AC czy DC? Nie chodzi tylko o szybkość ładowania samochodu elektrycznego…

AC czy DC? Nie chodzi tylko o szybkość ładowania samochodu elektrycznego.

Podjeżdżasz samochodem elektrycznym pod ładowarkę. Widzisz 22 kW, 150 kW, 300 kW albo nawet 540 kW. Podłączasz samochód i… nagle okazuje się, że auto nie ładuje się z mocą, którą obiecuje słupek.

Czy ładowarka jest za słaba? Czy samochód ma problem? A może 300 kW na ekranie oznacza coś zupełnie innego, niż większość kierowców zakłada?

Żeby to zrozumieć, trzeba wrócić do podstaw. Których niestety wielu osobom brakuje. Mylenie kW z kWh to dziś standard. To trochę jakby opisywać to, jak chcemy kupować cukierki na wagę, prosząc miłą Panią z obsługi sklepu aby zważyła nam 1,5 litra cukierków. Musimy zachować wiedzę i poprawnie stosować miary, tak więc zapraszamy Was do szkoły… nie dosłownie oczywiście😉.

Nie po to, żeby urządzać tu lekcję fizyki, ale dlatego, że AC i DC to dwa różne sposoby dostarczania energii do baterii samochodu elektrycznego. I choć oba prowadzą do tego samego celu, robią to w zupełnie inny sposób.

AC i DC – co właściwie oznaczają te dwa skróty?

Tak wiem że jest taki zespół, grający niesamowitą muzę… ale nie o muzykę tutaj chodzi.

Zaczynamy…

AC to prąd przemienny, czyli taki, jaki dostarczany jest z sieci elektroenergetycznej do naszych domów, firm i większości obiektów.

DC to prąd stały, czyli taki, jakiego potrzebuje do pracy bateria trakcyjna samochodu elektrycznego. Bo ona pracuje w systemie DC – czyli prądu stałego.

I tutaj pojawia się pierwsza rzecz, która często jest źródłem nieporozumień.

Bateria samochodu elektrycznego magazynuje energię w postaci prądu stałego.

Jeżeli więc ładujemy samochód z sieci AC, prąd musi zostać zamieniony na DC zanim trafi do baterii. Przy ładowaniu AC robi to samochód, a dokładniej jego pokładowa ładowarka, czyli OBC – On-Board Charger.

Ładowarki pokładowe w autach sprzedawanych w Europie właściwie w 95% oferują dwa rodzaje mocy. Jedna to moc niższa, czyli maksymalnie 11 kW, drugie, to marzenie wielu… czyli moc 22 kW. Dużo większa i szybsza, ale jest jak zwykle spore „ale”. Aby wykorzystać moc 22 kW, trzeba mieć po prostu przyłącze o mocy pozwalającej na tak szybkie ładowanie waszego EV. Co idąc tym tropem musi oznaczać, zwiększenie mocy waszego domowego/firmowego przyłącza, do co najmniej 22-24 kW. Standard w PL w domach jednorodzinnych to dziś od 14-16 kW. Więc trochę za mało, na ładowarkę AC o  mocy 22 kW.

Idźmy dalej…

Przy ładowaniu DC sytuacja wygląda inaczej

Konwersja prądu AC na DC odbywa się już w stacji ładowania. Do samochodu płynie prąd stały, dzięki czemu energia może trafić do baterii bez przechodzenia przez pokładową ładowarkę AC samochodu. Prąd płynie bezpośrednio przez, nazwijmy go „bufor” omijający ładowarkę pokładową.

I właśnie tutaj zaczyna się różnica, która z punktu widzenia kierowcy ma ogromne znaczenie.

AC: świetne do domu, pracy i wszędzie tam, gdzie samochód stoi długo

Ładowanie AC bardzo dobrze pasuje do sytuacji, w której samochód po prostu ma czas.

Wracasz wieczorem do domu, podłączasz samochód i rano masz gotowe auto do jazdy. Albo zostawiasz auto na kilka godzin pod biurem, hotelem czy w miejscu, gdzie robisz zakupy.

