Все про зарядку електромобілів: від швидкості до довговічності
Споживачі вимагають швидшого часу заряджання. Лідером у цьому русі є індустрія електромобілів (EV), яка прагне досягти часу заряджання, подібного до заправки автомобіля на заправці. Закачування 50 літрів (13 галонів) пального в бак має теплотворну здатність 600 кВт·год. Заправка відбувається швидко. Акумулятор електромобіля, для порівняння, зберігає лише від 50 до 100 кВт·год енергії, а заряджання займає багато часу.
Зарядні пристрої для електрокарів
Зарядні пристрої від відомого виробника з гарантією 5 років
Зарядний пристрій для електромобіля Victron EV Charging Station
Забезпечує до 22 кВт потужності в трифазному режимі або до 7,3 кВт в однофазному, підтримує роботу з GX-пристроями та VRM, має вбудований Wi-Fi, Bluetooth, сенсорний дисплей і кільце світлової індикації.
Купити
Зарядна станція для електромобілів Victron EV Charging Station NS
Це ідеальне рішення для тих, хто хоче заряджати електромобіль від сонця, керувати процесом з телефону або GX-пристрою, контролювати статистику через VRM-портал, та водночас мати надійний і стильний пристрій.
Купити
Чорна передня частина для EV Charging Station NS
Змінна лицьова частина корпусу для зарядної станції Victron Energy EV Charging Station NS.Також передбачена версія білого кольору.
КупитиЗаряджання електромобіля завжди триватиме довше, ніж заповнення бака паливом; акумулятор завжди забезпечуватиме менше енергії на вагу, ніж викопне паливо. Сучасний літій-іонний акумулятор для електромобілів виробляє до 250 Вт·год на кг, енергія з викопного палива становить 13 000 Вт·год/кг, що в 50 разів більше. Перевагами електроприводу є висока енергоефективність та чиста енергія. Це вагомі причини для переходу на електричний двигун.
Три рівні заряджання електромобілів
Ультрашвидка зарядка є необхідністю для міжміських поїздок, але вона має два недоліки. Перший – це дороге джерело живлення потужністю до 120 кВт на станцію, що дорівнює потребам п’яти домогосподарств у електроенергії. Менш згадуваним недоліком є навантаження на акумулятор під час надшвидкої зарядки. Більшість електромобілів можна заряджати за допомогою трьох систем заряджання.
| Рівень | Опис | Потужність | Час зарядки |
|---|---|---|---|
| 🏠 Рівень 1 | Комплект шнурів, який підключається до звичайної побутової розетки 115 В змінного струму, 15 А (230 В змінного струму, ~6 А в Європі). Однофазне підключення виробляє близько 1,5–3 кВт; час заряджання становить від 7 до 30 годин залежно від розміру акумулятора. Рівень 1 відповідає вимогам до нічної зарядки для електровелосипедів, самокатів, електричних інвалідних візків та PHEV з акумуляторами, що не перевищують 12 кВт·год. | 1.5–3 кВт | 7–30 годин |
| 🏢 Рівень 2 | Двополюсне підключення 230 В змінного струму, 30 А, що нагадує побутову сушарку, для заряджання електромобіля середнього розміру за 4–5 годин. Це найпоширеніша зарядна станція для електромобілів, яка виробляє близько 7 кВт для живлення бортового зарядного пристрою потужністю 6,6 кВт. Вартість встановлення становить близько 5000 доларів США. | ~7 кВт | 4–5 годин |
| 🚀 Рівень 3 | Швидкий зарядний пристрій постійного струму, що забезпечує напругу 400–600 В постійного струму, до 300 А. Він обходить бортовий зарядний пристрій і подає живлення безпосередньо на акумулятор. Зарядні пристрої рівня 3 забезпечують потужність до 120 кВт, щоб зарядити літій-іонний акумулятор до 80 відсотків заряду приблизно за 30 хвилин. Вартість встановлення становить від 35 000 доларів США і вище на одну станцію. | до 120 кВт | ~30 хв (до 80%) |
Наука та ризики швидкої зарядки
Акумулятор – це електрохімічний пристрій, який може поглинати лише певну кількість енергії. Заряджання літій-іонного акумулятора відбувається шляхом інтеркаляції іонів літію та електронів на електродах. Спроба ввести в літій-іонний акумулятор більше енергії, ніж він може ефективно поглинути, створює перенапругу. Металевий літій накопичується на аноді, що призводить до літієвих покриттів, що утворюють дендрити, що знижує безпеку та скорочує термін служби акумулятора. Такі ж симптоми виникають і під час заряджання літій-іонного акумулятора за низьких температур, коли інтеркаляція сповільнюється.
