Jak długo ładuje się samochód elektryczny?

Nawet osoby, które dopiero zaczynają swoją przygodę z elektromobilnością, szybko zauważają pewną prawidłowość: auta elektryczne ładują się do 80% zauważalnie szybciej, niż od 80% do pełna. Z czego wynika ta dysproporcja? Aby nie uciekać w akademickie dysputy wyjaśnijmy to sobie na przykładzie trafiającym do wyobraźni.

Wyobraźmy sobie baterię samochodu elektrycznego jako stadion podczas wielkiego finału piłkarskiego, a elektrony przesyłane przez stację ładowania jako kibiców szukających wolnych miejsc. W przedziale od 0 do 80% pojemności baterii (faza stałego prądu – CC) obiekt jest w większości pusty. Jony i elektrony napływają błyskawicznie i bez problemu zajmują wolne przestrzenie w poszczególnych ogniwach akumulatora trakcyjnego. To moment, w którym pojazd przyjmuje maksymalną moc ładowania lub bliską maksymalnej. Przykładowo, w pełni elektryczny flagowy SUV Volvo EX90, wyposażony obecnie w nowoczesną architekturę 800 V, dysponuje akumulatorem o pojemności 92 kWh lub 106 kWh (w zależności od wersji). Obsługuje on ultraszybkie ładowanie prądem stałym (DC) o mocy sięgającej aż 350 kW. W optymalnych warunkach pozwala to na błyskawiczne uzupełnienie energii od 10 do 80% w zaledwie 22 minuty.

Sytuacja zmienia się diametralnie w przedziale od 80 do 100% (faza stałego napięcia – CV). Stadion jest już niemal pełny, a znalezienie wolnego krzesełka wymaga czasu i precyzji. Dlatego system BMS sterujący procesem ładowania w samochodzie elektrycznym celowo ogranicza natężenie prądu, aby bezpiecznie ulokować jony w ostatnich wolnych miejscach bez ryzyka uszkodzenia struktury ogniwa. To właśnie z tego powodu końcowe 20% ładowania trwa nieproporcjonalnie dłużej – jest to świadome działanie inżynieryjne mające na celu ochronę i zapewnienie długowieczności akumulatora.

Nowe generacje samochodów Volvo przesuwają te granice jeszcze dalej. Model Volvo EX60, oparty na nowoczesnej architekturze SPA3, wykorzystuje innowacyjną technologię cell-to-body, która poprawia gęstość energetyczną o 20% i skraca czas ładowania aż o 31% w porównaniu z platformami poprzedniej generacji. W praktyce ładowanie od 10% do 80% (dla topowego wariantu P12 na stacjach o mocy 400 kW) trwa zaledwie 19 minut, a 10 minut podłączenia do ładowarki pozwala zwiększyć zasięg aż o 340 km. Z kolei luksusowy sedan Volvo ES90, który podobnie jak odświeżony SUV EX90 i debiutujący EX60 również korzysta z technologii 800-woltowej, na stacjach szybkiego ładowania o mocy 350 kW naładuje się od 10 do 80% w około 20 minut (do 22 minut w zależności od wybranego wariantu), zyskując do 300 km zasięgu w jedyne 10 minut.

Temperatura: dlaczego Twoje Volvo musi „wiedzieć”, dokąd jedzie?

Fizyka ogniw litowo-jonowych jednoznacznie wskazuje, że wychłodzone elementy stawiają wyższy opór wewnętrzny. Jeśli podłączysz zimny samochód bezpośrednio do bardzo szybkiej ładowarki prądu stałego (DC), systemy bezpieczeństwa automatycznie ograniczają moc, chroniąc wewnętrzną strukturę akumulatora przed degradacją. Równie niebezpieczne dla trwałości ogniw litowo-jonowych są bardzo mocne upały, choć z innych przyczyn, niż w przypadku mrozów. W wysokich temperaturach rośnie ryzyko niepożądanych reakcji chemicznych i przyspieszonego starzenia ogniw. Oczywiście inżynierowie Volvo doskonale rozumieją fizykę ogniw akumulatorów, dlatego w samochodzie w ogóle nie dopuszcza się do takich sytuacji.

