Jak długo trwa ładowanie pojazdu elektrycznego?

Dokładny czas potrzebny na naładowanie akumulatora samochodu elektrycznego będzie zależał od punktu ładowania, poziomu wyładowania akumulatora i bardzo wielu czynników zewnętrznych, jak choćby temperatura otoczenia. Naładowanie całkowicie rozładowanej baterii w domu zajmuje od 8 do 12 godzin. Tymczasem stacja supercharger może załatwić sprawę w nawet pół godziny.

Czy pojazdy elektryczne muszą być w pełni naładowane?

Jednym z nawyków zakorzenionych u kierowców, jest ładowanie akumulatorów do 100%. Popełniają oni ten sam błąd co w przypadku baterii w smartfonach i laptopach. Okazuje się, że ogniwa elektryczne nie lubią rozładowywania do zera i ładowania do pełnej pojemności. Najlepiej utrzymywać je na kilkudziesięciu procentach napełnienia i regularnie doładowywać. Dokładnie tak samo jest w przypadku samochodów elektrycznych oraz innych pojazdów elektrycznych.

Dużo lepiej jest doładowywać samochód na krótkich postojach niż „tankować" do pełna. Zarówno pełne rozładowanie, jak i naładowanie szkodzi żywotności baterii. Z tego powodu systemy zarządzania akumulatorem znajdujące się w pojazdach elektrycznych zaniżają lub zawyżają rzeczywisty poziom naładowania. Takie „oszustwo" chroni użytkowników przed uszkodzeniem baterii. Dlatego, nawet jeśli wasz samochód twierdzi, że został naładowany w 100%, to z pewnością zadziałał bufor bezpieczeństwa, dbający o długoterminową żywotność baterii.

Okazuje się, że wielu użytkowników samochodów elektrycznych nie zdaje sobie sprawy, że źle użytkują swoje pojazdy i ładując je do pełna, tracą dostęp do pewnych funkcjonalności, a w rezultacie nie oszczędzają. Przykładem niech będzie tutaj Tesla.

Tesla informuje użytkowników swoich samochodów, że nie zaleca się ładowania akumulatora do 100%, chyba że ktoś planuje bardzo długa podróż w niepewnej okolicy, obawiając się o dostęp do ładowarek.

Kiedy na Twitterze zapytano Elona Muska, czy można ładować Teslę do 100% każdej nocy, odpowiedział on, że to nie ma sensu, gdyż po pierwsze skraca się życie baterii, a po drugie nie działa wtedy hamowanie regeneracyjne, a więc samochód jest mniej energooszczędny.

Oczywiście Tesla nie jest jedyną firmą stosującą w swoich pojazdach funkcję hamowania regeneracyjnego. Obecnie niemal wszyscy więksi producenci dodają ją do pojazdów, ponieważ pozwala ona użytkownikom, wydłużyć czas jazdy, a więc mniej razy ładować samochód i tym samym być mniej energochłonnymi.

Hamowanie regeneracyjne zamienia energię kinetyczną na energię elektryczną przy każdym naciśnięciu hamulca. Według fachowców tego typu hamowanie można odzyskiwać nawet 30% pojemności baterii w samochodzie. Dlatego w interesie właściciela pojazdu jest, żeby nie ładować jej do pełna. Pełny akumulator oznacza bowiem, że energia elektryczna odzyskana z hamowania będzie zmarnowana. Powód jest bardzo prosty – skoro bateria jest pełna, to nie ma jej gdzie magazynować.

Według badań przeprowadzonych przez University of Michigan należy również unikać pozostawiania ładowarki podłączonej do pojazdu elektrycznego, gdy akumulator jest naładowany w 100%. Pomaga to zapobiec przegrzaniu baterii, co przyśpieszy jej degradację. Na szczęście coraz więcej samochodów jest wyposażona w oprogramowanie odcinające komunikację z ładowarką.

Czy niska i wysoka temperatura wpływa na kondycję akumulatorów w samochodach elektrycznych?

Uogólniając, trzeba powiedzieć, że tak. Jednak takie stwierdzenie od razu powoduje kolejne pytania. Czy samochód elektryczny lepiej sprawuje się w gorących klimatach, czy może raczej zimnych?

