Szybkie ładowanie w trasie, wolne w domu, ampery, wolty, kilowaty i dużo różnych wtyczek wprawiają w zakłopotanie, a ładowarki AC czy DC kojarzą się co najwyżej z australijskim zespołem? Czemu to brzmi tak zawile, mimo, że jest prostsze, niż myślisz?
Jeśli z prądem masz do czynienia tyle, co wymiana żarówki, nie w głowie Ci dyplom z elektrotechniki, a chcesz tylko krótko i na temat dowiedzieć się, o co chodzi z ładowarkami do aut elektrycznych, to jesteś w dobrym miejscu.
Ja jestem Lopez, i wożę się na prądzie. Zapraszam na pierwszą lekcję Wychowania Elektromobilnego. Zapinaj pasy i jedziemy.
Zobacz, w sieci mamy prąd o przebiegu przemiennym, czyli AC (alternating current). W każdym akumulatorze, prąd jest o przebiegu stałym, czyli DC (direct current). No nijak to do siebie nie pasuje, a naładować się jakoś musimy.
Czekaj czekaj, ale jak mam akumulator w swoim spalinowym samochodzie, a on również jest na prąd stały, to żeby go naładować, podłączam prostownik, który ma z boku napisane AC/DC, akumulator się ładuje i wszyscy zadowoleni.
I dokładnie o to chodzi. Potrzebujemy urządzenia, które zamieni nam prąd AC z sieci na DC do akumulatora. I to urządzenie nazywa się ładowarką.
Każde auto elektryczne jest wyposażone w ładowarkę pokładową. Rysunek oczywiście przedstawia to schematycznie. Pełni ona rolę prostownika. Po podłączeniu auta do sieci, np. w swoim garażu, akumulator samochodu zaczyna się ładować.
Ale zaraz, skoro ładowarka jest wbudowana w auto, to czym jest ten kabel, jak od laptopa, który dostajemy do samochodu, i podłączamy do gniazdka zwykłego lub siłowego?
To nie jest ładowarka. To kabel o odpowiedniej grubości (tak, wiem, przekroju), zawierający trochę elektroniki (w wersji najbardziej podstawowej wystarczy sam opornik) i zabezpieczeń. Jego zadaniem jest połączyć sieć z ładowarką pokładową auta, dobrać parametry ładowania i nie dopuścić jednocześnie do spięć, pożaru, czy porażenia prądem, np. od metalowego nadwozia samochodu. Ale wychodzi z niej nadal prąd AC. Stąd też, potocznie nazywamy to ładowarką AC, nawet gdy mówimy o garażowych wallboxach, na stałe podłączonych do instalacji.
Na ten moment, baterie w samochodach mają pojemność od około 30, do mniej więcej 100 kWh (choć Lucid zwiastuje baterię o imponującej pojemności 113 kWh). Zwykłe, domowe gniazdko pozwoli na pobranie 2,3 kW, do 3,7 kW mocy. Po podzieleniu pojemności baterii, czyli np. 70 kWh przez moc, jaką możemy pobrać ze zwykłego gniazdka, załóżmy pesymistycznie 2,3 kW, po skróceniu kilowatów, wyjdzie nam 30 godzin oczekiwania na naładowanie. Słabo, prawda? Idźmy dalej.
Aha, szybka wskazówka dla niewtajemniczonych: pobierając moc np. 5 kW przez godzinę zużyliśmy 5 kWh energii, przez pół godziny 2,5 kWh, przez 2 godziny 10 kWh itd.
Najmocniejsze gniazdko, czyli tzw. siłowe czy trójfazowe, jakie w większości przypadków możemy mieć w domu, czy nawet mieszkaniu, pozwoli na podłączenie urządzenia o mocy do 22 kW. (Tak, są większe, głównie na potrzeby przemysłowe, ale na razie je pomijam i zaraz zobaczysz czemu.) Teraz, biorąc na warsztat wspomnianą baterię o pojemności 70 kWh, dzieląc przez 22 kW mocy ładowarki, uzyskujemy około 3,5 godziny czekania.
Już lepiej, nieprawdaż? A gdzie jest haczyk?
