Американські Tesla, Ford Mustang Mach-E, Chevrolet Bolt та інші електромобілі часто мають досить потужні бортові зарядні пристрої, але в українському приватному будинку використати їхню максимальну AC-потужність виходить не завжди. Адже американські машини розраховані на потужне однофазне живлення, тоді як у нас велика доступна потужність часто розподілена між трьома фазами.
На цю особливість звернули увагу фахівці Voltmaster. Проблема особливо актуальна для власників американських електромобілів, які заряджаються вдома і мають трифазне введення, сонячну електростанцію або потужний гібридний інвертор.
Загальної потужності в будинку начебто достатньо, але автомобіль може бачити лише одну фазу і тому брати значно менше, ніж дозволяє його штатний зарядний модуль.
У США домашня мережа побудована інакше, ніж звична українська трифазна система. Для потужних споживачів американські будинки використовують 240 В, а домашні зарядні пристрої для електромобілів зазвичай працюють саме в однофазному режимі.
Наприклад, американський Tesla Wall Connector розрахований на 200-240 В змінного струму та може віддавати до 48 А по одній фазі. Це відповідає потужності приблизно 11 кВт. Ford для Mustang Mach-E також заявляв AC-заряджання до 10,5 кВт із можливістю приймати до 48 А. Тобто для таких автомобілів однофазні 9-11 кВт удома є цілком нормальним режимом.
В українському будинку ситуація може виглядати інакше. Навіть якщо заведено три фази і сумарної потужності вистачає, на одну фазу може припадати лише 25 або 32 А.
За напруги близько 230 В це приблизно 5,8 кВт при 25 А або 7,4 кВт при 32 А. Якщо ж автомобіль здатний приймати 40 А, йому для повного використання бортової зарядки потрібно вже близько 9,2 кВт з однієї фази.
Саме тут і виникає парадокс. Власник може мати трифазне підключення на 15, 20 або навіть більше кіловатів, але американський електромобіль не обов'язково вміє скласти потужність усіх трьох фаз під час AC-заряджання.
Європейські електромобілі нерідко використовують трифазний бортовий зарядний пристрій на 11 кВт, який умовно бере по 16 А з кожної фази. Для американської версії тієї самої або схожої машини типовішою може бути потужна однофазна схема.
Тому європейський електромобіль здатний отримати свої 11 кВт із трифазної мережі без особливих хитрощів, тоді як американський може впертися в обмеження конкретної фази.
Саме відмінності між зарядними стандартами різних ринків уже не раз створювали нюанси для імпортованих електромобілів. Auto24, наприклад, розповідав про переробку зарядного порту китайського Volkswagen ID.4 з GB/T на європейський CCS2, де одного фізичного роз'єму також недостатньо без правильної електронної адаптації.
Особливо добре це видно у власників сонячних електростанцій та потужних трифазних гібридних інверторів.
Якщо умовний інвертор має загальну потужність 22 кВт і рівномірно розподіляє її між трьома фазами, на одну фазу припадає приблизно 7,3 кВт. Для звичайної побутової зарядки цього більш ніж достатньо, але американський електромобіль із бортовим зарядним пристроєм на 40 А теоретично міг би прийняти близько 9,2 кВт.
У результаті власник має дорогий потужний інвертор і значний запас енергії від сонячних панелей або акумуляторів, але заряджання автомобіля все одно обмежене можливостями однієї фази.
Точні ліміти залежать від конкретного інвертора, його схеми та допустимого дисбалансу фаз, тому правило "22 кВт означає по 7,3 кВт завжди" застосовувати до будь-якого обладнання не можна. Тут потрібно дивитися документацію конкретної моделі.
На цьому місці може виникнути логічна думка: якщо одна фаза слабка, чому б просто не взяти дві або три й не подати їх на однофазну зарядку?
Напряму так робити не можна. Між двома фазами української трифазної мережі близько 400 В, тоді як американська домашня зарядка та бортовий зарядний модуль машини очікують напругу приблизно 200-240 В.
Tesla прямо попереджає, що її Wall Connector у відповідній конфігурації очікує близько 230 В, а подача більшої напруги на неправильні клеми може пошкодити обладнання. Тому експерименти з перестановкою проводів або "об'єднанням фаз" без спеціального перетворення тут особливо небезпечні.
Один із варіантів, про який говорить Voltmaster, полягає у використанні спеціально розрахованого трансформатора. Він може отримувати живлення від міжфазної напруги 400 В і формувати на виході потрібну для однофазного зарядного пристрою напругу.
Практична перевага такої схеми полягає в тому, що навантаження вже не концентрується тільки на одній фазі вхідної мережі. Це може дозволити отримати більшу однофазну потужність для автомобіля там, де ліміт одного фазного провідника стає головною проблемою.
