Яка різниця у часі зарядки між зарядними пристроями для електромобілів 3 кВт та 5 кВт?

Як вихідна потужність (3 кВт проти 5 кВт) визначає реальний час зарядки електромобіля

Фізика кіловат: чому більша потужність скорочує час зарядки — але не лінійно

Час зарядки залежить від швидкості передачі енергії, яка вимірюється в кіловатах (кВт). Зарядний пристрій 5 кВт подає на 67% більше енергії за годину, ніж пристрій 3 кВт. Для акумулятора 60 кВт·год теоретичний час становитиме:

• 3 кВт: 20 годин (60 ÷ 3)
• 5 кВт: 12 годин (60 ÷ 5)

Пряма лінія, яку ми бачимо на папері, стає хвилястою, якщо врахувати втрати при перетворенні. Коли автомобілі перетворюють змінний струм на постійний, вони втрачають близько 10–15% ефективності ще на цьому етапі. Та й проблема нагрівання кабелів зарядки теж існує. Опір зростає зі збільшенням струму. Що ж відбувається? Зарядний пристрій потужністю 3 кВт насправді може видавати близько 2,55 кВт після втрат, але збільшіть потужність до 5 кВт — і раптом реальна продуктивність становитиме лише близько 4,25 кВт. Це означає, що ті чіткі розрахунки, які показують на 67% швидший заряд, не спрацьовують, коли ми все підключаємо. Більшість людей помічають, що реальна економія часу становить приблизно половину цього значення.

Урахування втрат ефективності: чому на практиці 5 кВт ≠ на 67% швидший заряд

Реальні переваги значно зменшуються через конкретні обмеження транспортного засобу. Багато звичайних електромобілів постачаються з однофазними бортовими зарядними пристроями, які мають максимальну потужність близько 3,7–4,6 кВт. Тож навіть якщо хтось встановить потужніший зарядний пристрій на 5 кВт, він все одно не зможе подолати ці вбудовані обмеження. Наприклад, коли бортовий зарядний пристрій електромобіля має максимум 4,6 кВт, перехід з системи на 3 кВт дає лише близько 1,6 кВт додаткової потужності, що означає приблизно на 53% швидшу зарядку замість очікуваних повних 2 кВт покращення. Існує також проблема з нагріванням. Коли температура піднімається вище 95 градусів за Фаренгейтом, більшість систем управління акумуляторами починають знижувати вихідну потужність аж на 20%. Це означає, що початково гарна економія часу у 50% порівняно з 3 кВт знижується до 40–50% залежно від умов.

Nissan Leaf (40 кВт·год): 13,3 год (3 кВт) проти 8,0 год (5 кВт) до 80 % — із урахуванням обмежень бортового зарядного пристрою

Візьмемо, наприклад, компактні електромобілі, такі як Nissan Leaf з акумулятором 40 кВт·год. Зарядка від майже порожнього до 80% ємності займає близько 13 годин 20 хвилин при використанні стандартного зарядного пристрою потужністю 3 кВт. За допомогою кращого пристрою на 5 кВт цей час скорочується трохи більше ніж до 8 годин, що теоретично означає покращення майже на 40%. Але тут і починаються ускладнення. Більшість моделей Leaf можуть працювати максимум із швидкістю зарядки до 3,7 кВт, тому навіть якщо хтось встановить вдома зарядний пристрій на 5 кВт, додаткові 1,3 кВт просто будуть втрачені. Що це означає на практиці? Фактичний час зарядки виявляється на 20–30% довшим, ніж обіцяють виробники за ідеальних умов.

Tesla Model 3 RWD (60 кВт·год) та VW ID.4 (77 кВт·год): Коли дерейтинг зменшує перевагу 5 кВт

Електромобілі з більшою батареєю насправді отримують менше користі від тих сучасних потужних AC-зарядних пристроїв, ніж можна було б сподіватися. Коли температура піднімається вище 30 градусів Цельсія, система починає обмежувати кількість енергії, яку можна прийняти. Наприклад, типова сесія зарядки потужністю 5 кВт може забезпечити лише близько 4,3 кВт, коли на вулиці спекотно. Як менші зарядні пристрої 3 кВт, так і більші 5 кВт, майже однаково піддаються такому уповільненню, що означає, що економія часу, яку ми очікували отримати від оновлення, більше не має місця. Ситуація стає ще гіршою, коли рівень заряду батареї досягає приблизно 80%. Незалежно від того, який зарядний пристрій використовується, швидкість зарядки різко знижується в цей момент. Водії часто виявляють себе чекаючими ще кілька годин, щоб повністю зарядити свої автомобілі, навіть попри те, що вони інвестували в більш потужне обладнання.

