Az elektromos autó helyes töltése

Az elektromos autó helyes töltése

9 aug. 2021

Egyre több autóvezető kacsingat az elektromos autók felé. Ezt a németországi statisztikák is igazolják. Míg 2020-ban a regisztrált új autók száma jelentősen, 19,1%-kal csökkent 2019-hez képest, az elektromos autók iránti kereslet 207%-os növekedést mutatott. A 194 163 új engedéllyel az elektromos autók aránya 2020%-ban 6,7% volt. 

Annak ellenére, hogy az elektromos autók népszerűsége tovább nő, sok autóvásárlónak továbbra is aggályai vannak az elektromos autóra való áttéréssel szemben. 

A nagyon hosszú töltési időre hivatkozva gyakran legyintenek, majd egy új, belső égésű motorral rendelkező autó mellett döntenek. Végülis az üzemanyag tankolás nem tart olyan sokáig, mint a jármű akkujának a feltöltése. De valójában mennyi ideig kell az elektromos autóknak a töltőállomáshoz csatlakozniuk? Eláruljuk, hogy milyen tényezők döntőek itt.

Annak érdekében, hogy a töltési idővel kapcsolatos kérdésre konkrét választ tudjunk adni, először az "akkuk és elemek" témát kell részletesebben megvizsgálni.

 

Elem vagy akku - mi a különbség?

Míg az angolban túlnyomórészt a "battery" szót használják az akkukra és az elemekre is, magyarul megkülönböztetjük őket. Pontosan meg tudjuk különböztetni az elemeket és az akkukat. Mindkét kifejezést egy áramtárolóra használjuk. 

Egy elem viszont csak egyszer használható áramtároló és csak egyszer meríthető le. Ha lemerül, akkor környezetbarát módon kell azt selejtezni. Az elemeket primer celláknak is nevezzük. 

Egy akku ezzel szemben újratölthető és így többször használható áramtároló, amit  szekunder cellának is nevezünk.

Sajnos már a német nyelvhasználat sem különbözteti meg mindig az elem és az akku kifejezést. Ha a mínuszokban a jármű motor nem indul, mivel túl kevés áramot kap, német nyelvterületen még a szakemberek is az "Autobatterie" (autó elem) lemerüléséről beszélnek. Az említett autó „elem” viszont valójában egy ólomakku, amit az autó generátora tölt.
Egy elektromos autóban is egy akku gondoskodik a meghajtás tápellátásáról. Mégis a Batterie (elem) szót olvashatjuk újra és újra, ha egy modern elektromos autó akkujáról van szó.

Milyen akkut használnak az elektromos autókban?

Az akkuk olyan galvanikus eszközök, amik két elektródából és egy elektrolitból állnak. Az áramot elektrokémiai alapon tárolják. A fentebb már említett indítóakku technikailag egy ólomakku. Az elektródák ólomból és ólom-oxidból vannak. Elektrolitként vízzel higított kénsav szolgál. De számos más akku technológia is létezik, ahol a nikkel-kadmium akkuk, a nikkel-fém-hidrid akkuk vagy a lítiumion akkuk a legelterjedtebbek. 

Mivel jelenleg a lítiumion akkuk rendelkeznek a legmagasabb energiasűrűséggel, szívesen használják őket okostelefonokhoztabletekheznotebookokhoz és akkus szerszámokhoz is. Még a hobbi területeken is egyre gyakrabban használnak lítium akkukat. Ha az elektrolit szilárd ill. zselé halmazállapotú fóliában van polimer bázison, akkor az akkut lítium-polimer akkunak (LiPo) nevezzük. 

A negatív elektróda (anód) grafitból vagy lítium titanát spinellből van. 

A pozitív elektróda (katód) lítium-kobalt (III)-oxidból van. A lítium-kobalt-dioxidon kívül más vegyületeket, például lítium-mangánt, lítium-nikkel-mangán-kobaltot, lítium-nikkel-kobalt-alumíniumot vagy lítium-vas-foszfátot is használhatnak katódanyagként.

Jelenleg az elektromos járművekben túlnyomó részt különböző kivitelű lítium akkukat használnak.

Mi történik töltéskor / kisütéskor?