Badanie 20 najlepiej sprzedających się modeli samochodów elektrycznych przeprowadzone w Norwegii pokazuje, że niskie temperatury zmniejszają zasięg średnio o 18,5% w porównaniu z ich zasięgiem znamionowym.

 Głównym czynnikiem powodującym skrócenie zasięgu jest używanie i podtrzymywanie przy życiu wielu systemów. Niektóre z nich nie działają w umiarkowanym bądź gorącym klimacie. Głównym elementem drenującym baterię w ekstremalnie niskich temperaturach jest konieczność podgrzewania kabiny i powoduje to spadek zasięgu o aż 41%.

Zimno również negatywnie wpływa na chemię baterii. Po stronie anodowej ogniwa akumulatora znajdują się warstwy grafitu, pomiędzy którymi spoczywają jony litu. Po rozładowaniu jony te przechodzą przez separator ciekłego elektrolitu na stronę katody, aby spotkać się z elektronami, które przeszły przez silnik. Ciekły elektrolit staje się bardziej lepki wraz z zimnem i ostatecznie zamarza. Ta zmiana stanu zwiększa opór, zmniejszając w ten sposób wydajność baterii.

Jak dbać o akumulatory w samochodach elektrycznych?

Przy tak zwiększonej oporności jony litu mają trudności z zagnieżdżaniem się między warstwami grafitu podczas ładowania więc, zamiast tego zaczynają osadzać się bezpośrednio na jego powierzchni. Lit gromadzi się z czasem, zwłaszcza podczas szybkiego ładowania na zimnie w struktury zwane dendrytami. Utrudniają one z czasem prawidłowe osadzanie się jonów między warstwami grafitu, zmniejszając maksymalną pojemność baterii. Co gorsza, jeśli dendryty staną się wystarczająco duże, aby przebić warstwę oddzielającą anodę / katodę, bateria zwiera się i psuje. Zestawy akumulatorów w samochodach elektrycznych mają warstwy termiczne wplecione w ich ogniwa, aby regulować temperaturę, zapobiegać przyspieszonemu wzrostowi dendrytów i utrzymywać przewodność elektrolitów w niskich temperaturach, ale przy dużych mrozach bywa ciężko nawet podgrzać akumulator do użytecznego poziomu.

Pojawienie się akumulatorów półprzewodnikowych może pewnego dnia pomóc nam uniknąć problemów związanych z przemianą elektrolitów w ciało stałe. Jednak mimo tego dendryty nadal będą problemem długoterminowym, a akumulatory półprzewodnikowe wciąż wymagają stosunkowo wysokich temperatur do bezproblemowego działania.

Ogrzewanie to jeden z obszarów, w którym klasyczne samochody mają wyraźną przewagę. Silniki spalinowe przekształcają około 60% swojej energii w ciepło, z czego znaczna część jest zawracana do kabiny w celu ogrzewania w zimie. Lato to trochę więcej pracy, ale nawet wtedy klimatyzacja nie pochłania więcej niż 20% energii.

Jeśli wydawało się wam, że zimno to najgorsze co może spotkać akumulatory, to bardzo wysokie temperatury są dla nich jeszcze gorsze.

Wysoka temperatura inicjuje reakcje chemiczne, w wyniku których powstaje gaz i inne produkty uboczne, które pogarszają zdolność ładowania akumulatora. Gaz ten może następnie rozszerzać się i naruszać obudowę ogniwa akumulatora. Z pewnością nie raz widzieliście rozdęte baterie w elektronice użytkowej i słyszeliście o wybuchających bateriach w smartfonach. Oczywiście taka eksplozja w przypadku samochodu będzie miała zdecydowanie większe i bardziej kosztowne następstwa. W tym wypadku kierowcy mają przynajmniej do dyspozycji systemy zarządzania akumulatorami pojazdów elektrycznych, ostrzegające przed krytycznym przegrzaniem, ale i tak jest ono możliwe. Wybuch jest groźny i może się skończyć pożarem pojazdu.

