מהו יעילות הטעינה של מטען EV נייד מסוג 2?

יעילות הטעינה במציאות של מטען EV נייד מסוג 2

איך נמדדת יעילות ה-AC של יחידות מטען EV נייד מסוג 2

כשנבחן את היעילות האמיתית של מטענים ניידים לרכב חשמלי מסוג 2, אנו בעצם מודדים כמה אנרגיה חודרת לסוללת הרכב לעומת כמות האנרגיה שיוצאת מתוך שקע הקיר. קיימים מספר גורמים שפוגעים ביעילות זו, ביניהם אובדן אנרגיה הנגרם מערכת המטען הפנימית של הרכב, התנגדות בכבלים והחום שנוצר במהלך הפעולה. מעבדות בוחנות גורמים אלו בתנאים קפדניים למדי — בדרך כלל בטמפרטורת החדר (בערך 25 מעלות צלזיוס), עם זרם חשמלי יציב ועם סוללות שמתגלה בהן רמה של טעינה בין 20% ל-80%, כדי שלא לפגוע באובייקטיביות התוצאות. הביטו במספרים: מישהו מוציא 10 קילוואט-שעה מהשקע הביתי שלו, אך רק 8.8 קילוואט-שעה באמת נכנסים לסוללה. כלומר, יעילות המטען היא בערך 88%. מבחנים אלו עוזרים להשוות באופן הוגן בין מטענים שונים ולחשוף עד כמה חשובה ההנדסה הטובה מבחינת ביצועים ממשיים בדרכים.

טווח יעילות טיפוסי: 85–92% – בהשוואה לתחנות טעינה קיריות ולתחנות טעינה מהירות בזרם ישר (DC)

מטענים ניידים מסוג 2 מ logים בדרך כלל יעילות של 85–92% – מעט נמוך מתחנות טעינה קיריות מותקנות קבועות (88–94%) ובהרבה נמוך מתחנות טעינה מהירות בזרם ישר (92–96%). שלושה אילוצים הנדסיים יוצרים פער זה:

• מגבלות תרמיות : גוף קטן מגביל את פיזור החום, ולכן גורם להגברת האובדים ההתנגדותיים בתדרים גבוהים יותר
• הוועדות של הכבל : כבלים ארוכים וגמישים, הנפוצים במטענים ניידים, מוסיפים התנגדות רבה יותר מאשר התקנות קבועות
• ארכיטקטורת ההמרה : בניגוד לתחנות טעינה מהירות בזרם ישר, יחידות AC ניידות מסתמכות לחלוטין על הממיר הבנוי בתוך הרכב (OBC), ולכן סובלות מאובדי המרה חסרי-הימנעות מזרם חילופין (AC) לזרם ישר (DC)

בתנאים אידיאליים – כגון מטען נייד מסוג 2 בזרם של 32 אמפר המופעל במתח של 240 וולט – היעילות יכולה להגיע ל-92%, מה שמקטין את הפער מול מטענים קשיחים (wallboxes). ביצוע זה מספק טווח של 30–35 מייל לשעה, תוך שימור היתרונות של ניידות, אשר קריטיים לסיורים ברכב, למגורים זמניים או לבית שבו יש מספר רכבים.