 

A töltési folyamat során az alkalmazott töltési feszültség a külső áramkörön keresztül elektronokat von el a katódból, és elérhetővé teszi az anódon. Ezáltal szabad lítiumionok vándorolnak a katódról a szeparátoron keresztül az anódra. Itt összegyűjtik őket az elektronok és a grafit struktúrába raktározódnak. Ha az összes lítiumion az anód oldalra érkezik, az akku teljesen feltöltődik.

 

A kisütés során az elektronok a külső áramkörön keresztül az anódról visszavándorolnak a katódra. A pozitív töltésű lítiumionok, amik leadták az anódra az elektronjukat, ezután visszavándorolnak a szeparátoron keresztül a katódra
Ezáltal a katód képes arra, hogy a fogyasztóról érkező elektronokat ismét felvegye.

 

Hogyan töltődik egy elektromos autó?

A (t1) időpontban a töltési feszültség (U) korlátozott, így nem túl sok töltőáram (I) áramlik. A töltés állapotától függően a feszültséget lassan kell növelni, hogy a maximális töltőáram áramoljon a (t1) és (t2) között.
A (t2) időpontban éri el a cellánkénti maximális töltési feszültséget. A töltési feszültség ekkor állandó értéken van tartva. A (t3) időpontban a töltési áram eléri a minimális értékét, és az akku 100% -ban fel van töltve.

A nagy teljesítményű lítiumos akku technológiának számos előnye van. Az akkuk kicsik, könnyűek és hihetetlen teljesítményre képesek. Annak érdekében, hogy ezeket az előnyöket hosszabb ideig használni tudjuk, néhány fontos pontot figyelembe kell venni. Az akkuk rendkívül érzékenyek a mélykisülésre és a túltöltésre is. Ez az oka annak, hogy a lítium akkukat az elektronika folyamatosan felügyeli a töltés során és később működés közben is.
Annak érdekében, hogy ne merítse le az akkut túl mélyen, az elektromos autó vezetője folyamatosan tájékoztatást kap a fennmaradó hatótávolságról. Ez azt jelenti, hogy elegendő ideje van arra, hogy megfelelő újratöltési lehetőségeket találjon elektromos járműve számára.

Mivel a lemerült akku nagyon nagy töltési áramot képes felvenni, ezt kisebb-nagyobb mértékben korlátozni kell. Erre azért van szükség, hogy ne terhelje túl a töltőberendezés hálózati csatlakozását.
Az áramkorlátozás a töltési feszültség (U) szabályozásával történik. Ezt automatikusan olyan magasra szabályozza, hogy a maximális megengedett töltőáram (I) áramoljon. Ez azonban csak egy bizonyos pontig lehetséges. Ugyanis a töltési feszültség nem haladhatja meg a megadott maximális értéket akku cellánként. 

Amikor ezt az értéket eléri, a feszültség már nem szabályozható magasabbra. A töltési áram ekkor tovább csökken, ahogy a fennmaradó töltés növekszik. Ha a töltőáram a legkisebb értéket elérte, az akku teljesen fel van töltve. Ez az oka annak is, hogy a gyorstöltési folyamatok soha sem  töltik fel teljesen a lítium akkut. A gyakorlatban körülbelül 80% érhető el rövid idő alatt.

 

Milyen tényezőktől függ az elektromos autó töltési ideje?

Az e-autó töltési folyamata lényegesen tovább tart, mint ha csak 50 liter benzint vagy dízelolajat tankolnánk. Az, hogy mennyi ideig tart egy elektromos autó tényleges töltési ideje, számos tényezőtől függ.

 

A járműakku kapacitása

A járműakku kapacitása összehasonlítható az üzemanyagtartály űrtartalmával. Minél nagyobb a teljesítmény kilowattórában (kWh), annál nagyobb az akku kapacitása. A tapasztalatok pedig azt mutatják, hogy egy nagy tartály feltöltése lényegesen hosszabb ideig tart, mint egy kis tartályé.

Az akku maradék töltése

Minél magasabb az akku maradék töltése, annál kevesebb elektromos energiát kell utántölteni, hogy az akku teljesen újratöltődjön. Időben tekintve ez elsősorban csak a körülbelül 80%-os töltöttségi állapotig észlelhető. A hiányzó töltés 100%-ig mindig ugyanannyi időt vesz igénybe, függetlenül attól, hogy az akkumulátor mennyire volt üres korábban.

