Mekkora a különbség a töltési időben egy 3 kW-os és egy 5 kW-os ev töltő között?

A teljesítménykimenet (3 kW vs. 5 kW) hatása az EV valós töltési idejére

A kilowatt fizikája: Miért csökkenti a nagyobb teljesítmény a töltési időt – de nem lineárisan

A töltési idő a teljesítményátviteli sebességtől függ – kilowattban (kW) mérve. Egy 5 kW-os töltő óránként 67%-kal több energiát szolgáltat, mint egy 3 kW-os. Egy 60 kWh-s akkumulátor esetén az elméleti idők:

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

A szép egyenes vonal, amit a papíron látunk, hullámos lesz, ha figyelembe vesszük az átalakítási veszteségeket. Amikor az autók váltóáramot alakítanak egyenárammá, ott már rögtön körülbelül 10–15%-os hatásfokveszteség lép fel. Emellett ott van még a hőprobléma a töltőkábelekben is. A vezeték ellenállása rosszabbodik, ahogy nő az áramerősség. És mi történik ekkor? Egy 3 kW-os töltő valójában körülbelül 2,55 kW-ot adhat, de ha 5 kW-ra növeljük, hirtelen körülbelül 4,25 kW körüli teljesítményt kapunk a valóságban. Ez azt jelenti, hogy azok a pontos számítások, amelyek 67%-kal gyorsabb töltési időt mutatnak, nem igazán állják meg a helyüket, amikor minden tényezőt figyelembe veszünk. A legtöbb ember tapasztalata szerint a tényleges időmegtakarítás inkább csak a felére esik ezeknek az értékeknek.

A hatásfokveszteségek figyelembevétele: Miért nem jelent 5 kW 67%-kal gyorsabb töltést a gyakorlatban

A valódi előnyök jelentősen csökkennek a járművek adott korlátai miatt. Számos szokványos elektromos autó egyszeres fázisú fedélzeti töltővel kerül forgalomba, amelynek teljesítménye körülbelül 3,7–4,6 kW között van. Így akkor is, ha valaki egy nagyobb, 5 kW-es töltőt szerel fel, az sem tudja túllépni a beépített korlátokat. Vegyük például azt az esetet, amikor egy elektromos jármű fedélzeti töltője maximum 4,6 kW-os. Egy 3 kW-ról történő áttérés mindössze körülbelül 1,6 kW többlet teljesítményt eredményez, ami durván 53%-os gyorsabb töltést jelent, nem pedig a várt 2 kW-os javulást. A hőmérséklet emelkedése is problémát jelent. Amikor a hőmérséklet meghaladja a 95 Fahrenheit-fokot (kb. 35 °C), a legtöbb akkumulátor-kezelő rendszer akár 20%-kal is visszakorlátozza a teljesítményt. Ez azt jelenti, hogy az eredetileg 3 kW felett elért szép 50%-os időmegtakarítás valójában a körülményektől függően 40 és 50% közé esik.

Nissan Leaf (40kWh): 13,3 óra (3kW) vs. 8,0 óra (5kW) 80%-ig – a fedélzeti töltő korlátjainak figyelembevételével

Vegyük például a kompakt elektromos járműveket, mint a 40kWh-s Nissan Leaf. Egy szinte teljesen lemerült akkumulátor töltése 80%-os töltöttségi szintig körülbelül 13 óra 20 percig tart egy szabványos 3kW-os töltővel. Egy jobb, 5kW-os készülékkel ez az idő kevesebb mint 8 órára csökken, ami elméletben majdnem 40%-os javulást jelent. Ám itt jön a nehézség. A legtöbb Leaf modell maximálisan csak 3,7kW töltési sebességet tud kezelni, így még ha valaki otthon 5kW-os töltőt is telepít, az addicionális 1,3kW egyszerűen elveszik. Mit jelent ez gyakorlatban? A valós világban a töltési idők végül 20 és 30% közötti mértékben hosszabbak lesznek, mint amit a gyártók tökéletes körülmények között ígérnek.

Tesla Model 3 RWD (60kWh) & VW ID.4 (77kWh): Amikor a teljesítménycsökkentés (derating) megnyirbálja az 5kW előnyt

A nagyobb akkumulátoros elektromos járművek valójában kevesebb előnyt élveznek a kifinomult, nagy teljesítményű váltakozó áramú töltőkből, mint amennyit az ember gondolna. Amikor a hőmérséklet eléri a körülbelül 30 fokot, a rendszer csökkenteni kezdi a felvehető teljesítmény mértékét. Vegyünk például egy tipikus 5 kW-os töltési munkamenetet: forróságban ez mindössze körülbelül 4,3 kW-ot biztosíthat. A kisebb 3 kW-os és a nagyobb 5 kW-os töltők is majdnem ugyanolyan mértékű lassulást tapasztalnak, ami azt jelenti, hogy a sejtett időmegtakarítás, amit a teljesítményfokozással reméltünk, már nem valósul meg. A helyzet még rosszabbá válik, amint az akkumulátor töltöttsége eléri a körülbelül 80%-ot. Függetlenül attól, milyen töltőt használ valaki, e ponton a töltési sebesség drasztikusan lecsökken. A sofőrök gyakran újabb néhány órát várnak, mire autóik feltöltődnek, annak ellenére, hogy erősebb berendezésbe fektettek be.