Прийняття заряду визначається конструкцією елемента, і літій-іонний акумулятор випускається у двох версіях. Акумулятори Power Cells з великою площею поверхні дозволяють витримувати високі струми навантаження та швидко заряджатися. Більш поширений Energy Cell має високу питому енергію (ємність), але його струм, що витримує, обмежений. Акумулятор для електромобілів є гібридом, який тяжіє до Energy Cell завдяки високій ємності та великому запасу ходу.
Винятком є літій-титанатний акумулятор, який можна швидко заряджати. Це стало можливим завдяки заміні вуглецевого анода нанокристалами літій-титанату, які мають набагато більшу площу поверхні. Літій-титанат використовується в деяких японських електромобілях, але така акумуляторна система дорога та має меншу ємність, ніж звичайний літій-іонний.
Чому надшвидка зарядка зупиняється на 80%?
Люди запитують: «Чому надшвидкісний зарядний пристрій заряджає акумулятор лише до 70 та 80 відсотків?» Проста відповідь полягає в тому, що заряд найкраще сприймається в середньому діапазоні, навантаження на акумулятор також зменшується в середньому діапазоні.
Під час заряджання акумулятора напруга різко зростає. Така поведінка схожа на підняття ваги гумкою, коли вага, або заряд, відстає. Залежно від часу заряджання, літій-іонний акумулятор заряджений приблизно на 70 відсотків, коли досягає 4,20 В/елемент. На цьому етапі струм починає зменшуватися, а процес заряджання сповільнюється, щоб уникнути пошкодження.
Умови для безпечної надшвидкої зарядки:
- ✅ Спеціальна конструкція: Акумулятор має бути розроблений для таких навантажень.
- 👍 Хороший стан: Старіння уповільнює процес і збільшує ризики.
- 🔋 Рівень заряду до 70-80%: Подальша зарядка відбувається повільніше.
- ⚖️ Баланс елементів: Усі комірки повинні мати низький опір та бути збалансованими.
- 🌡️ Помірна температура: Заряджайте при кімнатній температурі, уникаючи спеки та холоду.
Збільшити струм заряду просто — оцінити, скільки енергії може поглинути акумулятор, складніше. Аналогію можна навести на високошвидкісний поїзд, що рухається зі швидкістю 300 км/год (188 миль/год) по хорошій колії. Потужні двигуни легко побудувати, але зрештою саме колія визначає швидкість. Так само стан акумулятора диктує час заряджання.
Добре розроблений надшвидкісний зарядний пристрій оцінює стан акумулятора, щоб зіставити струм заряду з коефіцієнтом розрядки. Зарядний пристрій також повинен підлаштовуватися під температуру та стежити за балансом елементів. Крім того, рекомендований надшвидкісний зарядний пристрій повинен мати три налаштування: нічна зарядка (0,5 °C); швидка зарядка (0,8–1 °C) та надшвидка зарядка (вище 1 °C). Це дозволяє користувачеві обмежити надшвидку зарядку лише за потреби та за відповідної температури. Хоча такого зарядного пристрою може ще не існувати, під час заряджання акумуляторів нетрадиційним способом повинні переважати базові знання про акумулятори та здоровий глузд.