A töltőállomás teljesítménye

Nyilvánvalóan az épületben lévő 230 V-os hálózati aljzat sok energiát szolgáltat. Ezt gondolhatjuk, amikor azt látjuk, hogy egy vízforraló milyen gyorsan biztosít forró vizet, vagy a pirító a halvány fehér kenyérszeleteket aranybarnára pirítja. Egy elektromos autó gyors feltöltéséhez a földelt hálózati aljzat által kínált teljesítmény azonban teljesen alkalmatlan. Ezért felsoroltuk a töltőállomások leggyakoribb aljzatait és hálózati csatlakozóit, és összehasonlítottuk őket egymással.

Egy fázisú földelt hálózati csatlakozó
230 V-os feszültség és max. 16 A megengedett áramerősség esetén a teljesítmény 3,7 kilowatt (kW).

Egy fázisú CEE csatlakozó
Egy egyfázisú CEE csatlakozóaljzat max. 32 A-t szállít, a teljesítmény pedig  7,4 kW

Három fázisú CEE csatlakozó
Ha a 3 fázis 16 A-rel terhelhető, a csatlakozási teljesítmény 11 kW és fázisonként 32 A esetén ez már 22 kW.

A jármű maximális töltőárama

A régebbi elektromos járművekben, amelyeket csak egy fázison keresztül töltenek, gyakran áramkorlátozót építettek be. A cél az volt, hogy elkerüljük, hogy a háromfázisú hálózat túlságosan egyoldalúan túlterhelt legyen. A lehetséges 32 A helyett ezért csupán 20 A használható.
Ha egy jármű töltése egyenfeszültséggel is megengedett, mint például a Tesla Supercharger esetében, a jelenleg lehetséges töltési teljesítmény max. 150 kW.
Környezeti hőmérséklet

A lítium akkuk nem szeretik sem a forróságot sem a rendkívül hideget. Az akkuk mérsékelt hőmérsékleten érzik magukat a legjobban. A téli alacsony hőmérséklet különösen megterheli az akkukat. Éppen ezért az elektromos autóknak garázshelyet kell biztosítani a hideg évszakban. De még ekkor is hosszabb töltési idővel kell számolni.

Milyen hosszú a töltési folyamat egy elektromos autónál?

Most, hogy kiderült, hogy milyen kritériumok játszanak fontos szerepet az elektromos meghajtású autó töltésében, a töltési idő viszonylag könnyen kiszámítható. A számítás a 80% -os töltöttségi állapot elérését veszi alapul, mivel a további, max. 100%-os töltés jelentősen tovább tart a folyamatosan csökkenő töltőáram miatt.

Vonja le a jelenlegi fennmaradó töltést (pl. 20%-ot) a kívánt 80%-os töltési állapotból. Ekkor egy különbség értéket kap, ami azt mutatja, mennyit kell utántölteni.  A mi számítási példánkban a különbség 60%.

Ha a járműakku kapacitása 36 kilowattóra (kWh), akkor ennek a 60%-a kb. 21,6 kWh, amit után kell tölteni. A töltési folyamat okozta veszteségek ellensúlyozása érdekében 10%-ot kell hozzáadni, ami az értéket 23,8 kWh-ra emeli.

Ekkor attól függ, hogy mennyi energiát biztosít a töltőcsatlakozó. Ehhez az utántöltendő 23,8 kWh értéket el kell osztani a töltőcsatlakozó teljesítményével.

  • Egy 3,7 kW-os töltőállomás esetén a töltési idő 6,43 óra.
  • Egy 7,4 kW-os töltőállomás esetén a töltési idő 3,21 óra.
  • Egy 11 kW-os töltőállomás esetén a töltési idő 2,16 óra.
  • Egy 22 kW-os töltőállomás esetén a töltési idő 1,08 óra.

Különösen akkor, ha hosszú ideig van úton, konkrét áttekintéssel kell rendelkeznie arról, hogy mennyi ideig tart az "elektromos árammal történő tankolás". Megfelelően magas töltési teljesítmény esetén az idők jelentősen rövidebbek, mint azt elsőre gondolnánk.