גורמים מרכזיים שפוגעים ביעילות של מטען נייד מסוג 2 לרכב חשמלי

מגבלות המטען הבורדי (OBC) של הרכב כמחסום העיקרי

כאשר מדובר במהירות שבה רכבים חשמליים נטענים בפועל, המטען המותקן על הרכבת (OBC) משחק את התפקיד החשוב ביותר. לרוב הרכבים החשמליים הרגילים יש מטענים מותקנים שמקסימום הספקם נע בין כ-7 ל-11 קילוואט. עם זאת, בדגמים מתקדמים יותר הספק זה יכול להגיע לכ-19 קילוואט. כעת דמיינו מטען נייד מסוג Type 2 שמתוכנן ל-7.6 קילוואט, המחובר לרכב שמערכת המטען המותקנת שלו יכולה להתמודד רק עם 3.6 קילוואט. מה קורה? ובכן, בערך מחצית מהחשמל הזה הולכת לאיבוד כחום במקום להיכנס לסוללה. לכן שני מטענים ניידים שנראים זהים לחלוטין עלולים להתנהג בצורה שונה כל כך. קחו לדוגמה את ה-Kia EV6, שנטען בקצב של כ-40 קילומטרים לשעה כאשר מחוברים לרשת, לעומת הדגם הבסיסי של ה-Nissan Leaf שמנצל רק כ-25 ק"מ/שעה בתנאים דומים. יצרני רכב נוטים להקדיש את המאמץ שלהם לצמצום עלויות ולצמצום משקל הרכב, ולא להגביר את עוצמת המטען המותקן, ולכן מגבלה זו נשארת כמעט בלתי נמנעת בכל מערכות הטעינה באמצעות זרם חילופי (AC).

מגבלות מקור הכוח: מתח מעגל (120 וולט‏/240 וולט), זרם (16 אמפר–32 אמפר) ואיכות החיבור

היעילות של מטען נייד פוחתת באופן חמור כאשר מקור הכוח אינו עומד בדרישות הטכניות:

• שונות במתח : מעגלי 120 וולט מקטינים את היעילות ב-12–18% לעומת מעגלי 240 וולט, בשל דרישות זרם גבוהות יותר וזמן פעילות ארוך יותר, מה שמחמיר את האובדן החום
• חוסר זרם : הפעלת מטען של 32 אמפר על מעגל של 16 אמפר מבזבזת 7–9% מהאנרגיה בגלל זמן פעולה ממושך והתנגדות נחושת גבוהה יותר
• הדרדרות באיכות החיבורים : חיבורים משומשים עלולים לגרום לירידת מתח של עד 8 וולט מתחת לתקן, מה שמגביר את אובדי ההתנגדות ב-15% לעומת שקעים ברמה תעשייתית

אילוצים אלו מתנגנים עם מגבלות ה-OBC – במיוחד בעת טעינה ממקורות חשמל ביתיים, זמניים או לא ממוזגים – מה שהופך את האימות של המקור לתנאי הכרח ליעילות אמינה.

עיצוב מחבר מסוג 2 ותפקידו ביעילות של מטען EV נייד

מדוע פעולת פאזה אחת מגדירה את רוב דגמי המטענים הניידים מסוג EV מסוג 2 – ומהן ההשלכות על היעילות

מטענים ניידים מסוג 2 לרכב חשמלי (EV) פועלים בעיקר בזרם חד-פאזי, מכיוון שהם צריכים לפעול עם מה שזמין ברוב הבתים ובמקומות ציבוריים כיום. זרם תלת-פאזי פשוט לא נמצא בדרך כלל בגראז'ים של אנשים או בבית קפה. למרות ש־7 המגעים במתחבר מסוג 2 יכולים להתמודד עם שתי התצורות, מטענים ניידים נותרו בזרם חד-פאזי כדי שאנשים רגילים יוכלו פשוט לחבר אותם בכל מקום שיש שם שקע מתאים. היעילות של זרם חד-פאזי היא כ־85–92 אחוז, מה שמתאים מאוד בהשוואה לביצועים שלו במשימות כבדות, שבהן הוא נופל לעומת זרם תלת-פאזי. אולם זה לא באמת נוגע לאי-יעילות כשלעצמה. הבעיות העיקריות נובעות מכך שהפאזות לא מאוזנות מספיק, וכן מהתנגדות נוספת במהלך העברה. מה שמאפשר להתמודד עם זה הן המגעים להתקשרות המובנים בתוך המתחבר עצמו. הם מאפשרים למטען להתאים את הזרם באופן דינמי, ומכ таким образом באנרגיה מבוזבזת כאשר מתחים משתנים או כאשר רכיבים מתחילים לחמם מדי. כך, יצרנים בחרו לוותר על מעט יעילות לטובת משהו חשוב הרבה יותר במציאות: גישה אוניברסלית. נהגים יכולים לטעון בבטחה וביעילות כמעט בכל מקום שבו יש שקע מתאם — וזה עדיף על פני ציוד בעל יעילות גבוהה במיוחד שאיש לא יכול להשתמש בו בבית.

