Dlaczego ładowarka czasami zwalnia? 7 powodów, których kierowca EV często nie zna

…Dlaczego ładowarka czasami zwalnia? 7 powodów, których kierowca EV często nie zna.

„Przecież ta ładowarka ma 300 kW. Dlaczego mój samochód bierze tylko 80?”

To jedno z najczęstszych pytań, jakie zadają kierowcy samochodów elektrycznych. I nic dziwnego. Na ekranie widzimy 150, 200 czy nawet 350 kW, podłączamy samochód i… zamiast obiecywanej mocy pojawia się 120 kW. Po kilku minutach jest 90 kW, później 60 kW😱.

Czy ładowarka jest uszkodzona?

Nie!

W zdecydowanej większości przypadków samochód po prostu nie chce albo nie może przyjąć więcej energii. A powodów może być kilka. Co ciekawe, część z nich nie ma z ładowarką praktycznie nic wspólnego.

I właśnie tutaj zaczyna się problem. Kierowca widzi słupek z napisem „300 kW” i traktuje tę wartość, jak odpowiednik mocy silnika. Tymczasem to nie jest obietnica, że samochód przez cały czas będzie ładował się z mocą 300 kW.

To maksymalna wartość, jaką infrastruktura może zaoferować w określonych warunkach. Nazwijmy je idealnymi…

A realna moc ładowania jest wynikiem rozmowy prowadzonej w czasie rzeczywistym pomiędzy samochodem, baterią, elektroniką i ładowarką.

Im pełniejsza bateria, tym wolniejsze ładowanie

To absolutna podstawa, a mimo to właśnie tutaj kierowcy najczęściej szukają problemu w ładowarce.

Akumulator samochodu elektrycznego nie przyjmuje energii ze stałą mocą od 0 do 100 proc. Ładowanie DC ma swoją krzywą ładowania.

Na początku, przy niskim poziomie naładowania, samochód może przyjąć bardzo wysoką moc.

Nawet tak leciwe auto jak Model 3 z 2018 roku w idealnych warunkach potrafi osiągnąć swój peak, czyli 250 kW. Tu widzicie nawet ciut więcej niż deklarowany przez producenta max.

Wraz ze wzrostem SOC, czyli poziomu naładowania baterii, moc jest stopniowo ograniczana.

Dlaczego?

Bo końcowa faza ładowania wymaga znacznie większej kontroli napięcia i prądu. System zarządzania baterią BMS musi chronić ogniwa i utrzymywać je w bezpiecznych granicach.

Dlatego samochód, który przy 10–20 proc. może pobierać np. 200 kW, przy 60–70 proc. może już przyjmować zdecydowanie mniej, a przy 80–90 proc. jeszcze mniej. Czasami irytująco mało😉.

Nie jest to wada. To normalna charakterystyka baterii litowo-jonowej.

Tesla wprost informuje, że niższy poziom naładowania zazwyczaj oznacza szybsze ładowanie, a sama moc ładowania jest zmniejszana między innymi wtedy, gdy bateria jest niemal pełna.

Dobrze pokazuje to przykład Volvo ES90. Producent podaje dla ładowania DC wartości zależne od mocy stacji, ale jednocześnie zaznacza, że po osiągnięciu około 30 proc. maksymalna szybkość ładowania zaczyna stopniowo spadać. Podane czasy 10–80 proc. wynoszą 32 minuty przy stacji 150 kW, 24 minuty przy 300 kW i 22 minuty przy 350 kW. Sama większa moc ładowarki nie skraca więc czasu ładowania proporcjonalnie. (źródło: Volvo Cars)

I tu pojawia się pierwsza ważna rzecz:

300 kW na ładowarce nie oznacza 300 kW przez całe ładowanie.

Właśnie dlatego czas przejazdu samochodem elektrycznym lepiej oceniać na podstawie całej krzywej ładowania niż jednej wartości maksymalnej.

Zimna bateria potrafi „zabić” moc ładowania i to jest fakt!

Zimą można przyjechać do ładowarki wyposażonym w samochód zdolny do przyjęcia ponad 250 kW, a zobaczyć na ekranie… 30, 50 czy 70 kW.

I znowu: ładowarka nie musi być winna.

Problemem może być temperatura akumulatora. I tak się zazwyczaj dzieje.

Ogniwa litowo-jonowe nie lubią ekstremalnie niskich temperatur. Przy zimnej baterii samochód ogranicza zarówno możliwość oddawania, jak i przyjmowania dużej mocy.

Tesla opisuje to bardzo jasno: kiedy bateria jest zbyt zimna, ograniczeniu może podlegać również szybkość ładowania. Producent stosuje dlatego przygotowanie termiczne baterii przed przyjazdem do szybkiej ładowarki. To właśnie dlatego nawigacja samochodu elektrycznego może uruchomić preconditioning, czyli wcześniejsze podgrzewanie akumulatora.

Tesla zaleca nawet wykorzystanie nawigacji do stacji Supercharger, ponieważ samochód może dzięki temu odpowiednio wcześniej przygotować baterię do szybkiego ładowania. Opcja ta pojawia się już dziś w praktycznie prawie każdym nowym aucie EV, może poza miejskimi maluchami. To nie jest kosmetyczny dodatek.