Gyakran ismételt kérdések az elektromos autó töltésével kapcsolatban

Az akkunak a gyorsabb vagy a lassabb töltés tesz jót?

A gyakorlat azt mutatja, hogy az a kíméletesebb, ha az akkut inkább lassan töltjük, nem pedig gyorsan. Ez nem probléma, ha a járművet pl. éjszaka töltjük. Hosszabb utakon viszont nem kerülhető el egy gyors töltés az út során. Viszont a lemerítéskor is szerepet játszik az áramerősség. Minél kisebb a kisütő áram, annál kíméletesebb az akku számára. Ezért lehetőség szerint kerülni kell az indokolatlanul erős gyorsításokat. A gázpedál óvatos kezelése emellett a hatótávolságra is pozitív hatással van.

Hogyan ismeri fel a jármű, hogy lassan vagy gyorsan tölthető?

A tényleges töltő fixen be van építve a járműbe. A töltőállomáshoz csatlakoztatva, a töltő megkapja a töltőállomás elektronikájától az információt arról, hogy mekkora lehet az áram. Ha útközben csak egy hálózati csatlakozóaljzat áll rendelkezésre, akkor egy beépített vezérlődobozzal rendelkező töltőkábelt kell használni. A megfelelő csatlakozóadapter segítségével a vezérlődoboz tudja, hogy melyik hálózati csatlakozóaljzatot használja, és mennyit terhelhet. Ezenkívül a vezérlődobozok és a töltőállomások biztosítják, hogy a töltési feszültség csak akkor aktiválódjon, ha a töltőkábel dugója a járműhöz van csatlakoztatva.

Minden utazás után azonnal fel kell tölteni?

A lítiumion akkuk nem szeretik a mélykisülést. De a folyamatosan 100%-ra töltés sem tesz jót az akkunak. Az ideális érték 10-90% között van. Ha egy járművet csak rövid, néhány kilométeres utakon használnak, akkor kedvezőbb, ha nem töltik fel azonnal az akkut minden utazás után. Hosszabb utak esetén célszerű úgy ütemezni a töltési folyamatot, hogy röviddel az utazás megkezdése előtt 100%-ig fel legyen töltve.

Mi a különbség egy otthoni fali doboz és egy nyilvános töltőoszlop között?

A házban, vagy jobb, ha inkább a garázsban felszerelt fali doboz váltakozó feszültséggel dolgozik. A jármű töltőjének ebből egyenfeszültséget kell előállítania, hogy tölthesse az akkut. A legtöbb fali doboz töltési teljesítménye max. 22 kilowattóra (kWh).
A parkolók nyilvános töltőállomásai, ahol a járművek hosszabb ideig tartózkodhatnak, szintén váltakozó feszültséggel működnek. Tehát ugyanazon az elven, mint az otthoni fali doboz. Viszont jelentősen magasabb a töltési teljesítményük. A gyorstöltő állomások, amelyek például az autópálya pihenőkben találhatók, részben egyenfeszültséggel töltenek. Ebben az esetben a töltő a töltőállomásba van integrálva, és az áram közvetlenül a jármű akkujára kerül.

Legfrissebb

Elektromobilitás

5 aug. 2021

Elektromobilitás

Qi szabvány - induktív töltéshez

30 júl. 2021

Qi szabvány - induktív töltéshez

Siemens FI/LS kapcsolók és LS tűzvédelmi kapcsolók

15 júl. 2021

Siemens FI/LS kapcsolók és LS tűzvédelmi kapcsolók

Kerülje el az elektromos baleseteket a Kopp PRCD-S pro készülékkel

13 júl. 2021

Kerülje el az elektromos baleseteket a Kopp PRCD-S pro készülékkel

Radiátortermosztát, HT100 BT

4 máj. 2021

Radiátortermosztát, HT100 BT

Notebook tápegység

4 máj. 2021

Notebook tápegység

Elektromágneses sugárzás

4 máj. 2021

Elektromágneses sugárzás

Phoenix Contact PLCnext Technology

4 máj. 2021

Phoenix Contact PLCnext Technology