Nie potrzebujesz wtedy setek kilowatów mocy. Tu główne skrzypce gra czas…

W wielu samochodach maksymalna moc ładowania AC wynosi 11 kW. Są również modele z ładowarką pokładową 7,4 kW, a niektóre mogą przyjąć nawet 22 kW AC.

I tu dochodzimy do jednej z najczęstszych pomyłek.

Ładowarka 22 kW nie oznacza automatycznie ładowania z mocą 22 kW

Jeżeli samochód ma pokładową ładowarkę o mocy 11 kW, podłączenie go do stacji AC 22 kW nie sprawi, że nagle zacznie pobierać 22 kW.

Stacja może mieć taką moc.

Samochód jej jednak nie przyjmie.

To trochę tak, jak z szeroką drogą i samochodem, który ma ograniczoną prędkość. Sama infrastruktura może pozwalać na więcej, ale ograniczenie po stronie pojazdu pozostaje. Szybciej nie pojedzie i tyle… może to smutne ale niestety prawdziwe. W przypadku aut na prąd, to właśnie one decydują jaką moc mają przyjąć, nie ładowarka tylko właśnie samochód.

Dlatego przy AC bardzo ważne są parametry samochodu, instalacji elektrycznej oraz samego punktu ładowania.

A co dzieje się przy DC?

Tutaj układ jest inny.

Energia z sieci trafia do stacji, gdzie znajdują się układy energoelektroniczne odpowiedzialne za konwersję AC na DC. Następnie prąd stały trafia przewodem do samochodu i dalej do baterii.

W samochodzie nadal pracuje oczywiście cały system zarządzania baterią. BMS monitoruje m.in. napięcie, temperaturę, stan naładowania i warunki, w których bateria może bezpiecznie przyjmować energię. To samochód określa więc, ile energii może w danym momencie przyjąć.

Dlatego stacja DC może mieć moc 150, 200, 300, 400 czy nawet 540 kW (tak jak nasza😉), ale nie oznacza to, że każdy samochód będzie ładował się z taką mocą. Szkoda, ale takie jest już życie…i fizyka!

I to jest jedna z najważniejszych rzeczy, jakie warto wiedzieć o szybkim ładowaniu.

300 kW na ładowarce nie oznacza 300 kW w samochodzie

Załóżmy, że podjeżdżamy do stacji DC o mocy 300 kW. No dobra do takiej co ma 540 kW:)

Samochód może mieć maksymalną moc ładowania DC na poziomie 100 kW. W takim przypadku 300 (540) – kilowatowa stacja nie zmusi go do pobierania 300 czy więcej kW.

Jeżeli samochód może przyjąć maksymalnie 200 kW, sytuacja będzie podobna – stacja ma zapas, ale samochód wykorzysta tylko tyle, ile jest w stanie przyjąć. Ech te samochody.

A nawet samochód reklamowany jako zdolny do ładowania z mocą 300 kW nie będzie przez cały proces pobierał 300 kW.

Dlaczego?

Bo ładowanie baterii nie odbywa się ze stałą mocą od 0 do 100 procent.

Najważniejsza jest nie moc maksymalna, ale przebieg ładowania

To właśnie tutaj zaczyna się prawdziwa różnica pomiędzy marketingowym „do 300 kW” a rzeczywistym doświadczeniem kierowcy.

Samochód może przez pewien czas osiągać bardzo wysoką moc, ale wraz ze wzrostem poziomu naładowania baterii, moc zaczyna spadać. Zawsze!!! – pamiętajcie o tym. To fizyka i chemia ogniw litowo-jonowych. Tak to po prostu działa. Im więcej wody masz w butelce, wlewasz coraz wolniej i ostrożniej aby nie rozlać. W baterii jest tak samo. Im więcej energii zgromadzonej jest w naszej baterii, tym wolniej i ostrożniej trzeba „dolewać”, jeśli chcemy to zrobić „pod korek”.

