Straty podczas ładowania aut elektrycznych – co to jest i ile prądu znika bezpowrotnie?
Popularne publikacje
Straty ładowania to energia pobrana z gniazdka, która nie trafia do akumulatora samochodu. Kierowca płaci za 50 kWh, ale do baterii auta elektrycznego trafia tylko 45 kWh. Straty podczas ładowania to żadna teoria spiskowa, to proces dokładnie opisany i wyjaśniony w wartościowych źródłach. Dla pasjonatów elektromobilności może być zjawiskiem szokującym, ale – koniecznym do zaakceptowania.
Co to są straty podczas ładowania aut elektrycznych?
Mówiąc wprost to ilość prądu, za którą kierowca auta elektrycznego płaci, ale nie trafia ona do akumulatora samochodu. To tak, jakby kierowca auta spalinowego wylewał pewną część paliwa, a nie wlewał ją do baku. To normalne zjawisko występujące w każdym samochodzie elektrycznym.
Źródło: IBRM SAMARDlaczego powstają straty podczas ładowania aut elektrycznych?
Na chwilę znów odwołam się do samochodów spalinowych. Podczas tankowania auta spalinowego w aucie benzynowym lub dieslu nic nie pracuje. Nic nie zużywa ani paliwa, ani energii. Energia elektryczna, którą zużywa dystrybutor (pompa paliwa, licznik, oświetlenie) jest wliczona w koszt działalności stacji paliw. Czyli w praktyce – w koszt marży, jaką stacja paliw nakłada na olej, benzynę czy gaz LPG.
W przeciwieństwie do pojazdów zasilanych paliwami konwencjonalnymi, pojazdy elektryczne doświadczają strat energii podczas ‘tankowania’, przy czym straty energii wynoszą około 16% między energią pobieraną z gniazdka a energią trafiającą do baterii podczas ładowania.
W przypadku aut elektrycznych jest inaczej. W trakcie procesu ładowania intensywnie pracuje ładowarka i intensywnie pracuje samochód elektryczny. To wszystko zużywa sporo energii. Do tego dochodzą też typowe straty, spowodowane między innymi przez oporność.
Straty podczas ładowania EV maksymalnie wynoszą do 15% w przypadku ładowania prądem zmiennym i do 10 % w przypadku szybkiego ładowania prądem stałym DC.
Jak to wygląda w praktyce?
• Podczas ładowania auta prądem zmiennym AC prostownik na pokładzie auta zmienia prąd zmienny na stały, do ładowania baterii. Konwersja prądu wiąże się ze stratami od 2 do 8 %.
• Układy sterowania napięciem i prądem (falowniki, przetwornice, prostowniki) generują straty od 1 do 3%.
• Oporność przewodów elektrycznych – kabli do ładowania auta, wtyczek, szyn w baterii powoduje straty od 1 do 3 procent. Oporność rośnie przy korzystaniu z ładowarek dużej mocy.
• Najwięcej straty powstaje na skutek działania systemów zarządzania temperaturą, znajdujących się na wyposażeniu auta. Latem bateria auta musi być chłodzona. Zimą musi być podgrzewana. To oznacza, że kilka pomp z napędem elektrycznym musi nadawać ciśnienie płynowi chłodzącemu. Zimą dodatkowo płyn jest podgrzewany przez grzałki wysokiej mocy. Nic zatem dziwnego, że zimą straty są większe. W tym przypadku powstaje nawet do 10 % strat podczas ładowania. Latem i wiosną, przy sprawnej baterii i optymalnej temperaturze, straty te mogą spaść nawet do 2-5 %.
Źródło: Photo by Zaptec on Unsplash• Straty chemiczne w baterii także powodują utratę prądu. Im gorszy stan baterii, tym większe straty.
• System zarządzania baterią trakcyjną BMS generuje straty od 1 do 2 % ładowanej energii. System ten zajmuje się kontrolą napięć, balansowaniem ogniw i ograniczaniem mocy ładowania.
• Przy korzystaniu z szybkiego ładowania DC powstaje do 5 % strat, które są generowane przez konwersję prądu w stacji z przemiennego na stały, a także ze względu na dodatkowe chłodzenie kabla.
Ile średnio wynoszą straty podczas ładowania?
Na bazie wielu zebranych danych można przyjąć, że przy ładowaniu domowym AC straty podczas ładowania mogą wynieść od 5 do 15% zakupionej energii, a przy ładowaniu z szybkiej ładowarki DC od 2 do 10%. Nie ma stałych danych, bo jak już wiemy, wielkość strat zależna jest od bardzo wielu zmiennych. Na pewno straty podczas ładowania są większe zimą, niż latem. Choć w trakcie gorącego lata intensywna praca układu chłodzenia także zużyje sporo energii.
Źródło: IBRM SAMARDlaczego szybkie ładowanie powoduje zazwyczaj mniejsze straty niż wolne ładowanie w domu?
Szybkie ładowanie prądem stałym o dużej mocy (>100 kW) jest największym czynnikiem stresującym, powodującym nawet dwukrotnie większą degradację niż w przypadku ładowania o małej mocy (3,0% w porównaniu do 1,5% rocznie)
Odpowiedź jest prosta: jeżeli samochód ładuje się bardzo długo z małą mocą, z domowej ładowarki, elektronika pracuje przez więcej czasu. Przykładowo w trakcie zimy bateria będzie musiała być podgrzewana przez kilka godzin, a do tego elektronika sterująca będzie musiała pracować przez cały czas. Z kolei szybkie ładowanie powoduje mniejsze straty, ale znów prowadzi do szybszego zużycia baterii.
Michał Lisiak
