Technológia nabíjania pre elektromobily Ako doplniť elektrinu MOTOR A ŠPORT
Úspech elektromobilov závisí menej od modelov ako od technológie nabíjania a infraštruktúry. Namiesto mnohých izolovaných riešení a rôznych štandardov sa čoraz viac vyvíja jednotná technológia. Vysvetľujeme rozdiely.
Jednoducho ho zapojte do domácej zásuvky a „doplňte“ elektrický automobil: to by si priala väčšina spotrebiteľov. Realita však vyzerá inak. Zainteresované strany sa v skutočnosti musia pred nákupom intenzívne zaoberať technológiou nabíjania rôznych výrobcov a modelov, aby sa mohli správne rozhodnúť. Pretože štandardy nabíjania a systémové požiadavky sa veľmi líšia.
V automobiloch zostane v dohľadnej budúcnosti to, čo je známe ako vodivé nabíjanie - nabíjanie batérie káblom. Vykonáva sa výskum indukčných riešení, ktoré umožňujú bezkontaktné tankovanie elektriny, avšak táto technológia v súčasnosti ešte nie je konkurencieschopná. „Bezdrôtové nabíjanie“ pre BMW 530e stojí 3 200 eur a je možné ho nabíjať iba s maximálnym výkonom 3,2 kW. Okrem toho treba k nabíjacej stanici priblížiť s presnosťou niekoľkých centimetrov.
Čakajte prosím: Proces doplňovania paliva do elektrických automobilov sa nekoná za pár minút.
Možnosť jednoduchej výmeny batérie na základe systému zálohovania je v súčasnosti ešte veľmi ďaleko. V prípade elektrických skútrov to má určite budúci potenciál a niektorí poskytovatelia ho už implementujú - s „automatmi“ na batériu vo vnútri mesta na jednoduchú výmenu prázdnych za plné. Tento koncept však v súčasnosti nie je z ekonomického hľadiska životaschopný pre automobily - hoci čínsky výrobca elektronických automobilov Nio nedávno predstavil nový koncept. Ale bez batérií, ktoré sú štandardizované pre všetky značky, to má malú budúcnosť.
Kábel zostáva nastavený - ale ktorý konektor?
Zostáva teda nabíjací kábel - a utrpenie podľa výberu. Je dôležité rozlišovať medzi typom prúdu (striedavý prúd, striedavý prúd a jednosmerný prúd, jednosmerný prúd), ako aj potenciálnym výkonom nabíjacieho zariadenia a štandardom konektora.
V prípade nabíjania striedavým prúdom rozhoduje technológia nabíjania nainštalovaná vo vozidle o tom, ako rýchlo môžete „natankovať“.
„Silný prúd“ pomáha doma
Najmä majitelia domov sa môžu spoľahnúť na ďalší variant, ktorý sa nájomníkom vo veľkých mestách väčšinou upiera: takzvaný wallbox. Elektrikár tu inštaluje špeciálne nabíjacie zariadenie s viacfázovým pripojením 400 V - variant, ktorý sa ľudovo nazýva „prúdový prúd“ alebo „prúd vysokého napätia“, a ktorý sa dá použiť napríklad aj na pripojenie kuchynských sporákov. Nabíjací výkon takéhoto wallboxu je až 44 kW (bežne je však 11 alebo 22 kW), a je preto vhodný aj na pomerne rýchle „natankovanie“ silného elektromobilu. Pri typickej spotrebe elektromobilov od 15 do 20 kWh na 100 kilometrov by sa dal dobiť dojazd okolo 100 až 150 kilometrov za hodinu. Úplné nabitie batérií s väčšou kapacitou však trvá niekoľko hodín a ideálne je uskutočniť ju cez noc. Inštalácia 22 kW wallboxu navyše závisí od schválenia dodávateľom elektriny, preto sa zvyčajne realizujú prípojky s výkonom 11 kW.
