Ile trwa ładowanie samochodu elektrycznego i od czego zależy?

Jak przebiega ładowanie w samochodzie elektrycznym?

Zapewne każdy posiadacz sprzętów z kategorii elektroniki użytkowej wie, że ich naładowanie zajmuje zazwyczaj od kilku do kilkunastu godzin w zależności od rodzaju urządzenia i mocy maksymalnej, z jaką można je ładować. Oczywiście podzespołem, który wymaga ładowania, aby zasilać sprzęt, jest akumulator lub inaczej bateria akumulatorowa. Nie inaczej jest w przypadku aut elektrycznych, których napęd zasilany jest właśnie z akumulatorów trakcyjnych o określonej pojemności. Podobnie, jak elektronika użytkowa, również pojazd elektryczny potrzebuje regularnego (lub w razie potrzeby) zasilania akumulatorów za pomocą kompatybilnej stacji ładowania tudzież ładowarki EV. Jak zatem w uproszczeniu przebiega ładowanie akumulatorów w samochodzie elektrycznym?

Schemat budowy samochodu elektrycznego; Źródło: afdc.energy.gov

Elementem pojazdu elektrycznego, który łączy go ze stacją ładowania, jest port ładowania. Zazwyczaj każdy samochód elektryczny posiada w standardzie kabel ładujący z odpowiednim złączem, jednak warto rozważyć zakup optymalnego przewodu w zakresie szybkości ładowania. Po podłączeniu pojazdu do stacji ładowania o wybranej mocy energia może zasilić bezpośrednio akumulatory trakcyjne, które przechowują ją do późniejszego wykorzystania przez elektryczny silnik trakcyjny. Trzeba jednak pamiętać, że w akumulatorach przechowywany jest prąd stały (DC). Jeżeli zatem kierowca korzysta z ładowarki podającej prąd zmienny (AC) musi liczyć się z faktem, że dostarczona do pojazdu energia zanim trafi do akumulatorów będzie przekształcana przez wbudowany falownik lub ładowarkę pokładową. Urządzenie to kontroluje także stan naładowania akumulatorów, a także napięcie, czy temperaturę podczas procesu ładowania.

Prąd stały z akumulatorów trakcyjnych przechodzi także przez konwerter DC / DC, który zmienia jego wysokie napięcie na niższe, aby zasilić akcesoria elektroniczne w pojeździe oraz naładować akumulator pomocniczy. Podzespołem kontrolującym przepływ energii do silnika w samochodzie elektrycznym jest sterownik elektroenergetyczny, który monitoruje prędkość pracy silnika i jego moment obrotowy. Elektryczny silnik trakcyjny współpracuje natomiast z przekładnią, która przenosi wytworzoną przez niego moc mechaniczną do napędzania kół samochodu. Nad prawidłową temperaturą pracy wszystkich elektrycznych podzespołów w pojeździe czuwa wbudowany układ termiczny lub inaczej układ chłodzenia. Już na etapie opisu procesu ładowania auta elektrycznego można zauważyć czynniki, które będą determinować jego prędkość.

Od czego zależy szybkość ładowania samochodu elektrycznego?

Osoba rozważająca inwestycję w zakup samochodu elektrycznego nie jest bynajmniej “skazana” na z góry określoną, wielogodzinna konieczność ładowania pojazdu. Istnieją bowiem czynniki, które będą wpływać szybkość, a co za tym idzie ogólny czas trwania procesu. Warto wziąć je pod uwagę jeszcze przed wyborem konkretnego modelu auta, jaki i już w trakcie jego eksploatacji. Od czego zatem zależy to, jak szybko ładuje się samochód elektryczny? Należy w tym kontekście wymienić takie aspekty, jak:

