako jsou fotovoltaické panely nebo MVE. Zajímavým řešením je napájení rychlonabíječe Nikola DC z elektrické trolejbusové nebo tramvajové trakce. To umožní instalovat rychlonabíječe ve městech poblíž trakčních měníren jednotlivých napájecích sekcí. Tuto vlastnost – napájení DC napětím, má rychlonarychlonabíječ díky své nestandardní koncepci silové části, která je popsána v následujících odstavcích.
Většina rychlonabíječů světových výrobců funguje na principu spínaných zdrojů, jež pracují v paralelním chodu. Tento systém neumožňuje bez nákladných úprav napájení z jiné napájecí sítě, než je střídavá. Rychlonabíječe Nikola, které byly představeny na loňském veletrhu Amper, pracují na jiném silovém principu (obr.).
Obr. 2. Výkonový blok rychlonabíječe Nikola
Jsou napájeny ze střídavé sítě přes třívinuťový transformátor a dvanáctipulzní usměrňovač. Tím je vytvořen silový stejnosměrný meziobvod. Výkonový výstupní tranzistor reguluje nabíjení v režimu pulzně šířkové modulace. Tento systém silové regulace umožňuje bez dodatečných úprav napájet výkonový obvod do silového meziobvodu přímo DC napájecím napětím např. z bateriového úložiště a nabíjecího nízkoenergetického zdroje nebo ze zdroje s alternativním napájením (FVE, MVE apod.). Tato možnost napájení rychlonabíječe nejenom značně rozšiřuje možnosti instalace rychlonabíječů, ale také zvyšuje účinnost nabíječe. Bez použití vstupního napájecího transformátoru se účinnost rychlonabíječe dostává nad hodnotu 98 %, což je při prodeji elektrické energie (nabíjení elektromobilů je pro provozovatele nabíjecí stanice de facto prodej elektrické energie) nezanedbatelná výhoda.
Tato možnost kombinovaného nabíjení nachází uplatnění nejenom v oblasti elektromobility. V současné době se dokončuje projekt elektrického pohonu letadla s názvem ΦNIX (Fínix). S tím souvisí i vybavení letišť kombinovanými rychlonabíječi, které budou schopny nabíjet nejen tato letadla s bateriovým elektropohonem, ale rovněž i elektromobily. Protože na všech letištích, zvláště těch malých, není k dispozici potřebný napájecí výkon, byl použit nabíječ s DC napájením, který se bude vyrábět pod produktovým označením ΦNIX-Nikola DC.
Závěr
Kombinovaný systém napájení rychlonabíječů značně zlepšuje možnosti instalace těchto zařízení na místech, která by z důvodu energetických možností jinak neumožňovala provozovat tyto zdroje. Nikola DC proto otevírá možnost pro dynamičtější růst infrastruktury nabíječů pro elektrovozidla a elektroletadla v naší zemi.
Autoři: Ing. Petr Gric, MBA, Ing. David Havelka, Ph.D., Ing. Pavel Novák
Vyšlo v časopise Elektro č. 3/2018 na straně 43.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.