Tai tikriausiai esate pastebėję net jei nevairuojate elektromobilio, nes tas pats principas veikia ir įkraunant telefonus, kompiuterius ir kitus baterijas naudojančius prietaisus. 80 % įkrova pasiekiama labai greitai, tačiau vėliau įkrovimas sulėtėja. Kodėl?
Nurodydami maksimalią įkrovimo spartą gamintojai įprastai pasako, kaip greitai galima įkrauti bateriją iki 80 %. Pavyzdžiui, idealiomis sąlygomis Porsche Taycan nuo 5 % likučio iki 80 % įkrovos gali būti įkrautas per 22,5 minutes. Mercedes-Benz EQC nuo 20 iki 80 % 150 kW stotelėje bus įkrautas per maždaug pusvalandį. Gamintojai dažnai nurodo įkrovimo laiką būtent iki 80 %, nes paskutinius 20 % elektromobiliai įkrauna žymiai lėčiau. Tik kodėl taip yra?
Šis straipsnis nėra skirtas gerai elektroniką ir fiziką išmanantiems žmonėms. Tai – labai supaprastintas paaiškinimas, kuris, tikiuosi, tiks daugumai. Trumpoji versija – mažėjant laisvai talpai baterijoje, didėja įtampos viršijimo ir baterijos apgadinimo rizika, todėl ribojama įkrovimo galia.
Dabar turime susitarti dėl terminų:
- Įkrovimo galia apibrėžia stotelės ir elektromobilio galimybes greitai įkrauti bateriją. Paprastai tariant, kuo didesnė įkrovimo galia, tuo greičiau įkraunama baterija. Galia fizikoje – tai energija perduota ar konvertuota (atliktas darbas) per tam tikrą laiką. Kiekvienas elektromobilis turi maksimalią įkrovimo galią, kurią gali priimti. Ir kiekviena stotelė turi maksimalią įkrovimo galią, kurią gali pasiūlyti. Mūsų atveju, įkrovimo galia matuojama kilovatais (kW), o baterijos talpa – kilovatvalandėmis (kWh). Idealiame pasaulyje, kuriame neegzistuoja greitojo įkrovimo kreivė, varža ir kiti galios nuostoliai, 100 kW įkroviklis 100 kWh bateriją įkrautų per vieną valandą.
- Srovė – tai kryptingas elektronų judėjimas, matuojamas amperais (A).
- Įtampa – tai darbas, kurį elektros krūvis gali atlikti tekėdamas grandine. Įtampa matuojama voltais (V).
Elektrinė galia – tai srovės ir įtampos sandauga. Pavyzdžiui, Tesla Supercharger V2 įkrovimo stotelė pasižymi 120 kW galia – 400 V ir 300 A (400 x 300 = 120000 W). Visi šie dydžiai yra tiesiogiai susiję – jei stotelėje bus apribota įtampa, tai sumažės ir srovė (srovė nesustiprės, kad būtų išlaikyta ta pati galia).
Baterijos talpa voltais nėra matuojama (nesąmonė sakyti „dar liko 10 voltų“), tačiau iškraunant bateriją jos įtampa mažėja. Standartinis automobilio su vidaus degimo varikliu akumuliatorius pasižymi 12 V įtampa. Jei dėl kokių nors priežasčių akumuliatorius nėra įkraunamas, jo įtampa greitai ima kristi. Tas principas veikia ir priešingai – įkraunant akumuliatorių, auga ne tik jo saugomos energijos resursai, bet ir įtampa.
Tai vyksta ir su elektromobilių baterijomis. Pavyzdžiui, pilnai įkrauta Porsche Taycan baterija pasižymi 835 voltų įtampa, tuščia – 610 voltų. Gamintojo numatytų baterijos įtampos ribų negalima peržengti dėl saugumo bei ilgaamžiškumo priežasčių ir to padaryti neleidžia kompiuteris. Dėl to tuščia baterija niekada nėra visiškai tuščia, o pilna – visiškai pilna. Aukščiau minėjome, kad Taycan idealiomis sąlygomis nuo 5 iki 80 % gali būti įkrautas per 22,5 minutes, bet tai pasiekiama tik 270 kW 800 V stotelėse (kurių beveik nėra). Ne tokiose galingose stotelėse, savaime aišku, elektromobilis bus įkraunamas lėčiau.
Tai kas vyksta įkraunant bateriją iki 100 %?
Svarbu, kad žinotumėte, jog automobiliai ir stotelės bendrauja, moduliuodami įkrovimo parametrus pagal elektromobilio ir stotelės galimybes. Taip pat reikia pabrėžti, kad visas šis procesas buvo sukurtas inžinierių ir inžinieriai gali jį pakeisti.
Jei įkrovimo stotelėje pasirodysite su 20 % įkrova, baterijos įtampa bus mažesnė nei gamintojo numatyta maksimali vertė. Stotelė galės pasiūlyti maksimalią įkrovimo galią, nes baterijos įtampa turės vietos augimui saugiose gamintojo numatytose ribose. Įkrovimo metu įtampa galiausiai priartės prie maksimalios vertės, kurios kompiuteris neleis viršyti. Porsche Taycan atveju, tuščia ir pilna baterija skiriasi 225 voltais, bet 800 V įtampa bus pasiekta pakankamai anksti. Saugodamas savo bateriją nuo perkaitimo (dėl augančios vidinės baterijos varžos) ir greito susidėvėjimo, elektromobilis privalės riboti įkrovimo galią. Taip sumažinama įtampa, bet ir srovė, todėl paskutinius 20 % reikalingos energijos elektromobilis pasiims vis lėčiau. Tarsi vaikas, bandydamas limonadu maksimaliai pripildyti stiklinę jos neperpildamas. Bateriją nuo 20 iki 80 % įkrausite greičiau nei nuo 80 iki 100 %.
Tai vadinama greitojo įkrovimo kreive. Jei baterija yra šilta, maksimali įkrovimo galia yra greitai pasiekiama. Kurį laiką baterijos įkrova (%) ir įtampa (V) auga kartu. Priartėjus prie maksimalios gamintojo numatytos baterijos įtampos tenka riboti įkrovimo galią, kad maksimali įtampa nebūtų peržengta, baterija neperkaistų ir per greitai nesidėvėtų.
Ev-database.org pateikiamais duomenimis, Porsche Taycan maksimalią įkrovimo galią (apie 270 kW) palaiko tik iki 30 % įkrovos. Tuomet ji mažinama iki 200 kW. Pasiekus 60 % įkrovą įkrovimo galia mažinama iki 160 kW, peržengus 70 % – iki 120 kW. Na, o pasiekus 80 % įkrovą galia stipriai krenta žemiau 50 kW. Skirtumas tarp 270 kW ir 50 kW yra didžiulis, todėl nieko keisto, kad įkrovimo pradžioje automobilis energiją geria su daug didesniu noru ir augantis rezervas labiau džiugina vairuotoją.
Beje, elektromobilių gamintojai iš tikrųjų ir nenori, kad vairuotojai visada įkrautų elektromobilius iki 100 %. Ličio jonų baterijos sensta greičiausiai, kai yra paliekamos pilnai įkrautos ar pilnai iškrautos. Įkraudami savo baterijas tik iki 80 % ribos jūs jas tausojate.
Taip pat reikia priminti, kad elektromobilio įkrovimo laiką lemia ir aplinkos faktoriai, įskaitant orus.