Ak nechcete inštalovať nástenný box, môžete tiež získať prístup k trojfázovým zásuvkám CEE 400 V, ktoré sú často dostupné vo vidieckych a komerčných oblastiach a pre ktoré je možné poskytnúť výkon až 22 kW v závislosti od poistky (16 alebo 32 ampérov). Napríklad Renault ponúka mobilnú nabíjaciu stanicu, ktorú je možné pripojiť k takýmto zásuvkám CEE. Príslušné nabíjacie káble sú tiež k dispozícii od príslušných poskytovateľov nabíjacej technológie v rozsahu voľnej živnosti.
Mnoho verejných nabíjacích staníc neslúži na rýchle nabíjanie
V budúcnosti však budú pri dodávke elektromobilov najdôležitejšiu úlohu zohrávať verejne prístupné nabíjacie miesta s vysokými nabíjacími kapacitami. V súčasnosti sú rozšírené nabíjacie stanice s výkonmi 11 a 22 kW, ktoré majú prípojky typu 2 so striedavým prúdom, známe tiež ako „Mennekes plug“ (pomenované podľa vývojovej spoločnosti Mennekes). Tento typ pripojenia predstavuje celoeurópsky štandard, ale nie je vhodný na rýchle nabíjanie na diaľkových trasách za niekoľko minút. Takéto stĺpy sú naopak ideálne na krátke osvieženie batérie, napríklad pri nakupovaní, a preto supermarkety čoraz viac sprístupňujú zodpovedajúce stĺpy na svojich parkoviskách.
Je však tiež dôležité uvedomiť si, s akou silou pracujú nabíjačky príslušných elektronických vozidiel. Na premenu sieťového striedavého prúdu (AC) na jednosmerný prúd (DC) potrebný pre trakčnú batériu sú v elektrických automobiloch nainštalované príslušné nabíjačky. Ich výkon sa však u jednotlivých výrobcov líši a v žiadnom prípade nie je každý súčasný model schopný trojfázového nabíjania na nabíjacej stanici typu 2 s plným výkonom 22 kW. Napríklad súčasný Nissan Leaf umožňuje maximálny nabíjací výkon iba 6,6 kW pri pripojení typu 2, zatiaľ čo nová Kia eNiro obmedzuje nabíjanie striedavým prúdom na 7,2 kW.
Skupina Volkswagen vstúpila na verejnosť s novým nápadom na prelome rokov 2018/2019. Spoločnosť so sídlom vo Wolfsburgu plánuje systém mobilných rýchlonabíjacích staníc, ktoré je možné ľahko umiestniť na príslušné plochy stojísk a ukladať ich nabíjací prúd do použitých batérií vozidla. Alternatívne by malo byť možné aj pevné pripojenie. Ak je stĺpec „prázdny“, pri plánovaní VW sa jednoducho vymení za nový. Systém, ktorý sa nepodobá bloku mobilných toaliet. Táto „energetická banka pre elektronické vozidlá“ by sa nemala používať iba na pevných parkovacích miestach, ale napríklad aj na parkoviskách významných udalostí. V polovici roku 2019 vstúpi VW do skúšobnej prevádzky s niekoľkými stĺpmi vo Wolfsburgu a potom sa začne celoštátne používať v roku 2020.
Rýchle nabíjanie vyžaduje silné stĺpy
Na rýchle nabíjanie, ktoré je obzvlášť dôležité pri cestách po zemi, väčšina ázijských výrobcov automobilov použila systém CHAdeMO s jednosmerným prúdom zavedený v roku 2010, ktorý sa v Európe pravdepodobne nepresadí. Tu je dôležité poznamenať, že vozidlá vybavené systémom CHAdeMO je možné v praxi nabíjať hlavne cez zástrčku typu 2. V budúcnosti sa však plánuje vybavenie nových nabíjacích staníc CCS pripojením CHAdeMO. Nie je to však zaručené.