Mimo ewidentnego braku odporności na ekstremalne temperatury, producenci akumulatorów niezmiennie pracują nad wydłużaniem ich żywotności w takich warunkach. Nawet jeśli powodują one spory spadek zasięgu, to wciąż wystarcza on do przemieszczania się.

Dlatego do pracy w szczególnych warunkach lepszym rozwiązaniem okazuje się hybryda, gdyż można korzystać z silnika spalinowego.

Dlaczego pojazdy elektryczne ładują się tak wolno?

Zauważcie, że jeżeli przystępujemy do ładowania niemal całkowicie rozładowanego akumulatora, to 80% uzyskujemy w tym samym czasie co 20% brakujących do pełna. Wynika to z mechanizmu opisanego wyżej. Punkty ładowania zmniejszają moc wyjściową, kiedy wykryty zostanie wysoki poziom naładowania baterii, zapobiegając przeładowaniu.

Drugim bardzo ważnym powodem jest fakt, że spowolnienie tempa ładowania obniża temperaturę akumulatora, który solidnie nagrzewa się, uzupełniając energię. Przegrzany akumulator jest czynnikiem dużego ryzyka wystąpienia pożaru.

Czy będzie można szybciej naładować pojazd elektryczny?

Obecnie najszybszym sposobem ładowania pojazdów elektrycznych są stacje ładowania prądu stałego – tzw. superchargery. Są jednak nadzieje na inne rozwiązania, a także pomysły na poprawę technologii ładowania baterii.

Jednym z takich rozwiązań są superkondensatory. Pozwalają one pojazdom szybko otrzymać duży ładunek podczas postojów. Oczywiście zależy to od instalacji znajdującej się na konkretnej stacji ładowania. Kondensatory mają jednak znacznie mniejszą pojemność energetyczną niż odpowiednia bateria, a więc najlepiej sprawdzą się w rozwiązaniach hybrydowych.

Pojazdy hybrydowe nie są na naszych drogach niczym nowym, ale w obecnym stanie skazane są na wymarcie, wraz z wprowadzaniem samochodów elektrycznych. Powodem jest to, że jednym ze składników hybrydy jest silnik spalinowy. Przyszłością są w tym wypadku ogniwa wodorowe. Produkcja wodoru jest tania i można go pozyskiwać na wiele sposobów. Efektem spalania jest w zasadzie tylko para wodna, a więc bezemisyjność jest wielkim atutem. Obecnie transport i tankowanie nie są już najmniejszym problemem. Przed laty, kilka koncernów wycofało się z produkcji samochodów zasilanych wodorem, ze względu na skomplikowaną logistykę i tankowanie. Obecnie wszystko odbywa się łatwo, bezpiecznie i przede wszystkim bardzo szybko. W związku z tym w hybrydzie wodór + prąd są pokładane spore nadzieje.

Grafen to obiecujący materiał, który zaczyna swoją karierę w elektronice użytkowej, specjalizującej się w szybkim ładowaniu. Jego wprowadzenie do akumulatorów znakomicie poprawi czas ładowania bez konieczności modernizacji infrastruktury. Z drugiej strony podstawowa technologia produkcji baterii nie zmieniłaby się zbytnio poza podmianą na grafen jako jednego z głównych składników. Dlatego jego wprowadzenie ma masę zalet przy bardzo niskich kosztach zastosowania tego materiału.

Najbardziej wyrafinowanym rozwiązaniem są baterie półprzewodnikowe. Od lat są one celem badań i chociaż nie przebiły się jeszcze na rynek, to nadzieje są ogromne. Akumulatory półprzewodnikowe są lekkie i mają bardzo stabilną strukturę. Oznacza to, że można je szybko ładować bez niebezpieczeństwa przegrzania, co jak już wspominałem, jest bolączką tradycyjnych akumulatorów.

Podsumowując – wiele niedogodności związanych z czasem ładowania akumulatorów w samochodach elektrycznych w końcu zniknie. Spowoduje to wprowadzenie nowych technologii i rozwiązań. Na razie kierowcy elektryków muszą wykazać się cierpliwością, ale w przyszłości zaprocentuje ona większą żywotnością akumulatorów zainstalowanych w ich pojazdach.