Wspomniałem o 22 kW mocy ładowarki, a nie gniazdka. Tak też jest w rzeczywistości – maksymalną moc ładowania determinuje nam moc ładowarki pokładowej. Punktem, z którego pobieramy prąd możemy albo ją w pełni wykorzystać, albo nie.
Najpopularniejsze są samochody z ładowarką pokładową o mocy 11 kW. Oznacza to, że ładując auto z wbudowaną ładowarką o mocy 11 kW ze zwykłego gniazdka o mocy do 2,3 kW, do baterii w ciągu godziny trafi 2,3 kWh prądu. Podłączając je natomiast pod gniazdo siłowe o mocy do 22 kW, auto będzie się ładować z mocą… 11kW, dlatego że ładowarkę o dokładnie takiej mocy ma na pokładzie. Jest od tego mały wyjątek, ale o tym później.
Okej, cztery, czy nawet osiem godzin do pełna, w nocy w domu jest akceptowalne. Ale co przy trasie?
Omówiliśmy powyżej tak zwane ładowanie AC, czyli ładowanie za pośrednictwem ładowarki pokładowej auta.
Uwaga, jeśli chcesz odcinek o tym, jak przygotować się na auto elektryczne w domu, jakich błędów nie popełnić remontując czy kładąc instalację, koniecznie daj mi o tym znać w komentarzu.
Drugim ze sposobów jest ładowanie prądem stałym, czyli DC. Na początku wspomniałem, że w baterii jest prąd stały, czyli właśnie DC. Cokolwiek by to znaczyło, brzmi jakbyśmy mieli z górki, prawda?
Prawda. W baterii jest prąd stały, DC, oraz źródło prądu stanowi prąd stały, DC. Czyli co następuje? Ładujemy się prosto w akumulator.
A gdzie się podziała ładowarka?
Zapewne stoi niedaleko w formie pokaźnej szafy z ostrzeżeniem, by jej nie głaskać po metalowych elementach.
Ładowarki DC oferują aktualnie moc ładowania w przedziale 50 – 150 kW. Oczywiście w przygotowaniu są mocniejsze, zwłaszcza, ze niektóre auta przyjmą już na siebie 250 kW i więcej. Dlatego też mówimy o ładowaniu szybkim, bowiem dzieląc pojemność baterii, np. 70 kWh przez moc ładowarki DC, np. 100 kW, najczęściej otrzymamy wynik oczekiwania poniżej 1 godziny, i to zakładając, że ładujemy się od zera, co jest swego rodzaju uproszczeniem, a zarazem najbardziej pesymistycznym scenariuszem.
W przypadku ładowarki DC, maksymalną moc ładowania definiuje sam akumulator. Czyli, analogicznie; jeśli akumulator danego auta może przyjąć na siebie moc maksymalną na poziomie 60 kW, podłączając się pod ładowarkę o mocy 50 kW, auto będzie się ładować z mocą 50 kW, a pod ładowarkę 100 kW, z mocą 60 kW, bo tyle też jest w stanie najwięcej przyjąć akumulator. Stoją za tym chemia i fizyka, a chodzi o to, żeby nie usmażyć ogniw, z których składa się akumulator.
Tak jak zapewne zauważyłeś, do ładowarki DC, która już serio jest pełnoprawną ładowarką, nadal dochodzi prąd AC, a wychodzi z niej DC, więc fizycznie wszystko się zgadza. A jej gabaryt jest odpowiedzią, dlaczego ładowarki pokładowe nie mają po 100 kW mocy :P.
Drugą z odpowiedzi jest moc typowego domowego przyłącza elektrycznego, która plasuje się zazwyczaj na poziomie około 15 kW. Najczęściej można ją podnieść bez problemu, czyli wyłącznie za stosownym pismem i opłatą, bez konieczności wymiany kabli na grubsze, do okolic 25 – 30 kW, by 22 kW przeznaczyć na auto, a pozostałą rezerwę na dom.
Schematyczne, paintowe przedstawienie oparłem o najbardziej powszechne, europejskie standardy złączy: Typ 2 oraz CCS.