Wpływają na nią (na moc ładowania), między innymi: poziom naładowania baterii,  temperatura akumulatora, charakterystyka konkretnego modelu, możliwości układu chłodzenia, napięcie baterii, ograniczenia prądowe, aktualne warunki pracy samochodu, możliwości samej stacji… kurczę – sporo tego. A wszystko ma wpływ na to, co widzimy na wyświetlaczu zarówno stacji ładowania, jak i naszego auta.

Departament Energii USA również wskazuje, jak wielu innych, że rzeczywista moc i czas ładowania zależą m.in. od stanu naładowania baterii, jej pojemności, rodzaju baterii, możliwości pojazdu i parametrów infrastruktury.

Dlatego dwa samochody stojące obok siebie przy tej samej ładowarce mogą ładować się z zupełnie inną mocą. Tak, to fakt. Stojąc wiele razy na Superchargerze Tesli na przykład w pięknej Italii, rozmawiałem z ładującymi obok mnie swoje Tesle kierowcami. Kiedy im mówiłem, ze wystartowałem z mocą 253 kW (pamiętajcie że SuC, mają nominalnie moc maksymalną 250 kW) aż łapali się za głowę. Bo ich dużo nowsze Tesle 3 czy Y, ledwie wyciągały 220-230 kW!!! Dlaczego? Otóż wynikało to z chemii ogniw, oprogramowania BMS mojej Tesli, oraz ograniczeń softu, który dbał o baterie. Widocznie mój dbał nieco słabiej… albo po prostu, pakiety Panasonc z 2018 roku były na tyle „kozackie”, że nie straszne im było przyjmowanie mocy rzędu 250 kW, a nawet ciut więcej😉!

Po co więc budować ładowarki o mocy 300 czy 540 kW?

Dość rzadki w Polsce widok. Na naszej stacji ładowała się stalowa bestia, czyli tesla Cybertruck, auto o architekturze 800V!!!

Skoro samochód i tak może nie wykorzystać całej dostępnej mocy, można zadać pytanie: po co właściwie budować tak mocną infrastrukturę?

Odpowiedź jest prosta.

Bo samochody się zmieniają. I to naprawdę szybko.

Jeszcze kilka lat temu samochód elektryczny przyjmujący 150 kW był konstrukcją oferującą bardzo dobre możliwości szybkiego ładowania. Dzisiaj na rynku są już samochody z architekturą 800 V i możliwością korzystania z ładowarek o znacznie wyższej mocy.

A infrastruktura powinna być gotowa nie tylko na dzisiejsze samochody, ale również na te, które pojawią się za kilka lat.

Właśnie dlatego rozwój szybkich stacji DC jest tak ważny.

Pevna Energy rozwija swoją sieć właśnie w tym kierunku. Nasza firma deklaruje budowę 2000 punktów ładowania w Polsce do 2030 roku, stawiając na szybkie i niezawodne ładowanie.

Dobrym przykładem jest krakowska lokalizacja przy ul. Bunscha, gdzie dostępna jest infrastruktura DC o mocy do 540 kW na punkt ładowania. Według aktualnych danych dotyczących tej lokalizacji stawka wynosi 1,78 zł/kWh. Promocja? Tak, bo w naszym kraju – niestety – ciężko jest zachować super ceny przez cały czas. Ale póki co, Pevna oferuje jedną z najniższych cen, za tak ogromną moc w PL. Jak tu nie skorzystać z takiej oferty? No właśnie…😉.

To ciekawy przykład tego, jak zmienia się rynek.

Duża moc przestaje być czymś zarezerwowanym dla kilku najbardziej zaawansowanych samochodów. Zaczyna być elementem infrastruktury, która ma być gotowa na kolejne generacje EV.

AC nie przegrywa z DC. Te technologie mają po prostu różne zadania

Łatwo wpaść w pułapkę myślenia, że skoro DC jest szybsze, to AC jest rozwiązaniem gorszym.

Nic bardziej mylnego.

AC jest bardzo dobrym rozwiązaniem tam, gdzie samochód pozostaje podłączony przez kilka godzin.