W każdym razie rzeczywisty czas ładowania jest bezpośrednio zależny od temperatury otoczenia oraz temperatury samej baterii. Auto oczywiście się naładuje nawet podczas wyjątkowo siarczystych mrozów, a siedząc w kabinie cały czas możemy korzystać z ogrzewania, natomiast cały proces potrwa dłużej. Inżynierowie Volvo mają jednak doskonałą receptę na to, jak ten czas wydatnie skrócić.

Aby wyeliminować problem spadku mocy podczas ładowania w niskich temperaturach zewnętrznych (w upały system baterii jest niemal stale aktywnie chłodzony właśnie ze względów bezpieczeństwa), Volvo stosuje aktywne zarządzanie termiczne. W rozwiązanie to wyposażone są dziś absolutnie wszystkie w pełni elektryczne modele oferowane przez szwedzką markę.

Na czym polega działanie tej funkcji? Kiedy ustawiamy stację ładowania jako cel w fabrycznej nawigacji (nie ma przy tym znaczenia, czy jest to cel pośredni, czy cel ostateczny), pojazd automatycznie przygotuje baterię do uzyskania najwyższej wydajności szybkiego ładowania. Co ważne, temperaturę ogniw można również zoptymalizować jeszcze przed podróżą za pośrednictwem aplikacji Volvo Cars. Dzięki temu, w momencie wpięcia wtyczki na szybkiej stacji DC, akumulator ma już idealną temperaturę roboczą i od pierwszej sekundy bez przeszkód przyjmuje maksymalną dostępną moc.

Warto w tym miejscu wskazać również pewną praktyczną rzecz, dotyczącą właśnie fabrycznej nawigacji Volvo. Aktualnie wszystkie elektryczne modele szwedzkiej marki korzystają z oprogramowania opartego na stabilnym fundamencie Android Automotive OS z natywnymi usługami Google’a. Oznacza to, że jeżeli w samochodzie, na komputerze, na smartfonie, tablecie, czy jakimkolwiek innym urządzeniu korzystamy z tego samego konta Google i uruchomimy aplikację Mapy Google definiując cel w nawigacji, Twoje Volvo będzie już wiedzieć, gdzie chcesz pojechać. To bardzo wygodne, bo uwalnia nas od ręcznego wprowadzania adresów na ekranie samochodu. Z dowolnego urządzenia z kontem Google i Mapami Google, jak również z mobilnej aplikacji Volvo, możemy przesłać cel do nawigacji pokładowej auta, lub wybrać wcześniejszy cel z historii tras. Co więcej, w kwestii ładowania, jeżeli dana trasa jest dłuższa niż szacowany przez komputer pokładowy zasięg pojazdu, system automatycznie zaproponuje postój na stacji ładowania znajdującej się na trasie. Oczywiście dla tak wytyczonego szlaku funkcja przygotowania baterii do szybkiego ładowania będzie uaktywniona automatycznie.

AC vs DC: zrozumieć wąskie gardło ładowania

Szybkość uzupełniania energii zależy również od tego, czy korzystasz z prądu przemiennego (AC), czy stałego (DC). Akumulator samochodu udostępnia energię w postaci prądu stałego, natomiast we współczesnych samochodach elektrycznych silniki napędowe korzystają z prądu przemiennego, co wymusza odpowiednią formę konwersji.

W przypadku ładowania prądem AC (np. z domowego gniazdka lub dedykowanego Wallboxa), konwersja na prąd stały musi nastąpić bezpośrednio w samochodzie. Głównym ograniczeniem (wąskim gardłem) staje się wtedy moc wbudowanej ładowarki pokładowej (OBC – On-Board Charger) oraz parametry samej sieci domowej. Jest to idealne rozwiązanie do spokojnego, nocnego ładowania, które jest wyjątkowo łagodne dla ogniw.

