Чому електромобілі не можуть швидко заряджатися
Чи існує проблема із зарядними станціями – у них недостатня потужність? Далеко не завжди, просто електромобілі з різних причин не здатні приймати велику кількість енергії.
Зазвичай, це сильно залежить від будови самого акумулятора, наявності системи охолодження і хімічного процесу, який використовується в осередках.
Зарядка акумулятора занадто великої потужністю може викликати утворення відкладень металевого літію ( «plating») і появи дендритів навколо анода, що призведе до необоротного зниження ємності осередків. На рівні акумуляторної батареї це може викликати нерівномірний перегрів блоку і старіння осередків з різною швидкістю, що також призводить до втрати ємності. Це типова проблема Ніссан Ліф, хоча і з іншої причини (у Ліфа немає активного охолодження і батарея добряче нерівномірно перегрівається при декількох швидких зарядках в день).
Спосіб вирішити проблему швидкості – це інсталяція більшої ємності. Але таким чином ви просто зарядите більше кВт * год, або більше додаткових кілометрів ходу за той же час. Наприклад, Тесли Model S 100D з використанням зарядного пристрою потужністю 125 кВт можна зарядити за 38 хвилин. Старий Kia Soul з 30,5 кВт * год батареєю теоретично заряджається за 14 хвилин із зарядним пристроєм на 100 кВт. Якби ємність акумулятора Kia Soul EV була збільшена вдвічі, він гіпотетично міг би прийняти 200 кВт, але все одно був би обмежений 14-хвилинним часом зарядки. Це співвідношення між прийнятою потужністю і ємністю показано на рівні осередків на наступному малюнку:
Коли ємність акумулятора збільшується здатність приймати більше енергії збільшується пропорційно, але час зарядки від незарядженої батареї до 80% залишається постійним. Загальний взаємозв’язок між швидкістю зарядки, ємністю батареї або її технологією показана тут (порівнюються три різних електромобіля з 30,60 і 100 кВт * год акумуляторами- джерело):
Насправді все ще складніше. Збільшення ємності акумулятора часто пов’язано з ущільненням осередків, що погіршує здатність охолодження і уповільнює час зарядки. Наприклад, Chevrolet Bolt на ділі має приблизно вдвічі більшу ємність акумулятора, ніж Soul, але реальна швидкість зарядки у нього навіть нижче. Ось реальний графік зарядки Opel Ampera-E (побратим Chevrolet Bolt):
Як бачите, навіть влітку в ідеальних умовах швидкість зарядки не перевищує 50 кВт, і тільки до 40% ємності.
Тобто, просте збільшення ємності само по собі не вирішує проблему швидкості зарядки.
Як збільшити реальну швидкість зарядки?
Як вже було сказано, для цього потрібно покращувати «хімію» батарей і системи охолодження. Але є ще одне обмеження – номінальні напруга і сила струму акумулятора електромобіля і зарядних станцій.
В даний час майже всі електромобілі використовують 400-вольт акумуляторні блоки. І станції зарядки тому теж розраховані на ті ж 400 вольт при силі струму 500 ампер. Це дає теоретичну максимальну потужність в 200 кВт (реальна не більше 175, і ближче до 150 кВт). Навіть якщо акумулятор може прийняти більше, тільки з цієї причини він не зможе це зробити.
Так що якщо ми хочемо збільшити швидкість зарядки, ми повинні збільшити або напругу, або силу струму як у зарядної станції, так і на акумуляторному блоці. Перше вже активно робиться, наприклад знаменита мережа Ionity з самого початку задумувалася як 800-вольта. Тобто, номінальна потужність там буде 400 кВт при силі струму в 500 А (реальна – 350 кВт). Але така зарядка нам не допоможе, якщо електромобіль у нас з 400-вольтової батареєю. І це починає змінюватися. Першим електромобілем з 800-вольтовою батареєю став Porsche Taycan 4S, який, як заявлено, може заряджатися на потужності в 270 кВт. На ділі, тест показав, що швидкість була ближче до 250 кВт, та й то тільки на початку:
Тесла використовує іншу стратегію. Всі нові TM3 – 400 вольт, тому, щоб збільшити швидкість зарядки потрібно збільшити силу струму. Таким чином новітні суперчарджери V3 видають до 250 кВт, це означає що сила струму там цілих 625 Ампер (і навіть до 800 Ампер на піках). Це підтверджується тестами:
Зауважте, на станції зарядки Ionity Тесла досягла 175 кВт (що відповідає 400В і 500А), в той час як на суперчарджер V3 потужність на піку перевищила 250 кВт.