• rodzaj stacji ładowania - bezpośreni wpływ na czas ładowania pojazdu elektrycznego będzie miał fakt, czy kierowca korzysta ze stacji ładowania AC czy DC. Chodzi tu oczywiście nie tylko o moc tych urządzeń, ale także o konieczność przekształcania prądu zmiennego AC na prąd stały DC zanim trafi on do akumulatorów. Oznacza to, że ładowanie na stacji AC będzie trwało dłużej niż na stacji DC. Dlatego też potocznie te pierwsze nazywa się wolnymi, a te drugie szybkimi, a nawet superszybkimi;
• moc stacji ładowania - aspektem powiązanym w pewnym z topniu z rodzajem stacji EV, jest moc tego urządzenia. Samochód elektryczny o odpowiednim zestawie parametrów zostanie naładowany szybciej za pośrednictwem stacji ładowania o mocy 22 kW niż 3,7 kW;
• ograniczenia mocy ładowania w samochodzie - prędkość ładowania akumulatorów w samochodzie elektrycznym uzależniona jest w dużym stopniu od ograniczeń konstruktorskich pojazdu. Dla przykładu maksymalną mocą, z jaką można ładować Nissana Leaf, jest wartość rzędu jedynie 6,6 kW. W nowym modelu Renault Zoe natomiast zainstalowano ładowarkę pokładową, która umożliwia ładowanie auta z mocą 22 kW. Znacznie skraca to czas zasilenia akumulatorów;
• instalacja jednofazowa lub trójfazowa - domowa stacja ładowania korzystająca z instalacji jednofazowej będzie miała zdecydowanie mniejsze możliwości w zakresie czasu ładowania pojazdu elektrycznego. Warto rozważyć w tym kontekście zasilanie urządzenia ze złącza siłowego (instalacji trójfazowej 400V), szczególnie jeżeli auto dysponuje baterią o sporej pojemności i ładowarką pokładową o dużej mocy. Trzeba w tym miejscu zaznaczyć, że ładowanie samochodu przenośną ładowarką podłączoną do standardowego gniazdka (230V) przyniesie zdecydowanie najmniej efektywne rezultaty w kontekście czasu ładowania pojazdu;
• przepustowość kabla ładującego - kable ładujące dostarczane w standardzie wraz z samochodem elektrycznym nie zawsze oferują optymalne parametry w zakresie czasu ładowania pojazdu. Wielu kierowców decyduje się na zakup dodatkowego przewodu, oczywiście po uprzedniej konsultacji w zakresie kompatybilności specyfikacji i zabezpieczeń;
• stan instalacji elektrycznej - niezwykle istotnym aspektem wpływającym nie tylko na szybkość ładowania samochodu elektrycznego, ale także na bezpieczeństwo tego procesu, jest stan instalacji elektrycznej i samej stacji ładowania, do której podłączony jest pojazd. Przepięcia, przeciążenia, skorodowane złącza, czy zużyte podzespoły będą istotne w procesie ładowania samochodu;
• dynamiczne zarządzanie ładowaniem w systemach łączonych - stacje ładowania dla firm lub na przykład te, które można spotkać na parkingach podziemnych, czy przy innych obiektach użyteczności publicznej mogą być połączone w system kilku urządzeń. Jeżeli ma on zainstalowaną bardzo przydatną dla właściciela infrastruktury funkcję dynamicznego zarządzania obciążeniem, wówczas kierowca podpinający pojazd do jednej z ładowarek musi liczyć się z tym, że jej moc może być ograniczona do mocy przyłączeniowej systemu (jeżeli pozostałe ładowarki są w tym samym czasie w użyciu). Zdecydowanie może to zatem wpływać na szybkość ładowania auta;
• pojemność akumulatora - nie tyle w kontekście prędkości ładowania, ile czasu potrzebnego do pełnego zasilenia akumulatorów w samochodzie, istotna będzie ich pojemność. Kierowca chcący w pełni naładować np. Audi E-tron podłączony do tej samej ładowarki, co właściciel Renault Zoe, zapewne spędzi na stacji więcej czasu;
• temperatura otoczenia - samochody elektryczne pobierające energię z akumulatorów litowo-jonowych będą ładowały się wolniej w niższych temperaturach. W ekstremalnych sytuacjach system zarządzania baterią w pojeździe może nawet całkowicie zablokować możliwość ładowania, aby ochronić ogniwa. Wynika to oczywiście z reakcji chemicznych zachodzących podczas ładowania akumulatorów, które zanim nie osiągną odpowiedniej temperatury, nie będą mogły ładować się z taką prędkością, jak ma to miejsce w przypadku optymalnych warunków atmosferycznych.

Ile trwa ładowanie popularnych modeli EV?

Mając na uwadze wszystkie aspekty, które mogą wpływać na prędkość ładowania samochodu elektrycznego można pokusić się o obliczenie czasu potrzebnego na pełne naładowanie popularnych modeli aut jeżdżących po polskich drogach. W poniższej tabeli przedstawiliśmy takie dane przyjmując różne wartości mocy ładowania za pomocą stacji ładowania AC. W przypadku szybkich ładowarek DC, których moc najczęściej mieści się w zakresie od 50 kW do 350 kW czasy podane w tabeli będą zdecydowanie krótsze i mogą zostać zredukowane nawet do 30-45 minut. Trzeba jednak pamiętać, że nie każdy model pojazdu ze względu na ograniczenia ładowarki pokładowej będzie w stanie wykorzystać moc podawaną przez te stacje ładowania.

