Prawidłowe ładowanie samochodu elektrycznego

Szybkość ładowania

Coraz więcej kierowców rozważa zakup samochodu elektrycznego. Mimo, że ich popularność nieustannie wzrasta, wiele osób nadal ma sporo obaw przed zakupem pojazdu zasilanego energią elektryczną.

Najwięcej zastrzeżeń budzi długi czas ładowania, bo przecież w przypadku samochodów spalinowych czas tankowania to zaledwie parę minut. Jak długo samochody elektryczne muszą pozostać podłączone do stacji ładowania? Sprawdź, jakie czynniki mają na to decydujący wpływ.

Jaki akumulator jest używany w samochodach elektrycznych?

Akumulatory są elementami galwanicznymi składającymi się z dwóch elektrod i elektrolitu. Energia elektryczna jest magazynowana na zasadzie elektrochemicznej. We wspomnianym już przykładzie akumulatora rozruchowego jest to akumulator kwasowo-ołowiowy. Elektrody składają się z ołowiu i dwutlenku ołowiu. Elektrolitem jest kwas siarkowy rozcieńczony wodą. Istnieje jednak wiele innych technologii produkcji akumulatorów, z których najpopularniejsze to akumulatory niklowo-kadmowe, wodorkowo-niklowe i litowo-jonowe. 

Akumulatory litowo-jonowe mają obecnie największą gęstość energii, dlatego są one popularne w smartfonach, tabletach, notebookach, a także w narzędziach zasilanych bateriami. Nawet w sektorze hobbystycznym baterie litowe są obecnie coraz częściej stosowane. Jeśli elektrolit występuje w postaci stałej lub żelowej warstwy na bazie polimeru, baterie te nazywane są również bateriami litowo-polimerowymi (LiPo). 
Elektroda ujemna (anoda) składa się z grafitu lub spinelu litowo-tytanowego. 

Elektroda dodatnia (katoda) wykonana jest z tlenku litowo-kobaltowego (III). Oprócz dwutlenku litowo-kobaltowego jako materiały katodowe stosuje się inne związki, takie jak mangan litu, kobalt litowo-niklowo-manganowy, aluminium litowo-niklowo-kobaltowe lub fosforan litowo-żelazowy.

Obecnie w pojazdach elektrycznych stosuje się przede wszystkim baterie litowe w różnych formach.

Jak ładuje się samochód elektryczny?

Wydajna technologia akumulatorów litowych oferuje wiele korzyści. Baterie są małe, lekkie i niewiarygodnie wydajne. Aby zapewnić sobie możliwość korzystania z tych zalet przez dłuższy czas, należy zwrócić uwagę na kilka ważnych kwestii.  Akumulatory litowe są bardzo wrażliwe na głęboki rozładowanie, a także na przeładowanie. Dlatego są stale monitorowane przez elektronikę podczas ładownaia, a także później podczas pracy. 

Aby nie doprowadzić do zbyt głębokiego rozładowania akumulatora, kierowca samochodu elektrycznego jest stale informowany o aktualnie pozostałym zasięgu. Dzięki temu ma wystarczająco dużo czasu na znalezienie odpowiedniego postoju na ładowanie. 

Rozładowany akumulator jest w stanie przyjąć bardzo wysoki prąd ładowania, dlatego musi on być w mniejszym lub większym stopniu ograniczony. Jest to konieczne, aby nie przeciążyć przyłącza prądowego urządzenia ładującego.

Prąd jest ograniczany poprzez regulację napięcia ładowania (U). Jest ono automatycznie wybierane tak wysokie, że przepływa maksymalny dopuszczalny prąd ładowania(I). Jest to jednak możliwe tylko do pewnego momentu. Ponieważ napięcie ładowania nie może przekroczyć określonej maksymalnej wartości na ogniwo akumulatora. 

Gdy ta wartość zostanie osiągnięta, napięcie nie jest już regulowane wyżej. Prąd ładowania będzie dalej spadał wraz ze wzrostem pozostałego ładunku. Akumulator jest w pełni naładowany dopiero wtedy, gdy prąd ładowania osiągnie wartość minimalną.