Де 3 кВт та 5 кВт EV-зарядні пристрої вписуються в ландшафт AC-зарядки рівня 2

Заряджання змінним струмом рівня 2 охоплює діапазон від приблизно 3 до 22 кіловат у світі, і це значно варіюється залежно від місця розташування. У Північній Америці більшість систем може працювати з потужністю до приблизно 19,2 кВт при 80 амперах, тоді як європейські країни часто використовують повну потужність 22 кВт, використовуючи трифазну електричну мережу. До нижнього рівня цього діапазону входять блоки потужністю 3 кВт та 5 кВт, які багато домовласників встановлюють. Ці базові побутові варіанти забезпечують приблизно від 10 до 20 додаткових миль на кожен годину заряджання, що значно краще, ніж повільні зарядні пристрої рівня 1, які забезпечують лише 3–5 миль на годину. Крім того, вони не вимагають дорогих модернізацій електрощитів. Багато старих будинків із щитами на 100–200 ампер просто не можуть працювати з навантаженням понад 30 ампер, тому ці менші блоки рівня 2 чудово підходять для них. Вони також дуже важливі для житлових комплексів, багатоквартирних будинків і підприємств, які прагнуть знизити витрати під час облаштування зарядних станцій. Не дивно, що рівень 2 становить майже половину всіх точок заряджання електромобілів у світі. Він просто достатньо ефективний, не будучи надто складним чи дорогим.

Критичні фактори, окрім потужності, які нівелюють різницю між 3 кВт та 5 кВт для зарядного пристрою ЕМ

Хоча показники потужності зарядних пристроїв мають значення, три фактори, не пов’язані з потужністю, часто компенсують різницю між пристроями 3 кВт і 5 кВт — через що вони на практиці стають функціонально однаковими в повсякденному використанні.

Обмеження бортового зарядного пристрою: чому більшість електромобілів має максимум 3,7–4,6 кВт при однофазному змінному струмі

Бортовий зарядний пристрій, який перетворює змінний струм на постійний всередині автомобіля, по суті керує всім, що стосується швидкості зарядки. Більшість недорогих електромобілів оснащено однофазними бортовими зарядними пристроями, які працюють із струмом близько 16–20 ампер при 230 вольтах, що обмежує максимальну потужність споживання на рівні приблизно 3,7–4,6 кіловат. Візьмімо, наприклад, такі моделі, як MG ZS EV або базові версії VW ID.3: навіть якщо хтось встановить настінну станцію потужністю 5 кВт, ці автомобілі все одно не зможуть забирати з мережі більше ніж приблизно 3,7 кВт. Nissan Leaf вирізняється тим, що має бортову систему потужністю 6,6 кВт, а деякі моделі Tesla також добре використовують AC-підключення з вищою потужністю. Що ж трапляється, коли хтось витрачає додаткові кошти на зарядний пристрій потужністю 5 кВт, але власник автомобіля, обмеженого 3,7 кВт? У підсумку він отримує точно такий самий досвід зарядки, як і той, хто придбав дешевший пристрій потужністю 3 кВт для свого гаража.

Напруга мережі, температура навколишнього середовища та рівень заряду — як вони зменшують ефективну подачу кВт

Чотири екологічні чинники однаково погіршують продуктивність як 3 кВт, так і 5 кВт:

• Провали напруги (наприклад, <230 В) зменшують потужність пропорційно — P = VI — тому зниження на 5% зменшує вихід 5 кВт на 250 Вт.
• Температури вище 35 °C запускають зниження потужності BMS, обмежуючи струм на 10–25%, щоб захистити акумулятор.
• Умови з температурою нижче 10 °C підвищують внутрішній опір акумулятора, направляючи до 30% вхідної енергії на нагрівання замість накопичення заряду.
• Зарядка понад 80% від SOC поступово обмежує швидкість — іноді зменшуючи її вдвічі — незалежно від можливостей зарядного пристрою.