Dom, miejsce pracy, hotel, parking przy biurze czy obiekcie usługowym – wszędzie tam czas postoju może być ważniejszy niż maksymalna moc ładowania.

Nie ma większego sensu instalowanie bardzo drogiej infrastruktury DC tylko po to, aby samochód stojący przez osiem godzin na parkingu został naładowany w trzydzieści minut.

Z kolei kierowca jadący kilkaset kilometrów autostradą patrzy na sprawę zupełnie inaczej.

Dla niego czas postoju ma bezpośrednie przełożenie na komfort podróży.

I właśnie tutaj DC pokazuje swoją przewagę.

Dlaczego DC jest tak ważne w trasie?

Już dziś niektóre auta, takie jak Tesla Cybertruck potrafią ładować się naprawdę dużymi mocami

Wyobraźmy sobie prostą sytuację.

Jedziemy samochodem elektrycznym z Krakowa nad morze. Bateria pozwala przejechać określony dystans, ale po kilku godzinach jazdy trzeba uzupełnić energię.

Jeżeli mamy do dyspozycji szybkie DC, kilkanaście czy kilkadziesiąt minut postoju może wystarczyć, do odzyskania dużej części potrzebnego zasięgu.

Nie chodzi nawet o to, żeby za każdym razem ładować baterię do 100 procent.

W podróży zazwyczaj bardziej liczy się odpowiednia ilość energii potrzebna do dotarcia do kolejnego punktu.

I właśnie dlatego szybkie ładowanie DC jest jednym z fundamentów dalszego rozwoju elektromobilności.

Departamenty Energii w większości krajów, w tym w naszej starej poczciwej Europie wskazują DC fast charging, jako technologię szczególnie istotną dla szybkiego uzupełniania energii w trasie.

A co z baterią? Czy szybkie DC ją „niszczy”?

To kolejny mit, który wymaga trochę bardziej precyzyjnej odpowiedzi.

Nie można powiedzieć, że samo ładowanie DC automatycznie niszczy baterię.

Nowoczesne samochody elektryczne zostały zaprojektowane z myślą o szybkim ładowaniu, a system zarządzania baterią kontroluje parametry procesu.

Nie oznacza to jednak, że bateria zawsze przyjmie maksymalną moc.

Jeżeli akumulator jest zimny albo bardzo mocno rozgrzany, samochód może ograniczyć moc. Podobnie może stać się przy wysokim poziomie naładowania.

Dlatego kierowca może zobaczyć na tej samej ładowarce zupełnie różne wartości w różnych momentach podróży.

Raz będzie to 240 kW.

Kilka minut później 190 kW.

Jeszcze później 120 kW.

I jest to całkowicie normalne zachowanie.

Najważniejsze pytanie brzmi więc: czego potrzebujesz?

Jeżeli samochód stoi przez noc, to właśnie ładowanie AC ma ogromny sens.

Jeżeli samochód jest używany, jako narzędzie pracy i musi szybko wracać na drogę, DC może mieć zdecydowanie większe znaczenie.

A jeśli budujemy publiczną sieć ładowania przy trasie – liczy się nie tylko sama liczba punktów, ale również ich moc, możliwość jednoczesnego ładowania kilku samochodów, dostępna moc przyłączeniowa, zarządzanie energią, niezawodność i lokalizacja.

To właśnie dlatego projektowanie infrastruktury DC jest znacznie bardziej złożonym zadaniem, niż postawienie urządzenia i podłączenie go do sieci.

W przypadku dużych mocy trzeba myśleć o całym systemie.

O przyłączu, rozdzielnicy, zabezpieczeniach. O chłodzeniu oraz sposobie podziału mocy pomiędzy stanowiska wreszcie o oprogramowaniu.

A na koniec o tym, jak kierowca będzie korzystał ze stacji.

Duża moc ma sens wtedy, gdy potrafimy ją wykorzystać

To chyba najważniejszy wniosek z całej dyskusji o AC i DC.

Nie wygrywa automatycznie stacja z największą liczbą na obudowie.

