Wyobraźmy sobie, że jedziemy samochodem elektrycznym w trasę. Zasięg, który wyświetla się na ekranie, nie wystarczy na dotarcie do celu. Znajdujemy więc publiczną ładowarkę po drodze i podłączamy samochód. Jak szybko uzupełni się energia w akumulatorze? Jedyna słuszna odpowiedź na to pytanie brzmi „to zależy”.
Krzywa ładowania – co to jest?
Ładowanie samochodu elektrycznego nie przebiega przez cały czas z taką samą mocą i prędkością, nawet jeśli ładowarka działa tak samo. Zmiany w przebiegu procesu ładowania odzwierciedla krzywa – dane dla większości aut da się znaleźć w Internecie, co może być podpowiedzią dla użytkowników.
– Krzywa ładowania to proces ładowania akumulatora trakcyjnego pojazdu, która umożliwia planowanie tak, aby czas ładowania był jak najkrótszy. Decydującym czynnikiem kształtującym krzywą ładowania jest BMS (Battery Management System), który kontroluje moc ładowania przyjmowaną przez akumulator z ładowarki. BMS ma za zadanie zarządzać procesem ładowania w sposób zapobiegający nierównomiernemu ładowaniu ogniw, przeładowaniu lub przegrzaniu baterii.
Krzywa ładowania zatem ilustruje zależność między poziomem naładowania baterii a mocą ładowania oraz szybkością procesu. Proces ładowania samochodu można podzielić na trzy główne fazy. Pierwsza, obejmująca ładowanie do 10-20% pojemności baterii, charakteryzuje się stopniowym zwiększaniem mocy ładowania, co prowadzi do wzrostu krzywej ładowania. Druga, do 80% pojemności baterii, często oznacza najszybsze tempo ładowania, po czym moc ładowania stabilizuje się na wysokim poziomie, a tempo ładowania maleje w miarę pełnienia baterii. Trzecia, powyżej 80%, charakteryzuje się spadkiem szybkości ładowania, ponieważ BMS obniża tempo ładowania w celu przedłużenia żywotności baterii – tłumaczy Mikołaj Krupiński z Instytutu Transportu Samochodowego.
– Krzywa ładowania jest dosyć istotna w momencie, kiedy chcemy się szybko ładować na trasie. Pokazuje nam ona, jakie moce są przekazywane do samochodu w zależności od tego jaki jest stan naładowania akumulatora. Na dolnej osi wykresu mamy procenty określające stan naładowania akumulatora, natomiast na osi pionowej znajduje się moc ładowania. Im bardziej krzywa jest wyprostowana i wyższa, tym wyższe moce ładowania osiąga auto – dodaje Grzegorz Laskowski, ekspert Audi.
Moce zależą od modelu
Dokładne moce ładowania przy konkretnych poziomach naładowania zależą od konkretnego modelu auta. Co na nie wpływa? Chodzi o dwa czynniki. Pierwszym jest temperatura akumulatora. Gdy się go ładuje, zwiększa się jego temperatura – i trzeba ją wtedy kontrolować, by nie przekroczyć wartości maksymalnych. W Audi do 50 stopni Celsjusza wszystko jest pod kontrolą, natomiast powyżej tej granicy do gry musi wejść system zarządzania temperaturą. Jeśli już nie da rady – wtedy obniżona jest moc ładowania” – tłumaczy Grzegorz Laskowski. Drugi czynnik został już wspomniany. „Im bardziej akumulator jest napełniony elektronami, tym trudniej jest napełniać go dalej.
I dlatego pod koniec, przy wysokim poziomie ładowania ładowanie zwalnia” – dodaje ekspert. To oznacza, że czekanie na doładowanie akumulatora do 100% często nie ma sensu z punktu widzenia optymalizacji czasu podróży. Bardziej może opłacać się naładowanie do 80% i zaplanowanie drugiego, krótszego postoju.
Maksymalna, niemiarodajna moc
Jak wskazuje Grzegorz Laskowski, podawana przez różnych producentów maksymalna moc ładowania nie jest wcale miarodajnym parametrem. „Tesla podaje, że w szczytowym momencie ładuje się z mocą 250 kW… tylko że jest tak tylko przez kilka minut, a potem szybko spada. Gdy porówna się czasy ładowania takiego auta z modelem, który ma niższą maksymalną moc, ale bardziej płaską krzywą, wyjdzie na to, że w tym drugim spędzi się mniej czasu przy ładowarce”.
