Каква е разликата във времето за зареждане между 3 kW и 5 kW EV зарядно устройство?

Как изходната мощност (3kW срещу 5kW) определя реалното време за зареждане на EV

Физиката на киловатите: Защо по-високата мощност намалява времето за зареждане – но не линейно

Времето за зареждане зависи от скоростта на предаване на енергия – измервана в киловати (kW). Зарядно от 5kW подава 67% повече енергия на час в сравнение с 3kW устройство. За батерия от 60kWh теоретичните времена са:

• 3kW: 20 часа (60 ÷ 3)
• 5kW: 12 часа (60 ÷ 5)

Правата линия, която виждаме на хартия, започва да става вълниста, когато вземем предвид загубите при преобразуването. Когато колите преобразуват променлив ток (AC) в постоянен (DC), те обикновено губят около 10 до 15% ефективност още там. А после има и проблема с топлината в кабелите за зареждане. Съпротивлението се влошава с увеличаване на тока. Какво се случва тогава? Зарядно от 3 kW може всъщност да ни даде около 2,55 kW след загубите, но увеличете го до 5 kW и изведнъж реалната производителност пада до около 4,25 kW. Това означава, че точните изчисления, показващи с 67% по-бързо зареждане, не се потвърждават напълно в практиката. Повечето хора установяват, че реалната им икономия е някъде около половината от тази стойност.

Отчитане на загубите в ефективността: Защо 5 kW ≠ 67% по-бързо зареждане в практиката

Реалните предимства намаляват значително поради специфични ограничения на превозното средство. Много обикновени електрически коли идват с еднофазови бордови зарядни устройства, които достигат максимум около 3,7 до 4,6 kW. Така че дори ако някой инсталира по-голямо 5 kW зарядно устройство, то пак не може да надмине тези вградени ограничения. Например, когато бордовото зарядно устройство на електромобил е ограничено до 4,6 kW, увеличението от 3 kW системата дава само около 1,6 kW допълнителна мощност, което означава приблизително 53% по-бързо зареждане, вместо очакваното цяло подобрение от 2 kW. Съществува и проблемът с топлината. Когато температурите надхвърлят 95 градуса по Фаренхайт, повечето системи за управление на батерии започват да намаляват изходната мощност с до 20%. Това означава, че първоначалната икономия на време от 50% спрямо 3 kW се снижава до между 40 и 50%, в зависимост от условията.

Nissan Leaf (40kWh): 13,3 ч (3kW) срещу 8,0 ч (5kW) до 80% – При ограничения на бордовото зарядно устройство

Вземете компактни електрически превозни средства като Nissan Leaf с капацитет от 40 kWh например. Зареждането му от почти празно до 80% капацитет отнема около 13 часа и 20 минути, когато се използва стандартен зарядно устройство от 3 kW. С по-добро устройство от 5 kW това време пада малко над 8 часа, което теоретично представлява почти 40% подобрение. Но тук нещата стават сложни. Повечето модели Leaf могат да обработват максимум до 3,7 kW скорост на зареждане, така че дори ако някой инсталира 5 kW зарядно у дома, допълнителните 1,3 kW просто се губят. Какво означава това в практиката? В реални условия времето за зареждане се оказва с 20 до 30% по-бавно в сравнение с това, което производителите обещават при идеални условия.

Tesla Model 3 RWD (60kWh) & VW ID.4 (77kWh): Когато намаляването на мощността премахва предимството от 5kW

По-големите електромобили с по-големи батерии всъщност получават по-малка полза от тези високомощни AC зарядни устройства, отколкото човек би очаквал. Когато температурата надхвърли около 30 градуса Целзий, системата започва да намалява количеството енергия, което може да приеме. Например, при типична сесия на зареждане с 5 kW, когато навън е горещо, може да се доставят само около 4,3 kW. И по-малките 3 kW, и по-големите 5 kW зарядни устройства изпитват практически еднакво забавяне, което означава, че спестяването на време, което очаквахме от надграждането, вече не се осъществява. Положението става още по-лошо, когато зарядът на батерията достигне около 80%. Независимо какво зарядно устройство се използва, скоростта на зареждане рязко намалява в този момент. Шофьорите често се оказват в положението да чакат още няколко часа, за да довършат зареждането на колите си, въпреки че са инвестирали в по-мощно оборудване.

