Як зробити зарядну станцію для електрокара власноруч: досвід інженерів ElifTech

Окрім того, що вартість електрокарів занадто висока для масмаркету, знайти зручну зарядну станцію — не найпростіше завдання для власника такого авто. І — попри те, що з першою проблемою нічого вдіяти не можна — інженери ElifTech, Віталій Савчук та Андрій Олексіюк, допоможуть побудувати зарядний пункт для свого електрокара прямо вдома.

Перспективи електромобілів

Безумовно, ціна — це одна з основних перешкод, що стоїть на шляху до широкого поширення та використання електромобілів. Ціна звичайного електрокара, на кшталт моделі Nissan Leaf, може сягати рівня ціни сімейного седану або кроссовера в повній комплектації.

Вартість здебільшого залежить від собівартості вбудованої батареї: чим більший «паливний бак» електрокара, тим дорожче коштуватиме машина. Проте разом із ціною зростає і об’єм, а з ним — час активного використання після кожної підзарядки.

То чи мають електромобілі перспективу, якщо далеко не кожен має можливість їх купити?

Ось статистика з цього приводу: ціна на батареї (в розрахунку на кіловат потужності) впала більше, ніж на 50%, а їх потужність збільшилась більш ніж втричі за останні п’ять років. Імовірно, що ця тенденція зберігатиметься. І особливо оптимістичний погляд на неї в Нідерландах, де обіцяють до 2025–2035 років повністю відмовитись від двигунів внутрішнього згоряння.

Open Charge Point протокол (відкритий протокол зарядної станції)

Типова заправка

Разом зі стрімким розвитком електротранспорту еволюціонують і зарядні станції. У кожному великому місті ви можете знайти принаймні декілька громадських зарядних станцій. Вони зазвичай не потребують присутності персоналу обслуговування чи касирів, як на звичайних заправках, і, до того ж, займають небагато місця.

Зарядні станції, що були презентовані на виставці Plug-in Ukraine (2–4 березня 2018 року)

Зазвичай власник електромобіля може розраховуватись за електроенергію для підзарядки свого авто через спеціальні мобільні додатки, які активують відповідну розетку на зарядній станції одразу після розрахунку. І тут виникає питання: яким чином побудована ця система?

Через стрімке збільшення кількості розробників зарядних станцій та постачальників систем нагляду виникла нагальна потреба в стандартному комунікаційному протоколі. Саме тому в Open Charge Alliance (OCA) вирішили розробити такий протокол під назвою Open Tape Protocol (OCPP), що дозволить усім користувачам об’єднувати їх системи в єдину мережу.

Як працює Open Tape Protocol

Перед тим, як розібратись в механізмі роботи ОСРР, розглянемо його основні компоненти:

• Центральна система — основна система управління, що керує зарядними станціями та авторизує користувачів.
• Зарядна станція — фізично існуюча точка підзарядки з одним або декількома рознімачами.
• Рознімач — незалежна дистанційно керована розетка, що знаходиться на зарядній станції.

У деяких випадках в одній розетці можуть також знаходитися декілька типів рознімачів і (або) пов’язані кабельні та коннекторні пристрої. Таким чином центральна система контролює усі зарядні станції. При ввімкненні, вимкненні чи зміні будь-яких параметрів, інформація зі станцій надходить до центру. Власник електромобіля надсилає відповідну команду через мобільний додаток для активації однієї з точок підзарядки, після чого центральна система обробляє та передає команди від користувача до конкретної точки.

Наразі доступні версії протоколу 1.0, 1.5 та 1.6, тоді як 2.0 все ще знаходиться в стадії проектування. Версії 1.х підтримують два формати даних: SOAP та JSON. Залежно від формату, ви можете знайти версії OCPP-1.x-S або OCPP-1.x-J відповідно. Версія 1.6 протоколу OCPP складається з 28 операцій, 10 з яких ініціюються зарядною станцією, а інші 18 — центральною системою. Всі команди можна знайти в документації за посиланням.

Версія 2.0 протоколу ОСРР підтримує виключно формат даних JSON. SOAP використовує XML для передачі даних, що занадто витратно. Це важливо, оскільки автозаправні станції підключаються до інтернету, використовуючи послуги локальних провайдерів.