Wykresładowania

Od momentu (t1) napięcie ładowania (U) jest ograniczone i nie płynie zbyt duży prąd ładowania. W zależności od stanu naładowania napięcie należy powoli zwiększać, aby maksymalny prąd ładowania płyną między (t1) a (t2).  W momencie (t2) osiągane jest maksymalne napięcie ładowania na ogniwo. Napięcie ładowania jest teraz utrzymane na stałym poziomie. W momencie (t3) prąd ładowania osiągnął swoją minimalną wartość i akumulator jest naładowany w 100%.

Od jakich czynników zależy czas ładowania samochodów elektrycznych?

Proces ładowania samochodu elektrycznego trwa znacznie dłużej niż w przypadku tankowania 50 litrów benzyny lub oleju napędowego. Rzeczywisty czas ładowania samochodu elektrycznego zależy od wielu różnych czynników.

Pojemność akumulatora pojazdu

Pojemność akumulatora samochodowego można porównać do pojemności zbiornika paliwa. Im większa pojemność w kilowatogodzinach (kWh), tym większa pojemność akumulatora. A doświadczenie pokazuje, że napełnienie dużego zbiornika trwa znacznie dłużej niż małego.

Pozostały ładunek akumulatora

Im wyższy ładunek resztkowy akumulatora, tym mniej energii elektrycznej trzeba doładować do momentu ponownego napełnienia akumulatora. Jeśli chodzi o czas, to jest to zauważalne przede wszystkim w zakresie do ok. 80% stanu naładowania. Brak ładowania resztkowego do 100% zawsze trwa tyle samo czasu, niezależnie od tego, jak pusty był wcześniej akumulator.

Wydajność stacji ładowania

Wydaje się, że gniazdko sieciowe 230 V w domu dostarcza dużo energii. Można tak pomyśleć, widząc, jak szybko czajnik zapewnia gorącą wodę. Jednak moc dostępna z uziemionego gniazdka sieciowego jest nieodpowiednia do szybkiego ładowania samochodu elektrycznego. Poniżej   porównaliśmy najczęściej spotykane gniazda i przyłącza elektryczne w stacjach ładowania.

Gniazdo z zestykiem ochronnym jednofazowe
Przy napięciu 230 V i dopuszczalnym natężeniu prądu maks. 16 A daje to moc około 3,7 kW.

Gniazdo CEE z jedną fazą
W przypadku zastosowania jednofazowego gniazda CEE o natężeniu prądu maks. 32 A, podłączone obciążenie wynosi ok. 7,4 kW. 

Gniazdo CEE z trzema fazami
Jeśli trzy fazy mogą być obciążone prądem 16 A, podłączone obciążenie wynosi około 11 kW, a przy 32 A na fazę imponujące 22 kW.

Maksymalny prąd ładowania pojazdu

W starszych pojazdach elektrycznych, które są ładowane tylko jedną fazą, często instalowano ograniczniki prądu. Miało to na celu zapobieganie przeciążeniu trójfazowej sieci energetycznej z jednej strony. Zamiast możliwych 32 A można wtedy użyć tylko 20 A.
Jeśli pojazd umożliwia również ładowanie napięciem stałym, np. za pomocą ładowarki Tesla Supercharger, możliwe są moce ładowania wynoszące obecnie maksymalnie 150 kW.

Temperatura otoczenia

Baterie litowe nie lubią ani gorąca, ani zimna. Najlepiej czują się w umiarkowanych temperaturach. Niskie temperatury w zimie są szczególnie uciążliwe dla akumulatorów. Dlatego samochody elektryczne w chłodnych porach roku powinny mieć zapewnione miejsce postojowe w garażu. Jednak nawet wtedy należy liczyć się z dłuższym czasem ładowania.

Stacja ładowania

Po ustaleniu, jakie kryteria odgrywają ważną rolę przy ładowaniu samochodu z napędem elektrycznym, można stosunkowo łatwo obliczyć czas ładowania. Obliczenia opierają się na docelowym stanie naładowania wynoszącym 80%, ponieważ dalsze ładowanie do 100% trwa znacznie dłużej ze względu na stale zmniejszający się prąd ładowania.