Porsche Taycan bude prvým sériovým automobilom na nemeckom trhu, ktorý zvládne nabíjací výkon až 350 kW.
V EÚ sa v dohľadnej budúcnosti stane štandardom ďalší systém, „systém kombinovaného nabíjania“ (CCS). Tento štandard, na ktorom sa dohodli americkí a európski výrobcovia, umožňuje nabíjanie prostredníctvom pripojenia typu 2, ako aj rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom s vlastným typom konektora a komunikačným protokolom. V Nemecku podľa vyhlášky o stĺpci spoplatňovania, ktorá vstúpila do platnosti v roku 2016, musí každé nové verejne prístupné miesto nabíjania, ktoré sa odvtedy vybudovalo, mať pripojenie typu 2 aj CCS - vďaka tomu sa CCS stalo kvázi štandardom. Najnovšie sa spoločnosť Hyundai/Kia rozhodla pre nové elektromobily skupiny tiež pre štandard CCS.
V skutočnosti to budú predovšetkým rýchle nabíjacie stanice, ktoré v konečnom dôsledku umožnia široké využitie elektronických automobilov. Poskytnutie dostatočného dojazdu na niekoľko stoviek kilometrov jazdnej vzdialenosti v priebehu 15 až 20 minút presvedčí aj mnohých skeptických kupcov automobilov. Skutočnosť, že čas nabíjania sa často uvádza až na 80 percent kapacity batérie, má jednoduchý dôvod: od tejto úrovne naplnenia elektronika vozidla zvyčajne škrtí nabíjací výkon, aby chránila batériu. Zvyšných 20 percent si preto vyžaduje podstatne dlhší čas nabíjania.
Nie každá batéria sa dokáže rýchlo nabiť
Ale aj tu musí kupujúci vopred zistiť, ako bude vozidlo podľa vlastného výberu reagovať na rýchle nabíjanie. Bodom pozornosti je tu chladenie batérie. Pretože vývoj tepla pri rýchlom nabíjaní je výrazne vyšší ako pri štandardných staniciach, je potrebné efektívne chladenie trakčnej batérie. Aké dôležité to ukazuje nový Nissan Leaf, kde opakované rýchle nabíjanie na dlhšie vzdialenosti vedie z bezpečnostných dôvodov k zníženiu nabíjacieho prúdu, aby sa neprehriala (vzduchom chladená) batéria.
Spoločnosť Ionity bola založená mnohými výrobcami automobilov a má inštalovať celoeurópsku sieť rýchleho nabíjania.
Ionita ako spoločný podnik
Téma rýchlych nabíjacích staníc naberá na obrátkach od roku 2017: so spoločnosťou Ionity, spoločným podnikom založeným spoločnosťami Ford, Mercedes, BMW a koncernom Volkswagen, sa má do roku 2020 pri hlavných cestách vybudovať sieť 400 vysokovýkonných nabíjacích staníc pre celú EÚ. . Cieľom je dostupnosť takýchto nabíjacích staníc na maximálnu vzdialenosť 120 kilometrov. Vysokovýkonné nabíjacie stanice (HPC) sú plánované na maximálnu nabíjaciu kapacitu 350 kW - aj keď také vysoké nabíjacie prúdy momentálne elektromobil nedokáže „stráviť“. Spoločnosť Ionity chce dokončiť expanziu do roku 2020, nabíjacie stanice sa väčšinou stavajú na bežných čerpacích staniciach pre spaľovacie vozidlá.
Zároveň výrobcovia myslia aj dopredu. Napríklad v Berlíne nainštalovala spoločnosť Porsche ako pilotný projekt 800-voltovú nabíjaciu stanicu, ktorá dokáže za 20 minút naplniť Porsche Taycan ako prvý sériový automobil s technológiou 800V. Spoločnosť Porsche súčasne investuje spolu s BMW do výskumného projektu Fast Charge, ktorý tiež pracuje s vysokonapäťovou technológiou (do 920 voltov) a ponúka nabíjací výkon až 450 kW. Zodpovedajúca e-čerpacia stanica bola uvedená do prevádzky na diaľnici A8 v decembri 2018.