Къде се вписват 3 kW и 5 kW EV зарядни устройства в пейзажа на Level 2 AC зареждане

Зареждането с променлив ток от ниво 2 обхваща широк диапазон от около 3 до 22 киловата по света и варира значително в зависимост от местоположението. В Северна Америка повечето системи могат да поддържат до около 19,2 kW при 80 ампера, докато европейските страни често използват пълните 22 kW чрез трите фази на електрическата мрежа. Долната граница на този диапазон включва единиците от 3 kW и 5 kW, които много домакинства инсталират. Тези основни жилищни решения предоставят приблизително още 10 до 20 мили всеки час зареждане, което е много по-добре от бавните зарядни устройства от ниво 1, които осигуряват само 3 до 5 мили на час. Освен това те не изискват скъпи модернизации на електрическия табло. Много по-стари къщи с табла с мощност 100 до 200 ампера просто не могат да поддържат повече от 30 ампера, така че тези по-малки уреди от ниво 2 работят отлично в такива случаи. Те са също толкова важни за жилищни комплекси, редици къщи и бизнеси, които искат да намалят разходите при изграждането на зарядни станции. Не чудно, че зарядните устройства от ниво 2 съставляват почти половината от всички точки за зареждане на електрически превозни средства по света. Те просто работят достатъчно добре, без да са прекалено сложни или скъпи.

Критични непроизводителни фактори, които преустановяват разликата между 3 kW и 5 kW за зарядно на ЕП

Въпреки че мощността на зарядните устройства има значение, три непроизводителни фактора често изравняват разликата между 3 kW и 5 kW устройства – често ги правейки функционално идентични в ежедневната употреба.

Лимит на бордовото зарядно устройство: Защо повечето ЕП са ограничени до 3,7–4,6 kW при еднофазен AC

Зарядното устройство на борда, което преобразува променливия ток в постоянен в автомобила, по принцип контролира всичко, свързано със скоростта на зареждане. Повечето евтини електрически коли идват с еднофазни OBC, които обработват около 16 до 20 ампера при 230 волта, което ограничава максималната им мощност на входа някъде между 3,7 и 4,6 киловата. Вземете например модели като MG ZS EV или базовите версии на VW ID.3 – дори ако някой инсталира 5 kW уълбокс, тези коли пак няма да изтеглят повече от около 3,7 kW от мрежата. Nissan Leaf се отличава със системата си от 6,6 kW на борда, а определени модели на Tesla също успяват добре да използват AC връзки с по-голяма мощност. Какво се случва тогава, когато някой похарчи допълнителни пари за 5 kW зарядно устройство, но притежава кола, ограничена до 3,7 kW? Ами, крайният резултат е точно същият опит при зареждане, какъвто има човек, купил по-евтино 3 kW устройство за гаража си.

Напрежение в мрежата, температура на околната среда и степен на заряд – как те намаляват ефективната доставка на киловати

Четири околни променливи еднакво влошават производителността както при 3 кВт, така и при 5 кВт:

• Намаления на напрежението (напр. <230 V) намаляват мощността пропорционално – P = VI – така че спад с 5% намалява изхода от 5 кВт с 250 W.
• Температурите над 35°C задействат намаляване на мощността от системата за управление на батерията (BMS), ограничавайки тока с 10–25%, за да се предпази здравето на батерията.
• Условия при температури под 10°C увеличават вътрешното съпротивление на батерията, като до 30% от входящата енергия се изразходва за нагряване вместо за натрупване на заряд.
• Зареждането над 80% SOC постепенно ограничава скоростите – понякога ги намалява наполовина – независимо от възможностите на зарядното устройство.

