English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Внимание! Данный реферат относится к еще не завершенной работе. Примерная дата завершения: июнь 2023г. Обращайтесь к автору после указанной даты для получения окончательного варианта.

Содержание

Введение

В настоящее время все больше людей по всему миру пользуются электромобилями, которые становятся все более популярными благодаря своим экологическим преимуществам и экономической выгоде. Однако одной из основных проблем, которую сталкиваются владельцы электромобилей, является то, что зарядные станции для этих автомобилей далеко не так распространены как заправки для машин, работающих на бензине. Вместе с тем все больше компаний осознают важность электричества для транспорта и начинают строить зарядные станции, чтобы удовлетворить спрос на электрические автомобили. В данном реферате мы обсудим зарядные станции второго уровня, которые представляют собой наиболее эффективный и удобный способ зарядки для электромобилей.

Зарядные станции 2-го уровня - это устройства, которые позволяют быстро и безопасно заряжать электрические автомобили. Они повышают высокую мощность зарядки, чем обычные домашние розетки, и могут заряжать автомобиль в течение нескольких часов. Эти станции работают на напряжении 240 Вольт и мощностью от 6 до 80 киловатт.

Одним из основных преимуществ зарядных устройств 2-го уровня является быстрая зарядка.Зарядные станции второго уровня используют более высокое напряжение и мощность, чем зарядные станции первого уровня, что позволяет заряжать батареи электромобилей гораздо быстрее. Кроме того, зарядные станции второго уровня предлагают более широкий диапазон функций, таких как мониторинг зарядки, управление зарядкой из удаленной точки, управление электропитанием дома и другие. Они позволяют заряжать автомобиль в течение нескольких часов, что удобно для владельцев электромобилей, которые проживают в многоквартирных домах или находятся в поездках.

Еще одним преимуществом является возможность мониторинга зарядки и ее стоимости. С помощью специальных приложений можно управлять зарядкой и установить цену за киловатт-час. Это позволяет экономить деньги на зарядке и следить за ее процессом.

Кроме того, зарядные станции 2-го уровня имеют различные варианты подключения, включая проводное и беспроводное подключение. Это позволяет владельцам электромобилей выбирать наиболее удобный для них способ зарядки.

Стандарт зарядки – не менее важная особенность, чем размеры салона и технические характеристики. Тем более что выбрать параметры сравнительно просто, заранее зная свои предпочтения и финансовые возможности.

Первые стандарты электрических зарядок появились в Соединённых Штатах. В этой стране зарядные станции делят на три типа – Level 1, 2 или 3.

Электрозаправки первого уровня – обычные устройства, похожие на бытовые зарядки переменного тока. С их помощью можно за час зарядить электромобиль для поездки всего на 20-40 км. Большинство электрокаров заряжаются на такой станции 8-12 часов.

Зарядная станция

Рисунок 1 – Зарядная станция (анимация: 20 кадров, бесконечное число циклов, 144 килобайт)

Зарядки типа AC Level 2 представляют собой станции, которые подключаются к обычной электросети. Скорость примерно вдвое выше по сравнению с первым уровнем. Среднее время восстановление заряда аккумулятора – 4-6 часов. К этому типу относится большая часть современных американских станций.

Тип Level 3 – быстрая зарядка постоянного тока с напряжением 480В и мощностью до 135 кВт. Редко встречается, предназначена, в первую очередь, для автомобилей Tesla, аккумулятор которых заряжается всего за 30-40 минут на 80%.

В Европе можно встретить зарядные станции, которые делятся на 4 разновидности – уже не по уровню, а по режиму:

Mode 1. Самая маломощная станция, способная питаться от бытовой электросети. Время подзарядки электрокара с его помощью – до 10-12 часов. Соответствует американскому типу Level 1 и почти не применяется для современных электромобилей.

Mode 2. Стандартная зарядная станция переменного тока, которую применяют и в быту, и на электрозаправках. Подходит для электромобилей практически любого типа, с традиционным разъёмом и системой защиты внутри кабеля. Время зарядки стандартного электрокара – до 8 ч.

