Kāda ir atšķirība uzlādes laikā starp 3 kW un 5 kW EV uzlādētāju?

Kā jauda (3kW pret 5kW) nosaka reālo EV uzlādes laiku

KW fizika: kāpēc augstāka jauda samazina uzlādes ilgumu – bet ne lineāri

Uzlādes laiks ir atkarīgs no enerģijas pārneses ātruma – ko mēra kilovatos (kW). 5kW uzlādētājs stundā nodod par 67% vairāk enerģijas nekā 3kW ierīce. 60kWh baterijai teorētiskie laiki ir:

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

Taisnā līnija, ko redzam uz papīra, sāk kļūt viļņota, ņemot vērā pārveidošanas zudumus. Kad automašīnas pārveido maiņstrāvu (AC) uz līdzstrāvu (DC), tās uzreiz zaudē aptuveni 10–15% efektivitātes. Turklāt pastāv arī problēma ar siltumu lādēšanas kabelos. Pretestība kļūst sliktāka, palielinoties strāvai. Tātad, kas notiek? 3 kW lādētājs praksē var sniegt aptuveni 2,55 kW, taču palieliniet to līdz 5 kW, un pēkšņi mēs redzam tuvāk 4,25 kW reālajā darbībā. Tas nozīmē, ka šie precīzie aprēķini, kuros parādīts par 67% ātrāks lādēšanas laiks, nedarbojas, kad visu pieslēdzam. Vairums cilvēku atrod, ka patiesie ieguvumi ir aptuveni tikai puse no šī skaitļa.

Zuduma efektivitātes ņemšana vērā: kāpēc 5 kW praktiski nenozīmē par 67% ātrāku lādēšanu

Reālās priekšrocības tiek ievērojami samazinātas dēļ konkrētiem transportlīdzekļa ierobežojumiem. Daudzi parastie elektriskie auto ir aprīkoti ar vienfāzes uzmontētajiem lādētājiem, kuru jauda nepārsniedz aptuveni 3,7 līdz 4,6 kW. Tāpēc pat tad, ja kāds uzstāda lielāku 5 kW lādētāju, tas joprojām nevar pārsniegt šos iebūvētos ierobežojumus. Piemēram, kad elektriskā auto uzmontētā lādētāja jauda ir maksimāli 4,6 kW. Pāreja no 3 kW sistēmas dod tikai aptuveni 1,6 kW papildu jaudu, kas nozīmē aptuveni 53% ātrāku lādēšanu, salīdzinot ar pilnu 2 kW uzlabojumu, kādu cilvēki varētu sagaidīt. Ir arī siltuma problēma. Kad temperatūra paaugstinās virs 95 grādiem pēc Fārenheita, vairums bateriju vadības sistēmu sāk samazināt jaudu līdz pat 20%. Tas nozīmē, ka sākotnējie 50% laika ietaupījumi salīdzinājumā ar 3 kW tagad atkarībā no apstākļiem krītas līdz 40–50%.

Nissan Leaf (40kWh): 13,3 stundas (3kW) pret 8,0 stundām (5kW) līdz 80% – ņemot vērā uzmontētā lādētāja ierobežojumus

Ņemsim, piemēram, kompaktos elektriskos automobiļus, piemēram, 40 kWh Nissan Leaf. Gādījumā, ja to uzlādē no gandrīz tukša līdz 80 % jaudai, standarta 3 kW uzlādētāja izmantošana aizņem aptuveni 13 stundas un 20 minūtes. Izmantojot labāku 5 kW ierīci, šis laiks samazinās līdz nedaudz vairāk kā 8 stundām, kas teorētiski nozīmē gandrīz 40 % uzlabojumu. Taču tieši šeit rodas problēmas. Lielākā daļa Leaf modeļu var izturēt maksimāli līdz 3,7 kW uzlādes ātrumu, tāpēc pat tad, ja kāds mājās uzstāda 5 kW uzlādētāju, papildus 1,3 kW vienkārši tiek izšķiesti. Ko tas praksē nozīmē? Reālajos apstākļos uzlādes laiki beigās ir aptuveni 20 līdz 30 % lēnāki, nekā ražotāji solīja ideālos apstākļos.

Tesla Model 3 RWD (60kWh) & VW ID.4 (77kWh): Kad derētēšana samazina 5 kW priekšrocību

Lielāku akumulatoru elektriskās transporta līdzekļi faktiski iegūst mazāku labumu no šiem modernajiem augstas jaudas maiņstrāvas uzlādētājiem, nekā varētu sagaidīt. Kad temperatūra paaugstinās virs aptuveni 30 grādiem pēc Celsija, sistēma sāk samazināt uzņemamo jaudu. Piemēram, tipiskā 5 kW uzlādes sesijā karstā laikā var tikt piegādāti tikai aptuveni 4,3 kW. Gan mazākie 3 kW, gan lielākie 5 kW uzlādētāji piedzīvo gandrīz vienādu palēninājumu, kas nozīmē, ka laika ietaupījums, kuru mēs cerējām iegūt, mainot uz jaudīgāku aprīkojumu, vairs nepastāv. Situācija kļūst vēl sliktāka, kad akumulators sasniedz aptuveni 80 % līmeni. Bez svara uzlādētāja, ko izmanto, šajā brīdī uzlādes ātrums strauji samazinās. Vadītāji bieži atrodas stāvoklī, kad viņiem jāgaida vēl papildu dažas stundas, lai pabeigtu sava auto uzlādēšanu, pat tad, ja viņi ir ieguldījuši dārgākā aprīkojumā.