Liczy się to, ile energii samochód może rzeczywiście pobrać, jak długo utrzyma wysoką moc i jak działa cała infrastruktura wokół niego.

Stacja 540 kW może być świetnym rozwiązaniem dla lokalizacji, w której pojawia się wiele nowoczesnych samochodów zdolnych do szybkiego ładowania. I kiedy ich „krzywa ładowania” bardziej wygląda jak „prosta ładowania”:)

Ale równie ważne jest to, żeby infrastruktura była odpowiednio zaprojektowana i przygotowana na różne samochody oraz różne scenariusze użytkowania.

Pevna Energy rozwija właśnie taki model infrastruktury – publiczne ładowanie o wysokiej mocy, dostępne dla kierowców korzystających z sieci w codziennych podróżach i na trasach.

AC czy DC? Odpowiedź zależy od miejsca i czasu

AC i DC nie są konkurencyjnymi światami.

To dwa elementy tego samego ekosystemu.

AC najlepiej sprawdza się tam, gdzie samochód ma czas.

DC pokazuje swoją przewagę tam, gdzie liczy się czas.

I właśnie dlatego przyszłość elektromobilności nie będzie polegała na zastąpieniu jednego drugim. Potrzebujemy zarówno ładowania AC w domach, firmach i miejscach długiego postoju, jak i coraz mocniejszej infrastruktury DC na trasach, przy głównych drogach, w miastach i miejscach, w których kierowca oczekuje szybkiego uzupełnienia energii.

A wraz z rozwojem samochodów elektrycznych, coraz częściej będziemy patrzeć nie na to, czy ładowarka ma 150 czy 300 kW.

Będziemy patrzeć na coś znacznie ważniejszego:

ile energii samochód rzeczywiście odzyska w czasie, który mamy na postój.

I to jest prawdziwa miara szybkiego ładowania…

A na koniec małe kompendium naszej wiedzy, czyli:

FAQ – AC i DC w samochodzie elektrycznym

Czy ładowarka AC 22 kW naładuje każdy samochód z mocą 22 kW?

Nie. Maksymalna moc ładowania AC zależy przede wszystkim od pokładowej ładowarki samochodu. Jeżeli auto obsługuje maksymalnie 11 kW AC, na stacji 22 kW również będzie pobierało najwyżej około 11 kW, o ile pozwalają na to pozostałe warunki.

Dlaczego samochód nie ładuje się cały czas z maksymalną mocą DC?

Ponieważ maksymalna moc jest tylko jednym z parametrów procesu. Samochód może ograniczać moc m.in. ze względu na poziom naładowania baterii, temperaturę ogniw i charakterystykę ładowania danego modelu.

Czy ładowarka 540 kW oznacza, że samochód będzie ładował się z mocą 540 kW?

Nie. Jest to maksymalna moc, jaką infrastruktura może zaoferować w określonych warunkach. Rzeczywista moc zależy również od możliwości samochodu, baterii i aktualnych warunków ładowania.

Czy DC jest zawsze lepsze od AC?

Nie. DC jest szczególnie przydatne wtedy, gdy zależy nam na szybkim uzupełnieniu energii. AC jest bardzo praktyczne podczas długiego postoju, np. w domu lub w pracy.

Czy szybkie ładowanie DC szkodzi baterii?

Nie można powiedzieć, że samo korzystanie z DC automatycznie powoduje uszkodzenie baterii. Samochód kontroluje proces ładowania i może ograniczać moc w zależności od temperatury, poziomu naładowania oraz innych parametrów.

Gdzie odbywa się zamiana AC na DC?

Przy ładowaniu AC konwersja odbywa się w samochodzie, w pokładowej ładowarce OBC. Przy ładowaniu DC konwersja odbywa się w infrastrukturze ładowania, a do samochodu trafia już prąd stały.

Czy większa moc ładowarki zawsze oznacza krótszy postój?

Nie zawsze. Duża moc stacji daje większy potencjał szybkiego ładowania, ale czas postoju zależy również od samochodu, baterii, poziomu naładowania, temperatury oraz przebiegu ładowania.