Czy można jakoś wpłynąć na to, by auto ładowało się szybciej i bardziej efektywnie? Grzegorz Laskowski wskazuje, że w Audi jest to możliwe w przypadku zaplanowania trasy i ładowania z użyciem fabrycznego systemu nawigacyjnego (a nie Google Maps czy Waze). Auto przygotowuje wtedy baterię, odpowiednio wykorzystując układ chłodzenia – tak, by po dojeździe do ładowarki miała optymalną temperaturę. Ważne, by poziom naładowania nie był zbyt niski – zazwyczaj nie powinno się „schodzić” poniżej 10%, choć dokładne „minimalne” wartości zależą od parametrów i cech poszczególnych aut.
Krzywa ładowania w różnych modelach
Na stronie EVKX.net można znaleźć wykresy krzywej ładowania dla wielu popularnych modeli samochodów elektrycznych. Zerknijmy dziś na produkty marek z segmentu premium. Przykładowo, oto wykres dla Tesli Model Y Long Range z akumulatorem 82 kWh. Średnia moc ładowania dla zakresu od 0 do 100% wynosi tu 72,5 kW. Przy zakresie od 10 do 100% to 68,9 kW, a 10-90% – 87,7 kW. Najlepiej parametr wypada przy zakresie od 10 do 80% – wynosi 101,2 kW. Optymalny zakres, w jakim ładowanie jest najskuteczniejsze, jest od 5 do 45%, a optymalny czas ładowania to 17 minut i 8 sekund. Tesla Model Y ma system podgrzewania baterii.
Wykres – tak jak wszystkie pozostałe – podany jest dla optymalnych warunków. W rzeczywistym świecie do gry wchodzi jeszcze kilka innych zmiennych, takich jak temperatura zewnętrzna czy parametry samej ładowarki, która przecież nie zawsze „podaje” tyle, ile powinna.
Sprawdźmy, jak wygląda krzywa dla BMW iX1 xDrive 30 68 kWh. Średnia moc ładowania przy zakresie 0-100%: 63,1 kW. Przy zakresie 10-100%: 60,4 kW. Dla zakresu 10-90% parametr wynosi 70,8 kW, a 10-80%: 82,5 kW. Optymalny zakres dla ładowania to ten między 1 a 51%. Ładowanie najbardziej „opłaca się” skończyć po 23 minutach i 55 sekundach.
Zwróćmy teraz uwagę na model z większym akumulatorem. Mercedes EQE SUV 350 4Matic ma baterię o pojemności 96,12 kWh. Tutaj średnia moc ładowania od 0 do 100% wynosi aż 98,3 kW. Od 10 do 100% to 96,1 kW, a między 10 a 90% sięga 114,6 kW. Między 10 i 80% wynosi 132,2 kW. Optymalny zakres to 2-64%, optymalny czas – 28 minut i 46 sekund.
Krzywa dla Audi Q8 e-tron 55 z baterią 114 kWh prezentuje się następująco. Średnia prędkość to 96,4 kW, w zakresie 10-100% – 94,2 kW, w zakresie 10-90% – 126,7 kW, a między 10 i 80%: 139,8 kW. Optymalny obszar, w którym auto najskuteczniej się ładuje, to od 3 do 74%. Optymalny czas: 37 minut i 58 sekund.
Jak widać po wykresach, w każdym aucie – tym razem z segmentu premium – proces ładowania przebiega nieco inaczej. Planując ładowanie w trasie warto pamiętać o tym, by w miarę możliwości wykonać je tak, by przebiegło w sposób maksymalnie optymalny. Auto nie powinno być ani za mocno rozładowane ani mieć w akumulatorach za dużo energii. Dobrze jest także wprowadzić adres ładowarki do fabrycznego systemu nawigacji, by auto zaczęło już wcześniej przygotowywać baterię i utrzymywało jej optymalną temperaturę. Krzywe ładowania swojego auta warto znać – tak, by móc stosować kilka prostych „trików”, które mogą znacząco skrócić czas spędzany przy ładowarkach i – co za tym idzie – sprawić, że dojedziemy do celu szybciej. To szczególnie istotne przed planowanymi długimi, wakacyjnymi wyjazdami.
Mikołaj Adamczuk