Typ 2 zazwyczaj służy wyłącznie dostarczenia prądu AC do ładowarki pokładowej. Zauważyłeś zapewne, że podczas ładowania AC wykorzystujemy tylko górną część gniazdka.
W przypadku ładowania DC, przy użyciu wtyczki CCS, wykorzystamy całe gniazdko, jednak wyprostowany prąd DC będzie płynął poprzez dolne, dwa grube złącza, właśnie prosto w baterię. Część wspólna obu wtyczek to bolec uziemienia, oraz dwa piny komunikacyjne.
Może się zdarzyć, że dane auto nie będzie obsługiwać ładowania DC. Wtedy gniazdko w aucie to np. będzie wyłącznie Typ 2. Wyjątkiem od reguły jest też Tesla, która w obrębie samego Typu 2 ma również szybkie ładowanie DC, dlatego w Polsce trzeba skorzystać z przejściówki CCS – Typ 2, ale DC. Standardów złączy w samochodzie jest trochę, dlatego zrobimy o tym osobny odcinek.
Ciekawostką jest, że niektóre marki, obecnie Audi i Porsche, dublują gniazdko na obie strony samochodu. Najczęściej z drugiej strony jest już tylko Typ 2 do ładowania AC, jednak zabieg ma na celu wyłącznie podniesienie komfortu użytkownika – by nie trzeba było analizować, czy na napotkanym słupku ładowania AC na mieście wystarczy nam kabla, co przezornie najczęściej kończy się zabieraniem ze sobą przedłużacza Typ 2 – Typ 2.
Jako mała wskazówka podpowiem, że jeśli wyposażysz się w przenośną ładowarkę AC tego typu, o mocy do 22 kW (wtedy bazowym złączem będzie duża wtyczka siłowa), zyskujesz urządzenie niejako uniwersalne. Mimo wtyczki siłowej na wejściu, można skorzystać z przejściówek na słabsze, także zwykłe gniazdka, więc będziesz przygotowany na każdą ewentualność i nie będziesz potrzebował dokupić ładowarki akcesoryjnej oferowanej przez producenta, najczęściej tylko rzekomo dedykowanej do danego modelu.
Wspomniałem o małym wyjątku od reguły mocy ładowarek pokładowych na poziomie 22 kW. Niektóre auta, przy użyciu ładowarki AC wyposażonej w moduł EVSE, podłączonej na stałe do instalacji, umożliwiają ładowanie AC z mocą do nawet 43 kW. Nie mniej jednak, z przyczyn powyżej wymienionych, nie rozpowszechnią się one znacznie wśród użytkowników domowych. Zwłaszcza, że nawet ładowarka pokładowa o mocy 11 kW przy baterii o pojemności rzędu 100 kWh, w warunkach domowych jest akceptowalna – auto naładuje się w ciągu nocy do pełna, co pozwoli na przejechanie kolejnych kilkuset kilometrów. A moc sięgająca okolic 43 kW dla ładowania AC, często spotykana jest na stacjach ładowania. Nie oznacza to, że każde auto przyjmie na siebie taką dawkę prądu, jednak jeśli ładujesz się zawsze z mocą 11 kW, pomimo infrastruktury instalacji i przenośnej ładowarki AC umożliwiającej ładowanie do 22kW, może się okazać, że akurat Twoje auto zacznie pobierać z sieci 22 kW, właśnie dzięki odpowiednim modułom zawartym w ładowarce zewnętrznej, które „dogadały się” z samochodem.
Jeśli masz jakiekolwiek pytania o powyższe wiadomości, bądź ogólnie o elektromobilność, zadaj je śmiało w komentarzach, lub na Bezszelestnej Grupie na Facebooku. Jeśli pojawią się istotne pytania względem tego materiału, nagram odcinek typu plus do tej lekcji. Napisz koniecznie, czego chciałbyś się dowiedzieć, a jeśli interesują Cię hulajnogi elektryczne i inne urządzenia transportu osobistego, to wbijaj na kanał i fanpage Hulajkersi, opatrzony oczywiście hasztagiem Wozimy się na prądzie.
Dzięki za wszystkie łapki, subskrypcje i do następnego!