Hol helyezkednek el a 3 kW-os és 5 kW-os EV töltők a szint 2-es váltakozó áramú töltés táján

A 2. szintű váltóáramú töltés világszerte kb. 3 és 22 kilowatt közötti tartományt foglal magában, ami jelentősen változhat attól függően, hogy hol tartózkodik az ember. Észak-Amerikában a legtöbb rendszer legfeljebb körülbelül 19,2 kW-ot, 80 amperes áramerősséget tud kezelni, míg Európa országai gyakran kihasználják a teljes 22 kW-ot a háromfázisú áramellátásuk segítségével. Ennek a tartománynak az alsó szegmense magában foglalja azokat a 3 kW-os és 5 kW-os berendezéseket, amelyeket sok otthonépítő telepít. Ezek az alapvető lakossági megoldások óránként körülbelül 10–20 mérfolydnyi plusz hatótávolságot biztosítanak, ami lényegesen jobb, mint a lassú 1. szintű töltők, amelyek csupán 3–5 mérföldet tesznek lehetővé óránként. Emellett nem igényelnek drága elektromos kapcsolótábla-korszerűsítést. Számos régebbi ház, amely 100–200 amperes ellátással rendelkezik, egyszerűen nem képes kezelni a 30 amper fölötti terhelést, így ezek a kisebb 2. szintű egységek ott ideálisan működnek. Különösen fontosak lakóösszetételeknél, sorházaknál és olyan vállalkozásoknál is, amelyek költséghatékonyan szeretnének töltőállomásokat kialakítani. Nem meglepő tehát, hogy a 2. szintű töltők a világ összes elektromos járműtöltő pontjainak majdnem felét kitehetik. Egyszerűen elég jól működnek anélkül, hogy túlságosan bonyolultak vagy drágák lennének.

A kritikus, áramteljesítménytől független tényezők, amelyek semlegesítik a 3 kW és az 5 kW-os EV töltők közötti különbséget

Bár a töltő teljesítményértéke fontos, három, a teljesítménytől független tényező gyakran kioltja a különbséget a 3 kW-os és 5 kW-os készülékek között – ami napi használat során gyakran funkcionálisan azonossá teszi őket.

A fedélzeti töltő korlátja: Miért maradnak meg a legtöbb elektromos járművön az egyszeres fázisú váltóáramnál a 3,7–4,6 kW-os határértékek

Az autóba épített töltő, amely az áramot váltakozó (AC) feszültségről egyenáramúvá (DC) alakítja, gyakorlatilag minden szempontból meghatározza a töltési sebességet. A legtöbb költségvetésbarát elektromos jármű egyszeres fázisú OBC-vel rendelkezik, amely körülbelül 16–20 ampernél 230 volton, így maximális teljesítményük valahol 3,7 és 4,6 kilowatt között van. Vegyük például az MG ZS EV-t vagy az alapmodell VW ID.3-at – még akkor is, ha valaki egy 5 kW-os falitöltőt szereltet be, ezek az autók továbbra sem vesznek fel többet mint körülbelül 3,7 kW-ot az elektromos hálózatról. A Nissan Leaf kiemelkedik ebben a tekintetben 6,6 kW-os fedélzeti rendszerével, és bizonyos Tesla modellek szintén hatékonyan használják ki a nagyobb kapacitású váltakozóáramú csatlakozásokat. Mi történik tehát akkor, ha valaki több pénzt költ egy 5 kW-os töltőre, de olyan autóval rendelkezik, amelynek korlátja 3,7 kW? Nos, pontosan ugyanazt a töltési élményt kapja, mint aki egy olcsóbb, 3 kW-os készüléket vásárolt a garázsába.

Hálózati feszültség, környezeti hőmérséklet és töltöttségi szint – Hogyan csökkentik az effektív kW-szállítást

Négy környezeti tényező egyformán rontja a 3 kW-os és 5 kW-os teljesítményt:

• Feszültségesések (pl. <230 V) arányosan csökkentik a teljesítményt – P = VI – így egy 5%-os esés 250 W-al csökkenti az 5 kW-os kimenetet.
• A 35 °C feletti hőmérsékletek a BMS (akkumulátorkezelő rendszer) teljesítménycsökkentését váltják ki, 10–25%-kal korlátozva az áramot az akkumulátor élettartamának védelme érdekében.
• A 10 °C alatti körülmények növelik az akkumulátor belső ellenállását, így a bemenő energia akár 30%-a hőként disszipálódik, ahelyett hogy tárolt töltésként megmaradna.
• 80% feletti töltöttségi szintnél (SOC) a töltési sebességet fokozatosan csökkentik – néha felére is – függetlenül a töltő berendezés képességeitől.

