Tento článek bude pojednávat o současném stavu techniky při nabíjení elektromobilů.
V současné době existují dvě možnosti nabíjení elektromobilu:
- Střídavým jednofázovým proudem o napětí 230 V (běžná zásuvka v domácnosti) resp. třífázovým proudem o napětí 400 V (v domácnosti obvykle pro kombinaci el. sporáku a trouby, boiler nebo stále častější tepelné čerpadlo)
- Stejnosměrným proudem o různém napětí
Nabíjení střídavým proudem
Elektromotorista zapojí kabel mezi vozidlo a stojan/wallbox a odstartuje nabíjení. Doma se nabíjí pomocí nabíjecího kabelu (obsahuje elektroniku), ten se jedním koncem zapojí do vozu a druhým do běžné zásuvky. Tak snadné to je a kdo nevěří, může se přijít podívat.
Technické detaily nabíjení střídavým proudem
Střídavá nabíječka, tedy obvod, který ze střídavého proudu vytvoří nabíjecí proud pro akubaterii ve vozidle, je součást vozidla. Její parametry (max. příkon a napájení 1f a/nebo 3f proudem) limitují, jak nejrychleji se bude vozidlo střídavým proudem nabíjet. Střídavá nabíječka ve vozidle umožňuje uměle snižovat příkon a tím zpomalovat rychlost nabíjení.
Tesla model S P100D je vybavena střídavou 3f nabíječkou s max. příkonem 16 kW. Tato nabíječka umožňuje také 1f nabíjení. Teslu je tak možné střídavě nabíjet z běžné domácí 1f zásuvky (max. 3,6 kW), ale také ze 3f stojanu, který zvládne 16 kW. Samozřejmě je možné nabíjet ze stojanu s výkonem „mezi“ např. 11 kW.
Citroen Berlingo electric má oproti zmiňované Tesle střídavou 1f nabíječku s max. příkonem 7,3 kW. Berlingo tak lze nabíjet z běžné domácí 1f zásuvky (max. 3,6 kW) nebo ze stojanu, který zvládne 7,3 kW na jedné fázi.
Elektromobily mají pro nabíjení střídavým proudem konektor typu 1 Yazaki, který umožnuje pouze nabíjení jednofázovým proudem nebo typu 2 Mennekes umožňující nabíjení jak jednofázové, tak třífázové.
Proč nemá elektromobil běžnou 1f „tříkolík“ nebo 3f „pětikolík“ zástrčku jako jiné spotřebiče?
Konektor typu 1 a 2 obsahuje kromě silových kolíků také dva řídící:
PP (proximity pilot) je signál, kterým se stojanu sděluje začátek spojení a maximální povolený proud kabelem mezi stojanem a vozem. Signál je realizován jako odpor mezi kolíkem PP a PE (např. pro max. proud 32 A je to 220 Ohm).
CP (control pilot) je signál určující primárně max. velikost proudu, kterou může vozidlo resp. střídavá nabíječka ve vozidle odebírat ze stojanu. CP se v průběhu nabíjení může kdykoli měnit a jde o PWM signál (šířka impulzů určuje velikost proudu).
Stojan/wallbox/kabel pro střídavé nabíjení
Ve stojanu (wallboxu nebo nabíjecím kabelu) nejsou žádné nabíjecí obvody, ale obvody, které chrání elektromotoristu před úrazem el. proudem a zároveň chrání el. přívod ke stojanu před pretížením.
Při propojování stojanu a vozidla jsou konektory na stojanu i na vozidle bez napětí (s vyjímkou signálů PP a CP, na kterých je přítomno bezpečné napětí), aby se zabránilo úrazu el. proudem při chybné manipulaci.
Po spojení konektorů dochází automaticky k mechanickému uzamknutí konektorů elektromechanickým zámkem (bohužel ne u všech vozidel a stojanů), aby je nebylo možné rozpojit bez použití násilí. To je pro případ, že někdo dostane hovězí nápad rozpojit konektory, kterými teče max. proud.
Pokud je odstartováno nabíjení, začne stojan signálem CP nabíječce ve voze určovat, jakým proudem má nabíjet a zároveň připojí napětí na výstupní konektor pro vozidlo. Krátce po startu nabíjení stojan proud signálem CP postupně zvyšuje od nuly, aby se zabránilo problémům s vybavením jištění (výpadek jističe při zapnutí spotrebiče s odběrem proudu jako je hodnota jističe).
Po skončení nabíjení nebo přerušení stojan nejprve nastaví nabíjecí proud na 0 A, odpojí napětí na konektoru pro vozidlo a následně odemkne konektory, které je pak možné rozpojit.
Při propojení stojanu a vozidla kabelem je jízda s vozidlem elektronicky blokovaná (bez ohledu na stav nabíjení).
Možnosti řízení střídavého nabíjení
Zlí jazykové tvrdí, že elektrická auta nelze v domácnostech nabíjet, že na to není infrastruktura, kapacita sítě a pod.
Ve skutečnosti ne úplně malá skupina domácností včetně těch „panelákových“ používá spotřebiče jako jsou pračka (1f 3,6 kW), elektrický sporák s troubou (1f 3,6 kW nebo 3f 11 kW), boiler (1f nebo 3f, od 3 do 9 kW), elektrické topení/tepelné čerpadlo (3f od 11 do 22 kW). Specifikem těchto spotřebičů je relativně velký příkon jen v určitou dobu danou denním rytmem lidí (praní, vaření), venkovní teplotou nebo centrálním řízením pomocí HDO (hromadné dálkové ovládání jako prostředek pro regulaci rozvodné sítě).
Nabízí se myšlenka řídit nabíjení vozu tak, aby se v době zvýšené spotřeby snížil příkon nabíjení a naopak.