Найкраще не заряджати літій-іонний акумулятор повністю. Кажуть, що кожне зниження пікової напруги на 0,10 В/елемент подвоює термін служби. (Див. Як продовжити термін служби літієвих акумуляторів.) Ось чому електромобілі працюють з акумулятором лише від 30 до 80 відсотків SoC, коли вони нові. Система управління акумулятором (BMS) розширює пропускну здатність SoC у міру старіння акумулятора, щоб підтримувати бажаний запас ходу. Не менш важливими є низькі температури та помірна швидкість заряджання.
Перехід від ДВЗ до електромобілів: виклики та реальність
Європейські уряди встановили кінцевий термін для двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) в автомобілях. Знадобилося 100 років, щоб побудувати інфраструктуру викопного палива, і стільки ж часу може знадобитися для переходу на електричний двигун. Приватні підприємства будували заправні станції; у багатьох регіонах сьогодні платники податків субсидують зарядні станції та купівлю електромобілів. Пасажири, які їздять на роботу на велосипедах або користуються громадським транспортом, сприймають цю допомогу як розчарування, оскільки вони платять подвійно.
Важливим питанням, яке ігнорують нормотворці, є забезпечення придатності акумулятора в електромобілі. Акумулятор Tesla S 85 важить 540 кг (1200 фунтів). Для порівняння, бензиновий двигун важить від 130 до 350 кг (від 300 до 800 фунтів). Крім того, акумулятор є найслабшим компонентом більшості пристроїв; його термін служби часто нижчий, ніж у пристрою, який він живить. Візьмемо, наприклад, дриль на акумуляторі, який чудовий, коли новий, але акумулятор виходить з ладу першим. Запасні комплекти, якщо вони є, є дорогими, а хороший дриль часто викидають передчасно.
Оскільки електромобілі замінюють автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння, ми запитуємо: «Чи збереже електромобіль свою вартість? Чи зрештою електромобіль зрівняється за ціною та запасом ходу зі звичайним автомобілем? Як працюватиме акумулятор після закінчення 8-річної гарантії? Чи буде заміна акумулятора економічною, чи автомобіль буде утилізовано, як старий мобільний телефон чи електричну зубну щітку, коли розрядиться акумулятор? Які екологічні проблеми виникнуть через утилізацію великих акумуляторів для електромобілів?»
Акумулятори для електромобілів мають вищу якість, ніж ті, що використовуються в споживчих товарах, і експерти кажуть, що акумулятор електромобіля прослужить довше, ніж автомобіль. Лабораторні випробування довели це, але справжнє випробування настає, коли нові блискучі електромобілі старіють. Цивілізоване водіння, помірні температури та належні методи заряджання допомагають продовжити термін служби акумулятора.
Однак покупці електромобілів здригнуться, дізнавшись, що заміна акумулятора коштує як компактний автомобіль із двигуном внутрішнього згоряння. Регуляторні органи повинні забезпечити наявність запасних акумуляторів за розумною ціною, щоб електромобіль не став одноразовим предметом, як бездротовий дриль чи смартфон, коли акумулятор розрядиться.
З'явилися компанії, які тестують акумулятори для електромобілів після виходу з експлуатації на предмет повторного використання у вторинних сферах. (Див. «Дарування акумуляторів другому житлу»). Типовим застосуванням є накопичення енергії для сонячних панелей у житлових будинках. Недостатньо інформації про життєздатність та безпеку цих акумуляторів у другому життєздатному стані.
Короткий зміст та рекомендації
Користувачі акумуляторів мають сильне бажання продовжити термін служби акумулятора, і ось рекомендації щодо того, що може зробити доглядач за акумуляторами:
- 🐢 Заряджайте з помірною швидкістю. Надшвидка зарядка створює навантаження.
- 🎯 Не заряджайте до 100% без потреби. Оптимальний діапазон для Li-ion – 20-80%.
- ☀️ Уникайте підвищених температур. Спека є головним ворогом акумулятора.
- ❄️ Не застосовуйте швидку зарядку, коли акумулятор гарячий, холодний, має невідповідні елементи або старий.