Ezek a hatások magyarázzák, hogy miért mutatnak a gyakorlati tesztek – például egy hideg Volkswagen ID.4 akkumulátorának 90%-ra töltése – gyakran kevesebb mint 15%-os különbséget a 3 kW-os és 5 kW-os töltőeszközök között, annak ellenére, hogy az elméleti teljesítménykülönbség 67%. Az SAE J1772 szabvány ezeket a működési korlátokat határozza meg, tükrözve az autóipari mérnöki gyakorlat évtizedek óta tartó megállapodását a biztonságos és fenntartható váltakozóáramú töltésről.

Mikor érdemes 5 kW-os EV töltőre frissíteni – és mikor elegendő a 3 kW-os töltő

Használati eset elemzése: éjszakai otthoni töltés, közös lakóövezeti áramkörök és több EV-t birtokló háztartások

Egy járművel rendelkező háztartásoknál, előrejelezhető napi rutinnal, a 3 kW-os töltő megbízhatóan pótolja a tipikus napi használatot (100–150 km) éjszaka 8–10 óra alatt – ideális garázsokhoz korlátozott villamosenergia-kapacitással, ahol nem szükséges az elosztótábla bővítése.

Itt eléggé számít az elfogyasztott elektromos áram mennyisége. Egy alapvető 3 kW-os töltő körülbelül 12,5 amperrel dolgozik 240 volt feszültségnél, míg egy gyorsabb, 5 kW-os készülék körülbelül 21 amperre szorul. Olyan otthonoknál, ahol a biztosítékdoboz csupán 100 amperes, vagy ahol a meglévő áramkörök már jelentős terhelés alatt vannak – például klímaberendezések, elektromos főzőlapok vagy más nagy áramfelvételű készülékek miatt –, a 5 kW-os töltő felszerelése problémákat okozhat. A biztosítékok gyakran kiugorhatnak, sőt egyes szolgáltatók többletdíjat is felszámíthatnak a túlzott igénybevétel miatt. Amikor egyszerre több elektromos járművet is tölteni kell, két 5 kW-os töltő általában külön, 50 amperes áramkört igényel. Azonban a legtöbb szabványos otthoni elektromos hálózat csak 30 amperes terhelést bír el, így a 3 kW-os töltők használata, járművek között váltogatva, sokkal jobban illeszkedik a tipikus lakások elektromos kialakításához. Bár a 5 kW-os töltő használata egyetlen jármű esetében felére csökkenti a töltési időt, általában nem éri meg pénzügyileg, hacsak a házban már eleve megfelelő elektromos infrastruktúra nem áll rendelkezésre. Végtére is a legtöbb ember számára elegendő a nyilvános gyorstöltő állomások igénybevétele, amikor hosszabb útra kell indulniuk.

GYIK

Milyen tényezők határozzák meg a valós világban az EV töltési idő különbségeit 3 kW és 5 kW-os töltők között?

A 3 kW és 5 kW-os töltők közötti töltési idő különbséget befolyásolják az átalakítási veszteségek, jármű korlátok, fedélzeti töltő korlátozásai, környezeti hőmérséklet, hálózati feszültség, valamint az elektromos jármű akkumulátorának töltöttségi szintje.

Képesek-e minden EV-k használni a 5 kW-os töltőt?

Nem minden elektromos jármű képes teljes mértékben kihasználni egy 5 kW-os töltőt. A legtöbb elektromos jármű fedélzeti töltővel rendelkezik, amelynek teljesítményfelvételi korlátja általában 3,7 és 4,6 kW között van egyszeres fázisú váltakozó áramnál. Ez azt jelenti, hogy egy 5 kW-os töltő beszerelése nem feltétlenül eredményez gyorsabb töltést.

Miért lehet elegendő egy 3 kW-os töltő otthoni használatra?

Egy járművel rendelkező háztartásoknál, amelyek rendszeres vezetési mintázattal rendelkeznek, egy 3 kW-os töltő általában pótolja a napi vezetési távolságot éjszaka anélkül, hogy az elektromos panelt ki kellene bővíteni, így gazdaságos megoldást nyújt otthoni környezetben.

Mik azok a nem teljesítmény-függő tényezők, amelyek korlátozzák a töltési sebességet?

A töltési sebességet korlátozó nem meghajtási tényezők közé tartoznak a hálózati feszültség ingadozásai, a hőmérséklet hatása a telepkezelő rendszerre, a belső akkumulátor-ellenállás hideg körülmények között, valamint a töltési hatékonyság csökkenése 80%-os töltöttségi szint felett.