Ці фактори пояснюють, чому реальні випробування — наприклад, зарядка холодного Volkswagen ID.4 до 90% — часто показують менше ніж 15-відсоткову різницю у швидкості між обладнанням 3 кВт і 5 кВт, незважаючи на теоретичну різницю потужності в 67%. Стандарти SAE J1772 лежать в основі цих обмежень, відображаючи десятиліття консенсусу автомобільної інженерії щодо безпечного та сталого AC-заряджання.

Коли варто переходити на 5кВт зарядний пристрій для електромобіля, а коли достатньо 3кВт

Аналіз випадків використання: зарядка вдома на ніч, спільні побутові електричні мережі та домогосподарства з кількома електромобілями

Для домогосподарств з одним автомобілем і передбачуваним графіком 3кВт зарядні пристрої надійно відновлюють типовий денний пробіг (100–150 км) за ніч за 8–10 годин — ідеально підходить для гаражів з обмеженою електричною потужністю та без необхідності модернізації електрощитів

Кількість спожитої електроенергії тут має велике значення. Базовий зарядний пристрій потужністю 3 кВт споживає близько 12,5 ампер при напрузі 240 вольт, тоді як швидший пристрій потужністю 5 кВт потребує близько 21 ампера. У будинках із меншими електрощитами на 100 ампер, де ланцюги вже навантажені потужними споживачами, такими як системи кондиціонування, електроплити чи інші енергоємні прилади, встановлення зарядного пристрою 5 кВт може створити проблеми. Автоматичні вимикачі можуть регулярно відключатися, а деякі енергопостачальні компанії навіть стягують додаткові платежі за надмірне споживання. Коли одночасно потрібно заряджати кілька електромобілів, двом одиницям потужністю 5 кВт зазвичай потрібно окреме виділене коло на 50 ампер. Проте більшість типових побутових електричних мереж розраховані лише на 30 ампер, тому перемикання між транспортними засобами за допомогою зарядних пристроїв 3 кВт працює краще для звичайної побутової електромережі. Хоча підвищення до 5 кВт скорочує час зарядки вдвічі для одного автомобіля, це зазвичай не є вигідним фінансово, якщо у будинку вже немає відповідного електричного обладнання. Адже більшість людей можуть користуватися громадськими станціями швидкої зарядки, коли потрібно подорожувати на великі відстані.

ЧаП

Які фактори визначають різницю у часі зарядки електромобілів у реальних умовах між зарядними пристроями 3 кВт та 5 кВт?

Різниця у часі зарядки між зарядними пристроями 3 кВт та 5 кВт залежить від втрат при перетворенні, обмежень електромобіля, обмежень бортового зарядного пристрою, температури навколишнього середовища, напруги в мережі та рівня заряду акумулятора електромобіля.

Чи всі електромобілі можуть повністю використовувати зарядний пристрій потужністю 5 кВт?

Не всі електромобілі можуть повністю використовувати зарядний пристрій потужністю 5 кВт. Більшість електромобілів мають бортові зарядні пристрої з обмеженням споживаної потужності, як правило, до 3,7–4,6 кВт при однофазному змінному струмі. Це означає, що встановлення зарядного пристрою 5 кВт може не призвести до прискорення зарядки.

Чому зарядний пристрій потужністю 3 кВт може бути достатнім для домашнього використання?

Для домогосподарств із одним автомобілем і стабільним режимом використання зарядний пристрій потужністю 3 кВт, як правило, відновлює запас ходу, витрачений за день, протягом ночі, не потребуючи модернізації електричного щита, що робить його економічно доцільним рішенням для домашніх умов.

Які чинники, окрім потужності, обмежують швидкість зарядки?

Фактори, що не пов'язані з потужністю, але обмежують швидкість зарядки, включають коливання напруги в мережі, вплив температури на систему управління батареєю, внутрішній опір батареї в холодних умовах та зниження ефективності зарядки при рівні заряду понад 80%.