Розкриття потенціалу за допомогою двонаправлених постійного струму швидких зарядних пристроїв

Перехід від одностороннього заряджання до двостороннього потоку енергії

Обговорення інфраструктури електромобілів останні кілька років помітно змінилося. Раніше йшлося лише про тривогу щодо запасу ходу та швидкість заряджання. Тепер дискусія зміщується в більш цікавому напрямку: що відбувається, коли транспортний засіб уже не просто навантаження на електромережу, а активний її учасник. Двонапрямкові швидкі зарядні пристрої постійного струму лежать в основі цього зсуву. Ці системи не лише подають енергію в акумуляторну батарею — вони також можуть витягувати її назад і спрямовувати в корисне місце.

Технічна відмінність має значення. Стандартний постійного струму (DC) пристрій швидкого заряджання використовує односпрямований потік електроенергії: від електромережі до транспортного засобу — і більше нікуди. Натомість двоспрямований пристрій містить силову електроніку, здатну за запитом змінювати напрямок цього потоку. Така зміна відкриває можливості для застосувань, що виходять далеко за межі простого дозаряджання акумулятора.

Що робить двоспрямоване DC-заряджання швидким іншим?

На рівні компонентів відмінність зводиться до топології перетворювача. Двоспрямовані зарядні пристрої зазвичай використовують перетворювачі з подвійним активним мостом (DAB) або подібні ізольовані конструкції, які дозволяють енергії рухатися в будь-якому напрямку без втрати ізоляції чи безпеки. Це не тривіальна інженерна зміна — вона вимагає ретельного теплового менеджменту, інших алгоритмів керування та більш складних протоколів зв’язку.

Цей комунікаційний компонент варто окремо зазначити. Щоб зарядний пристрій знав, коли потрібно повертати електроенергію в мережу, він має взаємодіяти з оператором електромережі, транспортним засобом і, іноді, системою управління енергоспоживанням будівлі. Для забезпечення саме такої взаємодії були розроблені стандарти, зокрема ISO 15118-20 . У 2025 році в журналі Elsevier Journal of Energy Storage опубліковано дослідження, у якому вперше незалежно підтверджено роботу двонаправленого зарядного пристрою за стандартом ISO 15118-20, що забезпечило успішну інтеграцію з протоколами CCS2 та CHAdeMO . У дослідженні пристрій тестували за допомогою двох емуляторів і комерційного електромобіля Kia EV9, довівши, що цей стандарт справді працює на практиці — а не лише на папері .

Застосування в реальному житті понад очевидне

Найпоширенішим випадком використання є технологія «автомобіль–мережа» (V2G), коли електромобіль (EV) віддає енергію в електромережу під час періодів пікового навантаження. Але це лише початок. Технологія «автомобіль–дім» (V2H) дозволяє автомобілю живити будинок під час аварійного відключення чи в періоди високих тарифів на електроенергію. Технологія «автомобіль–навантаження» (V2L) дає змогу тому самому автомобілю живити обладнання на робочому місці або забезпечувати резервне живлення для пересувного кіоску з їжею.

Існує й менш привабливе, але не менш важливе застосування — у роботі автопарків. Уявіть собі парк доставки, який повертається на базу у другій половині дня — саме в той час, коли ціни на електроенергію в мережі починають зростати. З двонаправленою зарядкою такі автомобілі можуть віддавати енергію під час вечірнього піку навантаження, а потім заряджатися вночі, коли тарифи знижуються. Економічна вигода — не теоретична. За даними аналізу Patsnap Eureka, сучасні системи V2G зазвичай забезпечують ККД циклу «зарядка–розрядка» на рівні 88–92 %, а лідери галузі домагаються показників понад 95 %, щоб зробити економічну модель ефективною в масштабах. цей розрив у ефективності — різниця між тим, що надходить на вхід, і тим, що виходить на вихід — й є справжнім інженерним викликом.