Mode 3. Самый мощный режим для зарядных станций с переменным током. Совместим с разъёмами типа Type 1 (SAE J1772) для однофазных цепей и Type 2 – для трёхфазных. Время зарядки может достигать от нескольких минут до 3-4 часов.

Mode 4. Скоростная зарядка, использующая уже не переменный, а постоянный ток. Время восстановления ёмкости аккумулятора среднего электрокара – полчаса до 80%. Цена таких станций достаточно высокая.

В настоящее время, несмотря на то, что электромобили уже серийно выпускаются больше 10 лет, не существует единого стандарта ни зарядных станций, ни разъёмов. Европейские автопроизводители чаще применяют зарядки типа Mennekes и CHAdeMО, американские – CCS Combo и SAE J1772. Есть свои стандарты в Китае, а некоторое время назад отдельным типом пользовались японские компании. Причины для такой ситуации заключаются в том, что каждый разработчик был уверен – именно его вариант разъёма и зарядной системы будет лучше и выиграет гонку технологий.

В 2009 году американские разработчики из организации SAE создали и ввели в эксплуатацию 5-тиштырьковый разъём стандарта J1772. Он предназначался для зарядки аккумуляторов электротранспорта от обычной сети переменного тока 220В. Максимальная мощность – 7,2 кВт. Сначала стандарт использовался только в США и Японии, однако до 2016 года вышло несколько европейских моделей с таким разъёмом. Модифицированный стандарт позволяет заряжать аккумуляторы с использованием мощности 90 и даже 240 кВт (сила тока 450 и 600 А, соответственно).

С января 2013 года в соответствии с планами Европейской комиссии развития экологичного транспорта был принят новый стандарт разъёмов для электромобилей. Его назвали Type 2 или Mennekes, по названию компании-разработчика. Этот тип считается стандартным и самым распространённым в Европе. Для однофазной сети максимальная мощность не отличается от Type 1 – 7,4 кВт. Для трёхфазной (380В) поддерживается 43,5 кВт. Модифицированная в США версия Type 2 позволяет заряжать автомобили Tesla с мощностью 120 кВт.

Стандарт быстрой зарядки, который поддерживают автоконцерны Nissan, Mitsubishi, Subaru и Toyota («Ассоциация CHAdeMO»). Принят в 2010 году, а его название расшифровывается как «charge de move» (фр. «зарядись для движения»). Мощность зарядных станций, использующих постоянный ток, составляет 50-200 кВт, а аккумулятор заряжается на 80% в течение получаса. Стандарт быстрой зарядки, который поддерживают автоконцерны Nissan, Mitsubishi, Subaru и Toyota («Ассоциация CHAdeMO»). Принят в 2010 году, а его название расшифровывается как «charge de move» (фр. «зарядись для движения»). Мощность зарядных станций, использующих постоянный ток, составляет 50-200 кВт, а аккумулятор заряжается на 80% в течение получаса.

CCS Combo - универсальный стандарт разъёмов для быстрой зарядки, главный европейский конкурент CHAdeMO. Первое поколение поддерживает мощность до 80 кВт при силе тока до 400В, второе – до 350 кВт (до 1000 В). Разъём позволяет заряжать аккумуляторы разными способами – медленно, но от бытовой зарядки, быстро через специальный разъём или с высокой скоростью и с помощью внешнего устройства. Преимущества стандарта – возможность подключения к обычным сетям.

Разъём GB/T или GBT предназначен исключительно для китайского рынка, хотя поддерживающие его зарядные станции можно встретить в США и Европе. Создавался он одновременно с изобретением первых серийных китайских электромобилей с начала 2010-х годов и разработан на базе порта Type 2. Визуально GB/T на самом деле напоминает Mennekes, но не совместим с ним, поэтому требует использования других зарядных станций. К 2020 году ассоциация CHAdeMO и китайский Совет по электричеству собираются выпускать автомобили с общим типом разъёма, который будет полностью совместим со старыми стандартами. Технические характеристики нового порта – поддержка мощности до 900 кВт при токе до 600 А и напряжении 1,4 кВ, время зарядки аккумулятора среднего авто до 80% – не больше 15 минут. Рабочее название прототипа, который пока только готовится к выходу на рынок – ChaoJi.