K tomu je mimo jiné určen signál CP. Stačí měřit odběr proudu ostatních spotřebičů v místním rozvodu a na základě toho řídit CP.
V praxi není třeba měnit kilometry kabelů, ale dovybavit domovní rozvaděče příslušnou elektronikou (malé PLC a proudové sondy).
Zajímavá je také možnost využití „nízkého“ tarifu a řízení CP na základě signálu HDO. Koneckonců signál HDO je informací, že je v rozvodné síti nadbytek výroby a tu je nutné využít spotřebiči řízenými HDO.
Řízení CP má i jiné využití při nabíjení více vozů najednou, když je kapacita místního přívodu limitovaná. Jeden samostatně nabíjený vůz může využít celou kapacitu, dva se díky řízení CP mohou podělit za předpokladu pomalejšího nabíjení.
Nabíjení stejnosměrným proudem
Elektromotorista zapojí kabel ze stojanu do vozidla a odstartuje nabíjení. Tak snadné to je a kdo nevěří, může se přijít podívat.
Technické detaily nabíjení stejnosměrným proudem
Stejnosměrná nabíječka je součást stojanu nebo je v případě Tesla Superchargeru někde poblíž ve skříni rozvaděče. Možnosti nabíjecích parametrů stejnosměrných nabíječek jsou široké a závisí čistě na výrobci a přívodu k nabíječce. Obvyklý nabíjecí výkon se pohybuje v desítkách kW, nejvýkonnější stojany pak dosahují nízkých stovek kW.
Elektromobily mají pro stejnosměrné nabíjení konektor CHAdeMO, CCS nebo je použito proprietární řešení.
Kabel pro stejnosměrné nabíjení vzhledem k napětí blížícímu se 1 kV a proudu ve stovkách A svým průřezem připomíná hadici u čerpací stanice.
Tesla model S P100D se nabíjí na Tesla Supercharger stejnosměrně přes konektor typu 2 Mennekes určený pro střídavé nabíjení (toto je proprietální řešení Tesly). Pro stejnosměrné nabíjení na stojanech s konektorem CHAdeMO existuje redukce.
Citroen Berlingo electric má konektor CHAdeMO.
Pro stejnosměrné nabíjení jsou potřeba minimálně dva silové vodiče a sběrnice CANBUS, po které vozidlo resp. jeho BMS (battery management system) zasílá průběžně požadavky na nabíjecí napětí a proud. Stejnosměrná nabíječka tak musí přizpůsobit své výstupní parametry požadavku vozidla v závislosti na konstrukci a aktuálním stavu akubaterie.
I zde jsou použity mechanizmy na ochranu před úrazem el. proudem ve formě odpojení konektorů od napětí, nejsou-li konektory spojené a mechanické uzamknutí konektorů při nabíjení.
Vzhledem k příkonům v desítkách až stovkách kW spadá stejnosměrné nabíjení z hlediska elektroenergetiky do velkoodběratelské kategorie, je tedy záležitostí individuálních smluvních podmínek dohodnutých mezi distributorem el. energie a provozovatelem nabíječky a samozřejmě může být regulováno (cenově) dle odběrových maxim v rozvodné síti. Podstatné je, že z pohledu distributora jde o odběr srovnatelný s odběrem nově postavené budovy, u které není dopředu známo, jaký bude průběh odběru.
Stejnosměrné nabíjení v domácích podmínkách
Stejnosměrné nabíjení má význam i v domácích podmínkách.
Je-li k dispozici 3f přívod 11 kW a Citroen Berlingo electric má jen 1f nabíječku, bude nabíjet pouze s max. příkonem 3,6 kW. Použitím stejnosměrné nabíječky 11 kW napájené z 3f přívodu lze omezení střídavé nabíječky ve vozidle obejít.
Stejnosměrné nabíjení umožňuje snadněji a s menšími ztrátami využít alternativní zdroj energie FVE (fotovoltaická elektrárna). Stejnosměrný proud se přímo z panelů přivede na vstup regulátoru stejnosměrné nabíječky, která pak funguje pouze jako regulátor napětí a proudu.
Rychlost nabíjení
Základem pro určení rychlosti nabíjení je prostý součin nabíjecího výkonu a času. Teoreticky se akubaterie s kapacitou 100 kWh nabíjí příkonem 100 kW po dobu jedné hodiny. To je ale opravdu jen teorie a praxe je značně rozdílná, technické detaily budou v některém z dalších článků.
Tesla model S P100D svojí střídavou 3f nabíječkou s max. příkonem 16 kW nabíjí 70 km/h. To odpovídá průměrné spotřebě vozu 22,8 kWh/100km.
Tesla Supercharger s příkonem 100 kW nabíjí 490 km/h, při 126 kW nabíjí 621 km/h.
U Citroen Berlingo electric si nejsem jistý, nemá žádný ukazatel a dávám ho nabíjet přes noc :-)
01.03.2020 Profix
Související články:
- Neudržitelná udržitelnost á la Utrecht: Tesla S a 15 kg „fosilu“ (3.3.2024), fatdwi
- Kamiony na vodík a elektřinu ovládnou trh do roku 2035 (23.10.2022), Josef Vohnout
- O elektromobilu a mrtvém koni (29.6.2022), D-FENS
- Enyaqem do Berlína? Kein Problem! (25.12.2021), D-FENS
- Podivné argumenty elektromobility (7.2.2021), mjfox
- Tesla Model S: 12 kg uhlí na 100 km (17.1.2021), fatdwi
- Elektrodebilita II (23.2.2020), PAKO-
- Život na baterky (13.10.2019), Sysop
(250x známkováno, průměr: 3,74 z 5)