Tesla je už ďalej
Špecialitou sú modely od amerického výrobcu Tesla. Pre európske verzie svojich elektronických vozidiel sa Tesla pôvodne rozhodla pre zástrčku Mennekes typu 2 a umožňuje tak nabíjanie trakčnej batérie na zodpovedajúcich verejných nabíjacích staniciach a v nástenných skrinkách. Tesla Supercharger, doteraz najhustejšia sieť nabíjacích staníc na svete, využíva identickú zástrčku typu 2 s vlastným nabíjacím protokolom na jednosmerné nabíjanie. Rovnako ako v prípade iných systémov rýchleho nabíjania obchádza autonabíjačku a trakčná batéria sa plní priamo zo stanice preplňovania.
Preto (a z dôvodu zodpovedajúcich komunikačných protokolov) nie je možné, aby iné vozidlá so systémami CCS alebo CHAdeMO natankovali kompresory Tesla. Na druhej strane spoločnosť Tesla ponúka svojim zákazníkom adaptér, ktorý umožňuje DC rýchle nabíjanie na stĺpcoch CCS. Spoločnosť Tesla navyše koncom roka 2018 oznámila, že vybaví európsku verziu modelu 3 nabíjacím portom CCS už zo závodu.
Mimochodom, pri takto vysokých nabíjacích kapacitách sa nemusíte báť „úrazu elektrickým prúdom“: Postará sa o to nabíjací protokol, s ktorým komunikuje nabíjacia stanica a elektronika vozidla. Proces nabíjania sa uvoľní, až keď je nabíjačka správne zapojená do vozidla a uzamknutá a vozidlo a nabíjačka si navzájom vymieňajú informácie o rôznych prevádzkových stavoch.
Nová technológia a sľuby
Nový nabíjací adaptér by mal skrátiť čas nabíjania striedavým prúdom
Na autosalóne v Detroite začiatkom roka 2019 spôsobil senzáciu kanadský start-up, ktorý chce novým adaptérom spôsobiť revolúciu v dobách nabíjania elektromobilov. Bez ohľadu na technológiu nainštalovanú vo vozidle chce spoločnosť GBatteries plne nabiť 60 kWh trakčnú batériu do desiatich minút a natankovať na 200 kilometrov iba za päť minút. To by malo byť možné pomocou adaptéra a špeciálneho softvéru bez úpravy technológie vozidla. Ako presne by to malo byť možné - batérie GB doteraz mlčali. Čisto matematicky by bol potrebný nabíjací výkon 360 kW, čo nie je možné ani pri súčasných rýchlonabíjacích staniciach.
„Juice Phaser“, ktorý postavila spoločnosť Juice Technologies AG zo Švajčiarska, je realistickejší a v budúcnosti sa bude dať kúpiť. Nabíjací adaptér je zameraný na majiteľov elektromobilov, ktorí môžu v sieti AC nabíjať iba jednofázovo, a teda veľmi pomaly. Patria sem napríklad Jaguar I-Pace, Nissan Leaf, Hyundai Ioniq a Kona, Kia Soul a e-Niro a Opel Ampera-E. Cieľom Juice Phaser je výrazne znížiť časy nabíjania pre majiteľov takýchto modelov. Zariadenie je pripojené priamo k domácej elektrickej sieti alebo cez zástrčku k 16A trojfázovej zásuvke a poskytuje 25 ampérov na jednofázové nabíjanie. Namiesto iba 3,7 kW je teraz prietok 5,8 kW, čo zodpovedá predpísaným obmedzeniam nevyváženého zaťaženia. Napríklad Phaser by mal byť schopný nabiť 60 kWh batériu modelu Opel Ampera-e za deväť namiesto 15 hodín pomocou bežného nabíjacieho adaptéra.