Стандартные зарядные станции используют для зарядки аккумулятора электромобиля переменный ток. Если используется однофазная сеть, максимальное напряжение может достигать только 220В, а мощность не превышает 7,4 кВт. Однако таких показателей мало для современного электромобиля с запасом хода не меньше 200 км. Заряжать его для поездки придётся всю ночь, а днём время ожидания составит не меньше 5 часов. Поэтому для зарядки применяется трёхфазная сеть. Электросеть с напряжением 380В позволяет зарядить аккумулятор электромобиля в несколько раз быстрее. При одинаковой с однофазными розетками силе тока в 16А мощность зарядки повышается до 10,5 кВт, максимальное значение – 43,5 (50) кВт. Время зарядки от переменного тока – не больше 6 часов даже для автомобилей со значительным запасом хода. Однако такую зарядку всё равно нельзя назвать «скоростной». Она только «ускоренная», и подходит только в тех случаях, когда у водителя электрокара есть несколько часов времени, или автомобиль подключён к сети в домашних условиях.

По-настоящему скоростная зарядка выполняется с помощью постоянного тока. Для этого используются специальные батареи, установленные на зарядных станциях. Отсутствие необходимости преобразовывать переменный ток электросети в постоянный аккумулятора электромобиля позволяет сократить процесс в несколько раз. Вместо 10-12 или даже 5-6 часов на восстановление ёмкости батареи электрокара тратится всего 30-40 минут. Преимущества такой зарядки – высокая скорость. Но есть и недостатки, из-за которых технология пока не настолько распространена, как «медленные» и «ускоренные». К ним относят невозможность зарядить с максимальной скоростью весь аккумулятор – только на 80%, после чего процесс замедляется до стандартных значений. Кроме того, станции быстрой зарядки намного дороже в обслуживании, а батарея, которую постоянно заряжают таким способом, быстрее выходит из строя. Поэтому рекомендуется использовать скоростную технологию только периодически, чередуя её с обычной подзарядкой от сети.

1. Актуальность темы

Тема "Зарядные станции 2-го уровня" является чрезвычайно актуальной в настоящее время. Рост числа электромобилей в мире непрерывно увеличивается, а с ним и потребность в зарядных станциях, которые являются необходимым элементом для их функционирования. В настоящее время электромобили все больше привлекают внимание как экологически чистый и экономически эффективный вид транспорта. Однако, одним из основных ограничений использования электромобиля является время зарядки батареи в сравнении с заправкой бензина или дизельного топлива.

В связи с этим, необходимость развития инфраструктуры зарядных станций для электромобилей все более актуальна. Установка зарядных станций 2-го уровня позволяет значительно ускорить процесс зарядки батарей электромобилей, открывая новые возможности для их использования в повседневной жизни.

Кроме того, разработка и использование эффективных зарядных станций повышают конкурентоспособность производителей электромобилей и увеличивают интерес к этому виду транспорта со стороны потребителей.

Таким образом, данная тема является предметом активного изучения и разработки исследований в области технологий для электромобилей и связана с экологическими, экономическими и технологическими вопросами, что делает ее крайне актуальной для современного общества.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель исследования:

  • Разработка зарядной станции второго уровня для мощности нагрузки 22 кВт

    • Основные задачи исследования:

    1. Подробный обзор зарядной станции от Texas Instruments
    2. Моделирование всех компонентов и работы зарядной станции
    3. Выбор компонентов аппаратной части

    Объект исследования:

  • Зарядная станция второго уровня мощностью 22 кВт.

    • Предмет исследования:

  • Разработка зарядной станции второго уровня, обладающей оптимальными характеристиками и бесперебойной работой.

    • 3. Обзор исследований и разработок

    Поскольку зарядные станции второго уровня являются важной частью экосистемы автомобилестроения, то они были широко исследованы как американскими и европейскими учеными, так и отечественными специалистами.

    Выводы

    В результате проведенной работы была разработана зарядная станция второго уровня для мощности нагрузки 22 кВт, включая моделирование зарядного устройства, встроенного в электромобиль и его аппаратной части. Разработанная станция соответствует всем требованиям и нормам безопасности. Разработка зарядной станции второго уровня для мощности нагрузки 22 кВт позволит ускорить процесс зарядки электромобилей и сделает использование электромобилей более комфортным для пользователей.