Kur 3 kW un 5 kW EV uzlādētāji iederas līmeņa 2 maiņstrāvas uzlādes ainavā

Līmeņa 2 AC uzlāde aptver plašu diapazonu no aptuveni 3 līdz 22 kilovatiem visā pasaulē, un tas diezgan daudz atšķiras atkarībā no atrašanās vietas. Ziemeļamerikā lielākā daļa sistēmu var izturēt līdz pat aptuveni 19,2 kW pie 80 ampēriem, savukārt Eiropas valstīs bieži tiek izmantoti pilnie 22 kW, izmantojot trīsfāžu enerģijas padeves sistēmu. Šī diapazona apakšējā daļa ietver tās 3 kW un 5 kW iekārtas, ko daudzi mājsaimniecību īpašnieki uzstāda. Šīs pamata dzīvojamās vietas opcijas nodrošina aptuveni 10 līdz 20 papildu jūdzes uzlādes stundā, kas ir daudz labāk nekā lēnās Līmeņa 1 uzlādētājas, kuras nodrošina tikai 3 līdz 5 jūdzes stundā. Turklāt tām nav nepieciešamas dārgas elektriskās paneļu modernizācijas. Daudzas vecākas mājas ar 100 līdz 200 ampēru pakalpojumu paneļiem vienkārši nevar izturēt vairāk par 30 ampēriem, tāpēc šīs mazākās Līmeņa 2 iekārtas tur darbojas lieliski. Tās ir arī ļoti svarīgas apartamentu kompleksiem, rindmājām un uzņēmumiem, kuri cenšas samazināt izmaksas, ierīkojot uzlādes stacijas. Nav brīnums, ka Līmeņa 2 veido gandrīz pusi no visām elektrisko automašīnu uzlādes vietām visā pasaulē. Tā vienkārši darbojas pietiekami labi, nekļūstot pārāk sarežģīta vai dārga.

Kritiski neelektriskie faktori, kas pārspēj 3 kW un 5 kW EV uzlādētāju atšķirību

Lai gan uzlādētāju jaudas rādītāji ir svarīgi, trīs neelektriski faktori bieži vien izlīdzina atšķirību starp 3 kW un 5 kW ierīcēm – ikdienas lietošanā tās bieži kļūst funkcionali identiskas.

Bordā montētā uzlādētāja ierobežojums: kāpēc lielākā daļa elektromobiļu vienfāzes maiņstrāvā sasniedz maksimāli 3,7–4,6 kW

Bortā uzstādītais lādētājs, kas automašīnā pārveido maiņstrāvu (AC) par līdzstrāvu (DC), būtiski nosaka visu, kad runa ir par lādēšanas ātrumu. Vairums budžeta elektrisko automašīnu ir aprīkotas ar vienfāzes OBC, kas nodrošina aptuveni 16 līdz 20 ampēri pie 230 voltiem, tādējādi ierobežojot maksimālo jaudu robežās no 3,7 līdz 4,6 kilovatiem. Aplūkojiet modeļus, piemēram, MG ZS EV vai VW ID.3 ieejas versijas — pat ja kāds uzstāda 5 kW sienaslādētāju, šīs automašīnas joprojām neiegūs vairāk par aptuveni 3,7 kW no tīkla. Nissan Leaf šeit izceļas ar savu 6,6 kW sistēmu, un daži Tesla modeļi arī labi izmanto augstākas jaudas AC savienojumus. Tātad ko tad darīt, ja kāds papildus iztērē naudu par 5 kW lādētāju, bet viņam pieder automašīna, kas ierobežota ar 3,7 kW? Nu, šādā gadījumā viņš saņems tieši to pašu lādēšanas pieredzi, kā cilvēks, kurš savai garāžai iegādājies lētāku 3 kW iekārtu.

Tīkla spriegums, apkārtējās vides temperatūra un uzlādes līmenis – kā tie samazina efektīvo kW piegādi

Četri vides faktori vienādi pasliktina gan 3kW, gan 5kW veiktspēju:

• Sprieguma kritums (piemēram, <230 V) samazina jaudu proporcionāli – P = VI – tāpēc 5% kritums samazina 5 kW izeju par 250 W.
• Temperatūras virs 35°C ieslēdz BMS jaudas samazināšanu, ierobežojot strāvu par 10–25%, lai aizsargātu baterijas stāvokli.
• Apstākļi zem 10°C paaugstina baterijas iekšējo pretestību, novirzot līdz 30% no ieejas enerģijas siltumam, nevis uzkrātajai lādiņai.
• Lādēšana virs 80% uzlādes līmeņa (SOC) pakāpeniski ierobežo ātrumus – dažreiz pat samazinot tos par pusi – neatkarīgi no lādētāja iespējām.