Як зробити керовану зарядну станцію вдома

В Eliftech є цілий R&D-відділ, де кожен працівник може втілювати свої ідеї та експерименти, — тут він називається Cool Projects Department (CPD). В рамках CPD вже створили смарт-кулер, який сам контролює запас води і замовляє доставку нової; розумного помічника, який, читаючи голосові команди, контролює і дозволяє бронювати офісні приміщення та багато іншого. Цього разу дослідницький азарт у поєднанні з інженерським типом мислення надихнули нас на спробу створити зарядну станцію для електромобіля. Отже, що для цього потрібно?

Написання тестового протоколу

Перш за все ми написали тестовий протокол. Це необхідно для того, аби визначити масив команд для тестування та масив очікуваних ОСРР-повідомлень, які можуть виникати після кожної з таких команд. Це дозволить зрозуміти, як повноцінна зарядна станція взаємодіє з кінцевим користувачем.

Вихідний код

Деталі та вихідний код для керованої зарядної станції ви можете знайти на ресурсі GitHub або на сайті ElifTech.

Приклад комерційних зарядних станцій для електрокарів

Проектування та збирання обладнання

Після закінчення роботи над веб-інтерфейсом, тестовим протоколом та командами, починається збирання обладнання для зарядної станції. Ми створили прототип із простих загальнодоступних елементів так, щоб будь-хто зміг повторити конструкцію самостійно.

Для того, щоб зібрати прототип точки підзарядки, вам знадобляться:

1. Якісна коробка-щиток.

2. Декілька розеток (ми використовуали з EU-розмикачем).

3. Raspberry PI 3.

4. Релейний модуль (ми використовували двоканальний; додаткові канали будуть корисними на випадок подальшого вдосконалення точки підзарядки).

5. Підзарядний пристрій (достатньо буде пристрою з 5V і 2A виходами).

6. Проводи та коннектори (наприклад, WAGO 222 та 19 AWG).

7. Паяльник не знадобиться 🙂

Після того, як ми запаслись усіма необхідними інструментами, почнемо роботу над збиранням. Перш за все варто намалювати умовну схему готового обладнання.

Опісля починаємо безпосереднє збирання: спочатку під’єднайте релейний модуль до Raspberry PI 3, використовуючи вбудований порт GPIO. Далі з’єднуємо Raspberry 3.3V, GPIO 17 та GPIO 27 згідно зі схемою. Майте на увазі, що релейний модуль повинен підтримувати 3.3V.

На зображенні нижче ви можете перевірити Raspberry PI GPIO, щоб правильно розташувати GPIO17 and GPIO27.

Увімкніть ваш Raspberry PI та верифікуйте релейний модуль. Для цього необхідно:

1. Залогуватись в Raspberry за допомогою SSH-команди: ssh [email protected].
2. Використати вбудований командний рядок gpio для увімкнення PIN-коду: gpio-g mode 17 outgpio -g mode 27 out.
3. За допомогою командного рядка gpio ви можете вмикати/вимикати необхідні канали ретрансляції: gpio -g write 17 0gpio -g write 17 1.

Далі необхідно встановити розетки, кабелі живлення та внутрішні пристрої, використовуючи гвинти, термоклей та пласко/круглогубці.

Далі потрібно під’єднати декілька проводів живлення. Найпростіший спосіб це зробити — використати дроти WAGO. Проводка має виглядати так:

Обов’язково протестуйте всю електропроводку перед підключенням до високовольтної мережі. Рекомендуємо зробити це за допомогою мультиметра, замінивши 220 В на низький тестовий рівень напруги (наприклад, 1,5 В або 12 В постійного струму).

Лишився фінальний крок — встановлення ПЗ та налаштування власної зарядної станції для електрокара.

На завершення

Маленькими, але впевненими кроками людство рухається до популяризації електромобілів. Видання Bloomberg прогнозує, що до 2040 року електрокари отримають щонайменше 35% ринку світового випуску автомобілів. Так, безумовно, електротранспорт не претендує на звання найдешевшого засобу для пересування, проте мати оснащене електричним двигуном авто не наскільки проблемно, як ми звикли уявляти. У цьому легко переконатись, навіть просто прочитавши, наскільки просто і реально побудувати керовану зарядну станцію удома. Спробуйте самотужки!

Дізнатися більше про ElifTech