    В рамках проведенных исследований выполнено:

    1. Разработана структура зарядной станции второго уровня и определены функции ее составляющих.
    2. На основании анализа литературных источников выделены основные методы, которые могут быть использованы в предложенном подходе к оптимизации системы по энергопотреблению.
    3. Проведен ряд экспериментов по использованию различных методов в оптимизации системы по энегопотреблению с учётом статической нагрузки, проанализированы полученные результаты.
    4. Оценены требования к программному и аппаратному обеспечению, выполнен поиск функционально подобных зарядных станций от известных производителей.

    При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2023 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

    Список источников

    1. San Sebastian, J. R. L., Arana, J. R. L., & Cabanas, J. C. H. (2016). Fast Charger Station Planning for Electric Vehicles Including Instalation Cost and Operation. IEEE Transactions on Smart Grid, 7(4), 2208-2217. doi: 10.1109/tsg.2015.2478760
    2. Chien, H. T., & Ching, S. L. (2013). Fast Charging Station Desig for Electric Vehicles. Journal of Advanced Transportation, 47(6), 708-720. doi: 10.1002/atr.201
    3. European Commission. (2014). Directive 2014/94/EU of the European Parliament and of the Council. Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/legal-content/en/txt/?uri=CELEX%3A32014L0094
    4. Moro, D., Corti, E., & Drouet, L. (2018). Charging Electric Vehicles in Europe:A review of network planning models. Renewable and Sustainable Energy Review, 82(2), 2049-2068. doi: 10.1016/j.rser.2016.11.232
    5. Xie, X., Song, Y. D., & Si, S. (2017). Optimization of Fast Charging Stations in a Charging Network for Electric Vehicles. IEEE Transactions on Power Systems, 32(2), 125-136. doi: 10.1109/tpwrs.2016.2552779
    6. Koo, Y., & Kim, Y. I. (2012). A study on fast charging station deployment plan considering usage pattern of electric vehicles. Energy Policy, 51(3), 649-660. doi: 10.1016/j.enpol.2012.08.039
    7. Liu, X., Chen, H., & Chen, X. (2017). The fast-charging station deployment strategy of electric vehicles based on Monte-Carlo simulation. Energy Procedia, 105(1), 82-87. doi: 10.1016/j.egypro.2017.03.092
    8. Oikonomou, G., & Tsiropoulos, M. I. (2018). Zonal Coordination in the Electric Vehicle Fast Charging Provision Based on Importance Indexes. Transportation Research Procedia, 27(1), 1295-1302. doi:10.1016/j.trpro.2017.12.164
    9. Bai, Q., Han, D., & Chen, L. (2016). A heuristic greedy algorithm for optimizing charging strategies of electric vehicles with fast charging stations. Applied Energy, 162(1), 1460-1469. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.11.052
    10. Richhariya, A., & Barbari, M. (2018). Experimental Investigation of a Fast Charging Station for Electric Vehicles Using Photovoltaic System. International Journal of Photoenergy, 2018(1), 1-7. doi: 10.1155/2018/3289104
    11. Шишков А.Н., Виноградов К.М., Бычков А.Е., Белоусов Е.В., Сычев Д.А., Наумович Н.И., Хаятов Е.С. Оптимальная траектория движения позиционного электропривода//Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика» - 2015. – Т.15, №3. – С.82-89. DOI: 10.14529/power150311
    12. Яковленко П.Г. Оптимизация законов управления позиционными электроприводами для управления от ЭВМ//Системы электропривода и промышленной автоматики с управлением от микропроцессоров и ЭВМ. – Л.: ЛДНТП, Ленингр.отд-ние, 1983. – 32-35
    13. Моисеев Н.Н. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971,424 стр.
    14. Л.С. Понтрягин, В.Г.Болтянский, Р.В.Гамкрелидзе, Е.Ф. Мищенко/ Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука
    15. Беллман Р.Е. Динамическое программирование. М.:Изд-во иностр. лит-ры, 1960
    16. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.:Высш. шк., 1989, 263 с.
    17. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. СПб.: БХВ Петербург, 2007, 560 с.