У дослідженні IEEE за 2025 рік щодо двонаправленого постійного струму (DC/DC) перетворювача на основі транзисторів GaN-MOSFET повідомлялося про максимальну ефективність 97,22 % у режимі заряджання та 96,96 % у режимі розряджання. Ці показники вражають, але отримані в контрольованих лабораторних умовах. Ефективність у реальних умовах експлуатації зазвичай трохи варіюється, що варто мати на увазі під час оцінки будь-яких заяв виробників.

Питання ефективності: що насправді показують дані

Ось тут ситуація стає цікавою — і саме тут багато маркетингових гучних заявок сховують справжню картину.

Різниця між ефективністю заряджання та розряджання — це не просто зауваження в дужках; це фундаментальна характеристика апаратного забезпечення. У дослідженні Elsevier встановлено, що випробуваний зарядний пристрій досягав ефективності заряджання від 80 % при струмі 2 А до 97 % при струмі 32 А як для CCS2, так і для CHAdeMO, тоді як ефективність розряджання коливалася від лише 60 % при низькому струмі до 93 % при вищому струмі . Це суттєва різниця. Це означає, що за кожен кіловат-годину, яку ви повертаєте в мережу під час розряджання, ви одержуєте менше, ніж витратили під час заряджання. У дослідженні також зазначено покращення на 7–15 % порівняно з системами CHAdeMO попереднього покоління — це вагомий крок уперед .

Поточний стан технології

Ринок реагує на цей потенціал. Світовий ринок двонаправлених зарядних пристроїв для EV у 2025 році оцінювався приблизно в 1,4 млрд дол. США й, як очікується, зростатиме середньорічним темпом у 16 % до 2034 року. Інші аналітики прогнозують, що до 2034 року його обсяг сягне близько 5 млрд дол. США за середньорічного темпу зростання понад 25 %, залежно від того, як визначаються сегменти. У будь-якому разі траєкторія очевидна: це вже не нішева технологія.

Основні гравці входять у цю сферу. Бренд Heliox компанії Siemens у кінці 2025 року запустив постійного струму (DC) зарядний пристрій потужністю 44 кВт із підтримкою V2G, корпусом з класом захисту NEMA 3R, сумісністю з OCPP 2.0.1 та підтримкою стандартів ISO 15118-20 й SAE J2847. starCharge представила свій двонаправлений DC настінний зарядний пристрій Halo V2G на австралійському ринку з ККД до 96 % та повною підтримкою OCPP 2.0.1/2.1 .

Практичні аспекти розгортання

Двонапрямлений заряд не є рішенням типу «підключи й працюй». Вимоги до інфраструктури є вищими, ніж у однонапрямних систем. Потрібно укласти угоди про підключення до електромережі. Енергопостачальник має схвалити налаштування. Автомобіль повинен підтримувати двонапрямний потік — не всі електромобілі це роблять, навіть сьогодні. Крім того, сам зарядний пристрій потрібно встановити в місці, де він зможе витримувати теплове навантаження тривалої двонапрямної роботи.

Також виникає питання деградації акумулятора. Повторні глибокі розряди, навіть якщо вони відбуваються лише іноді, додають додаткові цикли до акумуляторного блоку. Галузь досі збирає довготривалі дані про те, як цикли V2G впливають на термін служби акумуляторів електромобілів у реальних умовах. Ранні дослідження свідчать, що вплив є контрольованим за умови правильного керування зарядом, але він не є нульовим.

Компанія Shenzhen Wengao Electronic Co., Ltd. активно працює в цій сфері, виробляючи різноманітні двонапрямлені постійного струму перетворювачі та водонепроникні рішення для заряджання, призначені як для морських, так і для наземних транспортних засобів. До їхнього асортименту входять ізольовані й неізольовані двонапрямлені блоки, що охоплюють різні діапазони напруги, що відображає різноманіття застосувань, для яких зараз призначено двонапрямлене заряджання.