Od docelowego stanu naładowania wynoszącego 80% należy odjąć aktualny stan naładowania np. 20%. Następnie otrzymamy wartość różnicy, która opisuje, ile trzeba doładować.  W naszym przykładzie obliczeniowym różnica ta wynosi 60%.

Jeśli akumulator pojazdu ma pojemność 36 kilowatogodzin (kWh), to 60% odpowiada ok. 21,6 kWh, które należy doładować. Aby zrekompensować straty powstałe podczas procesu ładowania, należy dodać 10%, co zwiększa wartość do 23,8 kWh.

Czas ładowanie zależy również od tego, jak dużo mocy zapewnia przyłącze ładowania. W tym celu należy podzielić wartość 23,8 kWh do naładowania przez moc przyłącza do ładowania:

Najczęściej zadawane pytania dotyczące ładowania pojazdu elektrycznego

Dla akumulatora lepsze jest szybsze czy wolniejsze ładowanie?

Praktyka pokazuje, że lepiej jest ładować akumulator powoli niż szybko. Nie stanowi to problemu, jeśli pojazd jest ładowany np. przez noc.  Jednak podczas dłuższych podróży konieczne jest  czasem szybkie doładowanie akumulatora pojazdu. Natężenie prądu odgrywa również rolę w rozładowywaniu. Im niższy prąd rozładowania, tym łagodniejszy jest on dla akumulatora. Rozsądne korzystanie z pedału gazu ma pozytywny wpływ na zasięg. 

W jaki sposób pojazd rozpoznaje, kiedy może być ładowany powoli lub szybko?

Właściwa ładowarka jest na stałe zamontowana w pojeździe. Po podłączeniu do stacji, ładowarka otrzymuje informacje od elektroniki stacji o tym, jak wysoki może być prąd. Jeśli w trasie do ładowania dostępne jest tylko gniazdo sieciowe, należy użyć kabla do ładowania ze zintegrowanym sterownikiem. Dzięki odpowiednim adapterom wtyczkowym skrzynka sterująca wie, które gniazdo sieciowe jest używane i jak duże może być obciążenie. Ponadto skrzynki kontrolne i stacje ładujące zapewniają, że napięcie ładowania jest wyzwalane tylko wtedy, gdy wtyczka kabla ładującego jest podłączona do pojazdu.

Czy po każdej podróży muszę natychmiast doładowywać baterię?

Baterie litowe nie lubią głębokiego rozładowania. Ale ciągłe ładowanie do 100% również nie jest dla nich dobre. Idealne okno ładowania wynosi od 10 do 90%.  Jeśli pojazd jest używany tylko do krótkich, kilkukilometrowych przejazdów, lepiej nie ładować akumulatora bezpośrednio po każdej podróży. W przypadku dłuższych podróży warto zaplanować proces ładowania w taki sposób, aby urządzenie było naładowane w 100% na krótko przed rozpoczęciem podróży.

Jaka jest różnica między domowym wallboxem a publiczną stacją ładowania?

Skrzynka ścienna w domu lub, lepiej, w garażu pracuje z napięciem zmiennym. Ładowarka w pojeździe musi przetworzyć to napięcie na napięcie stałe, aby naładować akumulator. Pojemność ładowania większości wallboxów wynosi maks. 22 kilowatogodziny (kWh). Publiczne stacje ładowania na parkingach, gdzie pojazdy mogą pozostawać dłużej zaparkowane, również pracują z napięciem zmiennym. Zasada działania jest taka sama jak w przypadku skrzynki ściennej w domu. Mają one jednak znacznie większe możliwości ładowania. Stacje szybkiego ładowania, które znajdują się np. na stacjach benzynowych przy autostradach, czasami ładują prądem stałym. W tym przypadku ładowarka jest zintegrowana ze stacją ładowania, a prąd jest doprowadzany bezpośrednio do akumulatora pojazdu.