Šie faktori izskaidro, kāpēc reālos testos – piemēram, aukstas Volkswagen ID.4 lādēšana līdz 90% – bieži redzams mazāk nekā 15% atšķirīgs ātrums starp 3kW un 5kW iekārtām, neskatoties uz teorētisko 67% jaudas starpību. SAE J1772 standarti veido šo uzvedības ierobežojumu pamatu, atspoguļojot desmitgades ilgu automašīnu inženieru vienošanos par drošu un ilgtspējīgu maiņstrāvas lādēšanu.

Kad ir lietderīgi uzlabot līdz 5 kW EV uzlādētājam – un kad pietiek ar 3 kW uzlādētāju

Lietošanas gadījumu analīze: uzlāde mājās naktī, koplietotās dzīvojamās ēkas elektrotīklā un mājsaimniecības ar vairākiem EV

Mājsaimniecībām ar vienu transportlīdzekli un paredzamām rutīnām 3 kW uzlādētāji uzticami aizvieto tipisku ikdienas izmantojumu (100–150 km) naktī 8–10 stundās – ideāli piemēroti garāžām ar ierobežotu elektrisko jaudu un bez nepieciešamības palielināt paneļa jaudu.

Šeit diezgan daudz nozīmē patērētās elektroenerģijas daudzums. Pamata 3 kW uzlādētājs 240 voltiem patērē aptuveni 12,5 ampērus, savukārt ātrāks 5 kW modelis nepieciešamie aptuveni 21 amps. Mājām ar mazākām 100 A elektriskajām paneļiem vai vietās, kur ķēdes jau nodrošina lielas slodzes, piemēram, gaisa kondicionēšanas sistēmas, elektriskās plītis vai citas enerģijas patēriņa ierīces, 5 kW uzlādētāja uzstādīšana var izraisīt problēmas. Automātiskie izslēdzēji var bieži izslēgties, un dažas komunālie pakalpojumi pat uzliek papildu maksas par pārmērīgu pieprasījumu. Kad vienlaikus jāuzlādē vairākas EV, divām 5 kW iekārtām parasti nepieciešama atsevišķa 50 A ķēde. Tomēr lielākā daļa standarta māju elektriskās instalācijas nodrošina tikai 30 A, tāpēc pārslēgšanās starp transportlīdzekļiem, izmantojot 3 kW uzlādētājus, labāk darbojas ar tipiskām dzīvojamām ēkām paredzētām elektriskajām vadu sistēmām. Lai gan pāreja uz 5 kW saucēju samazina uzlādes laiku uz pusi vienam automobilim, tas parasti nav finansiāli izdevīgi, ja vien mājā jau nav pareizā elektriskā iekārta. Galu galā, lielākā daļa cilvēku var paļauties uz publiskām ātrās uzlādes stacijām, kad tiem ir nepieciešams veikt garākus braucienus.

BUJ

Kādi faktori nosaka reālās EV uzlādes laika atšķirības starp 3 kW un 5 kW uzlādētājiem?

Uzlādes laika atšķirību starp 3 kW un 5 kW uzlādētājiem ietekmē pārveides zudumi, transportlīdzekļa ierobežojumi, uzmontētā uzlādētāja ierobežojumi, apkārtējā temperatūra, tīkla spriegums un elektriskā auto akumulatora lādētības pakāpe.

Vai visi elektriskie auto var izmantot 5 kW uzlādētāju?

Ne visi elektriskie auto var pilnībā izmantot 5 kW uzlādētāju. Lielākajiem elektriskajiem transportlīdzekļiem uzmontētie uzlādētāji ir ar jaudas ievada ierobežojumiem, parasti vienfāzes maiņstrāvā tiek sasniegti maksimumi no 3,7 līdz 4,6 kW. Tas nozīmē, ka 5 kW uzlādētāja uzstādīšana varētu nenozīmēt ātrāku uzlādi.

Kāpēc 3 kW uzlādētājs mājas lietošanai var būt pietiekams?

Viena transportlīdzekļa ģimenēm ar stabiliem braukšanas paradumiem 3 kW uzlādētājs parasti pietiek, lai naktī atjaunotu ikdienas nobraukto attālumu, nevajadzīgai elektroinstalācijas paneļa modernizācijai, kas padara to ekonomiski pieejamu mājas iekārtojumam.

Kādi ir neelektriskie faktori, kas ierobežo uzlādes ātrumu?

Neenerģētiski faktori, kas ierobežo uzlādes ātrumu, ietver tīkla sprieguma svārstības, temperatūras ietekmi uz baterijas pārvaldības sistēmu, iekšējo baterijas pretestību aukstos apstākļos un samazinātu uzlādes efektivitāti, kad uzlādes līmenis pārsniedz 80%.