Однак сприймати це як інструкцію "купити трансформатор і підключити дві фази" точно не варто. Потужність трансформатора, захист від перевантаження та короткого замикання, заземлення, переріз кабелю, комутаційна апаратура, система захисного відключення та параметри зарядного пристрою повинні бути узгоджені між собою.
Така система має проектуватися і встановлюватися кваліфікованим електриком, який розуміє вимоги саме до зарядної інфраструктури електромобілів. Помилка тут може пошкодити не тільки зарядну станцію, а й бортову електроніку автомобіля або створити небезпеку ураження струмом.
Другий принципово інший варіант - домашня або напівкомерційна DC-станція Mode 4. У такому випадку змінний струм перетворюється на постійний ще всередині зарядної станції, а енергія подається безпосередньо до високовольтної батареї через DC-роз'єм автомобіля.
Тобто обмеження однофазного бортового AC-зарядного пристрою машини вже не має значення. Станція може сама використовувати трифазне живлення будинку, а автомобіль отримує постійний струм.
Але за зручність доводиться платити значно дорожче. DC-обладнання складніше, потребує сумісності з конкретним автомобілем і зарядним стандартом, а його встановлення висуває значно серйозніші вимоги до електричної мережі.
Для американських автомобілів додається ще й питання роз'єму. Старіші Mustang Mach-E та багато інших моделей зі США використовують CCS1, Tesla - NACS, тоді як українська та європейська інфраструктура переважно орієнтована на CCS2. Auto24 раніше розповідав про перехід Ford на стандарт Tesla NACS у Північній Америці.
Перш ніж будувати складну систему, варто порахувати, наскільки вона реально потрібна.
Припустимо, електромобіль має батарею на 80 кВт·год. Якщо заряджати її потужністю 7 кВт, теоретично від повністю розрядженого стану до 100% знадобиться трохи більше 11 годин без урахування втрат та зміни потужності наприкінці заряджання.
При 9 кВт це вже близько дев'яти годин. Для автомобіля, який щоночі стоїть біля будинку по 10-12 годин, різниця може взагалі не мати практичного значення.
Інша ситуація виникає, якщо машина багато їздить, удома буває лише кілька годин або потрібно максимально використовувати коротке вікно дешевої електроенергії чи надлишок генерації сонячної електростанції. Тоді кожні додаткові 2-4 кВт уже можуть бути корисними.
Боротися за ефективне домашнє заряджання має сенс ще й через вартість енергії. Auto24 нещодавно порахував актуальні ціни на зарядку електромобілів в Україні: у жовтні середня AC-зарядка в публічних мережах коштувала близько 19,4 грн за кВт·год, а DC - понад 21 грн.
За побутового тарифу 4,32 грн за кВт·год домашня електроенергія виходить у кілька разів дешевшою. Для автомобіля з витратою 18 кВт·год на 100 км це приблизно 78 грн на домашній розетці проти близько 350-380 грн на комерційній станції.
Якщо ж у власника є власна сонячна електростанція, економіка може бути ще цікавішою, хоча тут уже доводиться правильно узгоджувати генерацію, накопичувач, інвертор та режим заряджання автомобіля.
Auto24 раніше розповідав про експерименти із заряджанням Tesla безпосередньо від сонячної енергії, які добре показують, що технічно така схема цілком працює, але її ефективність дуже залежить від доступної площі панелей та потужності системи.
Найперше варто з'ясувати реальні можливості саме свого автомобіля, а не орієнтуватися на загальну цифру "11 кВт". Потрібно знати максимальний струм бортового AC-зарядного пристрою, напругу, яку він підтримує, тип зарядного порту та параметри конкретної домашньої станції.
Після цього слід перевірити, скільки струму реально дозволяє ввод будинку на одну фазу і чи допускає обладнання значний фазний дисбаланс. Для власників сонячних електростанцій окремо потрібно врахувати можливості інвертора, оскільки його загальна трифазна потужність ще не гарантує таку саму свободу навантаження на одній фазі.
Якщо наявних 6-7 кВт вистачає для нічного заряджання, найпростішим і найдешевшим рішенням часто буде нічого не ускладнювати. Якщо ж автомобілю справді потрібні 9-11 кВт однофазної потужності, тоді вже є сенс разом із профільним електриком прораховувати трансформаторне рішення, модернізацію введення або повноцінну DC-станцію.
Головне тут не намагатися механічно переносити американську електричну схему на українську мережу. Сам автомобіль цілком може бути здатний заряджатися швидше, але спосіб отримати цю потужність має залишатися безпечним для людей, будинку та дорогої високовольтної електроніки машини.