Zasięgi tych pojazdów przy w pełni naładowanych akumulatorach wynoszą odpowiednio:

Skoda Citigo-e - ok. 260 km
Renault ZOE - ok. 377 km*
Tesla Model 3 - ok. 400 km
Audi E-tron - ok. 441 km*

*Zasięg WLTP (Worldwide Harmonized Light vehicles Test Procedure, cykl znormalizowany: 57% tras miejskich, 25% tras podmiejskich, 18% tras na autostradzie)

Warto także pamiętać, że ładowarki AC o mocach podanych w powyższym zestawieniu można z powodzeniem zamontować w domu i podłączyć do jednofazowej lub trójfazowej instalacji. Wówczas zwiększa się komfort użytkownika samochodu, który na czas jego ładowania może przeznaczyć godziny nocne zamiast szukać sobie zajęcia podczas pobytu na publicznej stacji ładowania. Jest to też okazja do generowania oszczędności, gdyż ładowanie samochodu w domu jest zdecydowanie tańsze niż na ogólnodostępnej stacji. Wystarczy wykorzystać tańszą, nocną taryfę lub ładować samochód z fotowoltaiki.

Jak skrócić czas ładowania samochodu elektrycznego?

Użytkownik samochodu elektrycznego, który posiada wiedzę na temat czynników, od których zależna jest prędkość ładowania jego pojazdu, może zastanowić się nad wdrożeniem sposobów pozwalających ten proces przyspieszyć lub choćby zoptymalizować. Co zatem można zrobić, aby ładować samochód elektryczny szybciej? Z pewnością warto rozważyć:

• zakup auta z ładowarką pokładową o wysokiej mocy - pozwoli to w pełni wykorzystywać możliwości “silniejszych” ładowarek AC, a także szybkich stacji ładowania DC;
• korzystanie z publicznych stacji ładowania DC - choć szybkie ładowanie jest droższe niż standardowe, to w sytuacji w której liczy się każda minuta, warto korzystać ze stacji ładowania DC, jeżeli pojawią się one na trasie przejazdu (jest ich zdecydowanie mniej niż stacji AC) i parametry samochodu na to pozwalają;
• podłączenie domowej ładowarki do złącza siłowego - instalacja trójfazowa (400V) pozwala w pełni korzystać z mocy ładowarek 22 kW. To znaczący progres w kontekście prędkości ładowania auta w stosunku do korzystania z ładowarek podłączanych do zwykłego gniazdka (230V);
• zakup kabla ładującego o optymalnej przepustowości - warto sprawdzić, czy kabel ładujący dołączony do samochodu elektrycznego, jest najbardziej optymalnym wyborem dla tego modelu pojazdu w odniesieniu do prędkości jego ładowania;
• zadbanie o stan instalacji i urządzenia - chcąc korzystać z pełnej mocy ładowania domowej ładowarki trzeba pamiętać o jej regularnym serwisowaniu i usuwaniu ewentualnych usterek. Nie mniej istotne jest zadbanie o prawidłowy stan instalacji elektrycznej i powierzenie wykonania przyłączy specjalistom z odpowiednimi uprawnieniami.

O czym pamiętać ładując samochód elektryczny?

W kontekście prędkości ładowania aut i czasu, jaki ten proces zajmuje warto pamiętać o kilku aspektach, które nie tylko są dobrymi praktykami w odniesieniu do eksploatacji auta, ale także…dobrze świadczą o jego kierowcy. O czym zatem warto pamiętać? Na przykład o tym, aby:

• nie dopuszczać do całkowitego rozładowania akumulatorów - jest to niekorzystne dla żywotności samych ogniw, ale także wydłuża czas potrzebny na ich naładowanie za każdym razem. Dodatkowo istnieje ryzyko nie braku stacji ładowania w pobliżu, co będzie skutkowało unieruchomieniem pojazdu;
• planować ładowanie z wyprzedzeniem - dobrą praktyką jest planowanie ładowania samochodu w domu z uwzględnieniem kilometrażu na następny dzień, a także przeanalizowanie dostępności publicznych stacji na trasie dłuższego przejazdu;
• nie pozostawiać auta podpiętego pod ładowarką publiczną dłużej niż to konieczne - takie zachowanie jest nie tylko w złym guście w stosunku do innych użytkowników aut elektrycznych, ale grozi także karami finansowymi od operatorów sieci stacji ładowania;
• nie parkować na miejscach wyznaczonych do ładowania - również w wyjątkowo złym guście jest korzystanie z miejsca przeznaczonego do ładowania pojazdu elektrycznego jak ze zwykłego miejsca parkingowego. Oprócz strat wizerunkowych może się to wiązać także ze stratami finansowymi;
• pamiętać o ograniczeniach ładowania w niskich temperaturach - w kontekście czasu ładowania samochodu elektrycznego trzeba mieć na uwadze, że może on być wydłużony w przypadku ujemnych temperatur. Warto o tym pamiętać, aby niemiło się nie zaskoczyć i nie uszkodzić akumulatorów przy wymuszonych próbach rozruchu.