Тези динамики обясняват защо реални тестове – като зареждане на студен Volkswagen ID.4 до 90% – често показват разлика в скоростта по-малко от 15% между хардуера с 3 кВт и 5 кВт, въпреки теоретичната разлика в мощността от 67%. Стандартите SAE J1772 лежат в основата на тези ограничения, отразявайки десетилетия консенсус в автомобилното инженерство относно безопасното и устойчиво AC зареждане.

Когато е уместно надграждането до 5 кВт EV зарядно устройство – и когато 3 кВт зарядно е достатъчно

Анализ на случаи на употреба: Зареждане през нощта у дома, споделени жилищни вериги и домакинства с повече от едно EV превозно средство

За домакинства с едно превозно средство и предвидими режими, 3 кВт зарядни устройства надеждно възстановяват типичната дневна употреба (100–150 км) през нощта за 8–10 часа – идеално за гаражи с ограничена електрическа мощност и без нужда от модернизация на таблото.

Количеството използвана електроенергия има голямо значение тук. Базов заряден уред от 3 kW черпи около 12,5 ампера при 240 волта, докато по-бърз модел от 5 kW изисква около 21 ампера. За домакинства с по-малки табла от 100 ампера или където веригите вече носят големи натоварвания като климатични системи, електрически печки или други енергоемки уреди, инсталирането на зарядно устройство от 5 kW може да причини проблеми. Предпазните ключове могат да се задействат често, а някои доставчици дори начисляват допълнителни такси за прекомерна консумация. Когато трябва да се зареждат наведнъж няколко електромобила, две зарядни устройства от по 5 kW обикновено се нуждаят от отделна верига от 50 ампера. Но повечето стандартни домашни електрически инсталации издържат само 30 ампера, така че превключването между автомобилите с използване на зарядни устройства от 3 kW работи по-добре при типичната жилищна електроинсталация. Въпреки че увеличаването до 5 kW наполовина намалява времето за зареждане на един автомобил, обикновено не е икономически целесъобразно, освен ако къщата вече разполага с подходяща електрическа инсталация. В крайна сметка, повечето хора могат да разчитат на обществени станции за бързо зареждане, когато им е необходимо да пътуват на по-големи разстояния.

ЧЗВ

Какви фактори определят разликата в реалното време за зареждане на ЕП при използване на зарядни устройства от 3 kW и 5 kW?

Разликата във времето за зареждане между 3 kW и 5 kW зарядни устройства се влияе от загуби при преобразуване, ограничения на превозното средство, ограничения на бордовото зарядно устройство, околна температура, мрежово напрежение и степента на зареденост на батерията на електрическото превозно средство.

Могат ли всички ЕП да използват пълния потенциал на 5 kW зарядно устройство?

Не всички електрически превозни средства могат да използват пълния потенциал на 5 kW зарядно устройство. Повечето електрически превозни средства имат бордови зарядни устройства с ограничения по мощност, обикновено максимум 3,7 до 4,6 kW при еднофазен AC ток. Това означава, че инсталирането на 5 kW зарядно устройство може да не доведе до по-бързо зареждане.

Защо 3 kW зарядно устройство може да е достатъчно за домашна употреба?

За домакинства с едно превозно средство и постоянни модели на шофиране, 3 kW зарядно устройство обикновено възстановява дневния обхват през нощта, без нужда от модернизация на електрическия табло, което го прави икономически изгодно за домашни инсталации.

Какви са не-мощностните фактори, които ограничават скоростите на зареждане?

Неелектрическите фактори, които ограничават скоростта на зареждане, включват колебания в мрежовото напрежение, температурни ефекти върху системата за управление на батерията, вътрешно съпротивление на батерията при студени условия и намалена ефективност на зареждане при степен на заряд над 80%.