Ładowanie samochodu elektrycznego wyjaśnione: technologia, osiągi i czynniki w rzeczywistych warunkach

Ładowanie akumulatora samochodu elektrycznego polega na wprowadzeniu do niego energii elektrycznej, która jest przechowywana w postaci energii chemicznej. Odbywa się to przez przemieszczanie elektronów i jonów między dwiema elektrodami akumulatora: katodą i anodą, oddzielonymi elektrolitem.

Podczas ładowania elektrony przepływają od źródła zasilania (np. stacji ładowania) do katody. Jednocześnie dodatnie jony przemieszczają się z katody do anody przez elektrolit. Po pełnym naładowaniu akumulator magazynuje energię dzięki dużej różnicy potencjałów między jego zaciskami, gotową do zasilania pojazdu.

Proces jest odwracalny. Podczas rozładowania elektrony przepływają z anody do katody przez obwód zewnętrzny, generując prąd napędzający silnik elektryczny.

Wydajność ładowania

Wydajność ładowania różni się znacznie w zależności od modelu samochodu elektrycznego i jest kształtowana przez kilka kluczowych czynników:

Konfiguracja pakietu akumulatorów

Napięcie pakietu akumulatorów wpływa na maksymalną szybkość ładowania. Na przykład ładowarka DC CCS o mocy 50 kW dostarczająca 125 A wymaga co najmniej 400 V, aby osiągnąć pełną wydajność. Pakiet o napięciu 300 V byłby ograniczony do 37,5 kW (300 V × 125 A).

Podobnie, większość ładowarek CCS HPC jest ograniczona do 500 A. Oznacza to, że pakiet 400 V może wspierać do 200 kW, podczas gdy pakiet 300 V jest ograniczony do 150 kW.

Modele takie jak Volvo EX90, Polestar 3 i Nio EL8 twierdzą, że obsługują ładowanie z mocą 250 kW w architekturze 400 V, jednak zależy to od ładowarek, które nie są ograniczone do 500 A.

Samochody elektryczne 800 V na ładowarkach 400 V

Samochody elektryczne 800 V mogą być ograniczane przez starsze ładowarki 400–500 V. Na przykład Tesla Superchargers są ograniczone do 500 V, co obniża szybkość ładowania pojazdów 800 V.

Niektóre samochody elektryczne, takie jak Mercedes CLA, nie mają możliwości ładowania na ładowarkach 400 V,

Technika inwertera

Niektóre samochody elektryczne wykorzystują pokładowe inwertery do konwersji napięcia i dostosowania się do różnych typów ładowarek. Jest to szczególnie przydatne, gdy pojazdy 800 V podłączają się do starszych ładowarek DC 400 V. Inwerter podwyższa napięcie wewnętrznie, umożliwiając ładowanie pojazdu nawet wtedy, gdy ładowarka nie obsługuje natywnie wyjścia 800 V.

Jednak ta konwersja napięcia ma ograniczenia wydajnościowe, skutkujące obniżonymi szczytowymi szybkościami ładowania. Dokładne osiągi zależą od architektury inwertera pojazdu oraz jego możliwości chłodzenia.

Przykładowe maksymalne szybkości ładowania przy konwersji napięcia przez inwerter:

Lucid Gravity wykorzystuje zaawansowany system inwertera-boost, który umożliwia ładowanie wysokim napięciem (926 V) z źródeł o niższym napięciu, takich jak Superchargery Tesla V3 (≈500 V). Osiąga to dzięki osadzeniu przetwornicy podwyższającej napięcie w jednostce napędu tylnego silnika — wykorzystując stojan silnika i tranzystory SiC do podwyższenia napięcia — bez istotnego zwiększenia masy (tylko ~5 kg dodatkowo) czy pogorszenia chłodzenia

Ładowanie bankowe

Ta metoda dzieli pakiet akumulatorów na dwie sekcje po 400 V. Modele takie jak Audi Q6 e-tron i Porsche Macan obsługują do 135 kW na 400 V i do 270 kW na 800 V. Tesla Cybertruck może osiągnąć 230 kW na Superchargerach 500 V.

Temperatura

Temperatura akumulatora ma kluczowy wpływ na szybkość ładowania. W zimnych warunkach ładowanie może zwolnić nawet o ponad 50% z powodu ograniczeń Systemu Zarządzania Akumulatorem (BMS). Wiele samochodów elektrycznych wstępnie ogrzewa akumulator podczas nawigacji do stacji ładowania.

W gorących warunkach BMS może również ograniczyć ładowanie, aby zapobiec przegrzewaniu. Optymalne temperatury ładowania mieszczą się w zakresie 25–35°C (77–95°F). Powyżej 50–60°C ładowanie może zostać ograniczone, aby chronić akumulator.

Samochody elektryczne z szybkim ładowaniem muszą mieć skuteczne systemy zarządzania termicznego, aby utrzymać odpowiednią temperaturę akumulatora podczas sesji.

Krzywe ładowania EVKX odzwierciedlają warunki optymalne:

• Temperatura akumulatora jest wystarczająco wysoka, aby osiągnąć maksymalną prędkość ładowania.
• Akumulator pozostaje w bezpiecznych granicach podczas sesji 0–100%.

Oprogramowanie BMS

Oprogramowanie BMS kształtuje również krzywe ładowania. Producenci balansują szybkość ładowania z żywotnością akumulatora. Ponieważ szybkie ładowanie przyspiesza degradację, niektóre samochody elektryczne ograniczają szybkość ładowania lub liczbę sesji o wysokiej mocy.

Dla przykładu:

• Toyota BZ4X umożliwia tylko dwie sesje szybkiego ładowania na 24 godziny.
• Porsche Taycan pozwala użytkownikom ograniczyć szybkość ładowania (np. z 270 kW do 200 kW), aby zmniejszyć zużycie.

Przykłady szybkości ładowania

EVKX dostarcza dane i wykresy rzeczywistej wydajności ładowania dla każdego modelu samochodu elektrycznego:

• Zeekr 7x Long Range AWD: Szczytowo powyżej 430 kW.

  Ten model wymaga ponad 650 A, aby osiągnąć pełną szybkość. Na ładowarkach 400 V jest ograniczony do 80 kW. Diagram krzywej ładowania pokazuje wszystkie trzy scenariusze.

  

• Kia EV6 GT: Wysoka prędkość szczytowa przy płaskiej krzywej, idealne do podróży na duże odległości.

  

• Nissan Ariya: Umiarkowana prędkość szczytowa, ale spójna krzywa.

  

Podsumowanie

Podczas długich podróży kształt krzywej ładowania ma znaczenie. Płaskie krzywe sprzyjają dłuższym, równomiernym postojom, podczas gdy krzywe z wyraźnymi szczytami są korzystne przy szybkich doładowaniach. EVKX pomaga porównywać i zrozumieć rzeczywistą wydajność każdego modelu.