Podczas korzystania z szybkich stacji prądu stałego (DC) na trasie, potężny prostownik znajduje się bezpośrednio w zewnętrznym słupku ładowania. Prąd omija ładowarkę pokładową auta i trafia prosto do akumulatora. W tym scenariuszu ograniczeniem nie jest już elektronika pokładowa, lecz konstrukcja chemiczna akumulatora, jego temperatura oraz maksymalne możliwości samej stacji. Pozwala to na osiąganie bardzo wysokich parametrów – przykładowo kompaktowe Volvo EX30 Cross Country w najmocniejszej wersji Twin Motor Performance potrafi przyjmować prąd stały z maksymalną mocą szczytową (DC Peak Power) na poziomie 153 kW, natomiast flagowe modele EX90 czy ES90 potrafią przyjmować uderzenie energii rzędu 350 kW. Najnowsze Volvo EX60 jest w stanie przyjąć energię ze szczytową mocą sięgającą 370 kW.

Warto podkreślić, że najnowsze pojazdy w gamie, takie jak Volvo ES90, EX60 oraz odświeżony EX90, są sprzętowo przygotowane do technologii ładowania dwukierunkowego (bi-directional charging). Oznacza to potencjał do wykorzystania samochodu jako mobilnego magazynu energii, który może zasilać Twój dom (V2H) lub wspierać sieć energetyczną (V2G) w godzinach szczytu, co pomaga wydatnie obniżyć koszty.

Woltaż stacji ładowania a tempo ładowania

Wiemy już, że nowoczesna architektura elektryczna 800 V obecna w nowych Volvo pozwala znacząco skrócić czas ładowania na szybkich i nowoczesnych stacjach DC. Jednak rzetelność każe nam zwrócić uwagę na jeszcze jeden istotny detal. Niedawno marka Volvo ogłosiła, że kierowcy jej aut elektrycznych, mogą za pośrednictwem aplikacji Volvo (bez konieczności instalowania dodatkowego oprogramowania) uzyskać dostęp do rozbudowanej w Europie sieci stacji Tesla Supercharger. W powszechnym mniemaniu stacje Tesli są uważane za bardzo szybkie, ale… diabeł tkwi w szczegółach.

W przypadku stacji Tesla Supercharger V3 i starszych V2, choć stacja jest w stanie podać moc rzędu 250 kW (niekiedy nawet wyższą), to nie obsługuje napięcia 800 V, czyli takiego, na jakim działają najnowocześniejsze modele elektryczne Volvo. To nie jest problem uniemożliwiający ładowanie, bo każde auto 800 V ma wbudowaną przetwornicę DC/DC podnoszącą napięcie, która przetwarza wewnętrznie 400 V (z ładowarki) na 800 V (wewnętrzne dla pojazdu), ale wiąże się z tym spadek faktycznej mocy jaką pobiera auto.

Skąd ten spadek? Duża moc przy niższym woltażu stacji (400 V) jest uzyskiwana poprzez olbrzymie natężenie. W przypadku bardzo mocnych stacji 400 V natężenie jest wyższe niż jest w stanie przyjąć system 800 V danego pojazdu, dlatego system ładowania nie tylko przetwarza napięcie z 400 V na 800 V, ale też ogranicza faktyczną moc stacji dla bezpieczeństwa baterii w pojeździe. W efekcie np. gdy podjedziecie swoim nowoczesnym Volvo do starszego superchargera Tesli oficjalnie oferującego 250 kW, a wasze auto ładuje się maksymalnie 150 kW, to jest to jak najbardziej prawidłowe działanie.

Podsumowanie: precyzja ponad puste slogany

Na koniec warto pamiętać, że informacje o czasie ładowania podawane w specyfikacjach technicznych są ściśle powiązane z warunkami zewnętrznymi oraz stanem przygotowania pojazdu. Stosując zaawansowane rozwiązania inżynieryjne – od architektury 800 V w modelach EX60, EX90 i ES90 po zintegrowaną strukturę cell-to-body w EX60 – Volvo udowadnia, że czas ładowania samochodu elektrycznego to nie loteria. To precyzyjnie kontrolowany proces, w którym inteligentne oprogramowanie nieustannie balansuje wydajność ładowania z długowiecznością akumulatora.