אופטימיזציה של היעילות: התאמת מטען ה-EV הנייד מסוג 2 לדרישות קבלת המטען של הרכב

איך פלט של 240 וולט/32 אמפר (7.6 קילווט) מתאם את קצב טעינת ה-AC הנפוץ ברכבים החשמליים (למשל Tesla, VW ID.4, Kia EV6)

השגת המירב מהטעינה תלויה במידה רבה בהבטחת התאמה בין המטען הנייד לבין היכולת שאותה מספקת יחידת הטעינה הפנימית (OBC) של ה-VE. נסתכל על רכבים חשמליים מודרניים כגון Tesla Model 3 ו-Y, VW ID.4 ו-Kia EV6 — לרוב הם מגיעים עם דירוגי OBC בתחום של 7–11 קילווט. לשם תוצאות מיטביות, יש לבחור במטען נייד שמספק כ-240 וולט ב-32 אמפר, מה שנותן כ-7.6 קילווט של הספק. ערך זה נמצא בנוח בתוך הטווח שאותו erwarten הרכבים הללו, ולכן מעביר אנרגיה באופן יעיל מבלי להעמיס יותר מדי על רכיבי ההמרה הפנימיים.

כאשר קצב הפלט וקצב קבלת הטעינה מתאימים — כפי שמתרחש במעל ל-85% מה-VE המודרניים — נובעות שתי יתרונות יעילות:

• המרת מיטבית ה- OBC פועל בטווח העומס האידיאלי שלו, ממזער את האנרגיה המבוזבזת עקב תפעול מתחת ליכולת המקסימלית או ירידה ביעילות
• ביצועי חום יציבים הרכיבים פועלים בטמפרטורה נמוכה יותר, מה שמביא להפחתת אובדי התנגדות

כאשר כל הרכיבים עובדים יחדיו כראוי, אנו מדברים על יעילות של כ-92–95 אחוז מהרשת הישירה לסוללה. תוצאה זו עולה ב-8–12 נקודות אחוז על מערכות שאינן מתאימות זו לזו, בהתאם לנתוני רכב חשמלי (EV) עדכניים משנת 2023. לדוגמה, כאשר מישהו מנסה להשתמש במטען נייד חזק של 22 קילוואט עם מטען פנימי (onboard charger) של 7 קילוואט בלבד — מה קורה? המערכת חייבת להקטין משמעותית את תפוקתה, מה שגורם לאיבוד של כ-15–20% מכל הספק הנכנס כחום מיותר. מצד שני, שימוש במטען קטן מדי מאט את תהליך המטען באופן קיצוני, תוך כדי השארת רוב היכולת הטכנית של הרכב בלתי מנוצלת. ערך של כ-7.6 קילוואט נראה כהמגמה האופטימלית: הוא מספק די ניידות, מבלי להתפשר במידה רבה על הביצועים האמיתיים במצבים יומיומיים של נהיגה.

שאלות נפוצות

אילו גורמים משפיעים על היעילות של מטען נייד מסוג 2 לרכב חשמלי (EV)?

היעילות מושפעת מגבלי המטען המותקן ברכב, מגבלי מקור הכוח כגון מתח וזרם, התנגדות הכבל והגבלות תרמיות. גורמים אלו יכולים לגרום לאובדי אנרגיה שפוגעים ביעילות.

איך ניתן לשפר את היעילות במטענים ניידים מסוג 2?

הטעינה היעילה משתפרת על ידי התאמת פלט המטען לקצב קבלת האנרגיה של ה־EV, העדפת מעגלים של 240V, אימות דירוגי המפסקים החשמליים והחלפת שקעים מיושנים שגורמים לאובדי התנגדות.