Może mieć bardzo duże znaczenie dla czasu spędzonego przy ładowarce.

Błąd kierowcy…

Przy temperaturze kilku stopni poniżej zera nie zawsze warto podjeżdżać pod szybką ładowarkę „na zimno”, szczególnie jeśli samochód stał przez wiele godzin. Znacznie lepiej pozwolić systemowi samochodu przygotować baterię podczas jazdy.

Co ciekawe, Tesla podaje, że przy odpowiednio zimnej baterii ograniczone mogą być również rekuperacja i dostępna moc. To dobry dowód na to, że temperatura baterii jest jednym z kluczowych parametrów całego układu. I to dotyczy nie tylko aut amerykańskiego producenta, ale każdego auta wyposażonego w baterie litowo-jonowe.

Bateria może być również… za gorąca

Drugi skrajny przypadek jest równie interesujący.

Jedziemy autostradą, przez kilkaset kilometrów samochód pracuje pod dużym obciążeniem, po drodze wykonujemy kilka mocnych przyspieszeń, a następnie podjeżdżamy na szybką ładowarkę.

Teoretycznie idealnie. Za oknem śródziemnomorski letni upał i temperatury rzędu 35+ stopni w cieniu. Dla nas fajnie – dla baterii już niekoniecznie.

W praktyce bateria może być już mocno rozgrzana.

A kiedy temperatura ogniw, przewodów, elektroniki lub innych elementów układu, osiąga poziom wymagający ochrony termicznej, samochód może ograniczyć moc ładowania.

To znowu nie musi oznaczać awarii i zazwyczaj w 99% przypadków nic złego się nie dzieje. Tak po prostu działa system BMS, nasz ochroniarz, a właściwie ochroniarz zespołu napędowego naszego auta. Chroni nie tylko przed zbytnim wyziębieniem ale również przed przegrzaniem całego systemu napędowego auta.

System zarządzania baterią kontroluje temperaturę, napięcie, prąd i stan naładowania właśnie po to, aby nie dopuścić do przekroczenia bezpiecznych parametrów pracy. DOE opisuje BMS, jako układ monitorujący m.in. napięcie, prąd, temperaturę i stan naładowania akumulatora podczas procesu ładowania.

Dlatego dwa identyczne samochody, stojące przy dwóch identycznych ładowarkach, mogą w tym samym momencie ładować się z zupełnie inną mocą.

Jeden właśnie przyjechał po spokojnej jeździe. Drugi zrobił wcześniej kilkaset kilometrów autostradą i właśnie zakończył serię szybkich ładowań.

Dla kierowcy sytuacja wygląda identycznie.

Dla BMS – absolutnie nie.

To samochód decyduje, ile energii chce przyjąć

To chyba najbardziej kontrowersyjny punkt całej historii.

Kierowca nie „ustawia” mocy ładowania samochodu na szybkiej ładowarce. Ładowarka oferuje możliwości. Samochód decyduje, ile z nich wykorzysta. Elektronika samochodu na bieżąco kontroluje parametry baterii i odpowiednio reguluje proces ładowania. Dlatego samochód mający możliwość przyjęcia maksymalnie 100 kW nie zacznie nagle pobierać 200 kW tylko dlatego, że podłączymy go do stacji 350 kW.

I odwrotnie – samochód zdolny do przyjęcia 250 kW nie zawsze będzie pobierał 250 kW.

Ograniczeniem może być między innymi temperatura, aktualny SOC, napięcie baterii, charakterystyka konkretnego pakietu, stan baterii czy strategia producenta.

Z czasem może mieć znaczenie również zużycie akumulatora. Czyli słowo, którego wszyscy się boimy – DEGRADACJA!

Tesla w swojej dokumentacji zaznacza, że szybkość ładowania może zostać ograniczona także w związku ze zmianami parametrów baterii wynikającymi z jej wieku i eksploatacji.  Dlatego ocenianie samochodu wyłącznie po haśle „maksymalna moc ładowania 250 kW” jest trochę jak ocenianie samochodu wyłącznie po maksymalnej mocy silnika.

Liczba dobrze wygląda w specyfikacji.

Ale na drodze liczy się przebieg całego procesu.

Ładowarka może dzielić moc między samochody

Teraz dochodzimy do sytuacji, która potrafi mocno zirytować kierowcę. Bo niektórzy po prostu tego nie rozumieją, lub brak im wiedzy na ten temat. Dlatego też na naszej stronie znajdziecie coraz większą liczbę artykułów, które wytłumaczą Wam ze szczegółami, jak działa cały elektromobilny światek😉.

Przyjeżdżasz na stację. Wybierasz stanowisko. Podłączasz samochód.

Ładowarka ma napis „300 kW”.

A samochód dostaje znacznie mniej.

Po chwili obok podjeżdża drugi samochód.

I wtedy robi się naprawdę ciekawie.

Niektóre systemy ładowania korzystają ze współdzielenia dostępnej mocy. Jeżeli infrastruktura ma określony limit mocy, musi go rozdzielić pomiędzy aktywne sesje.

ChargePoint opisuje system, w którym moc może być dynamicznie rozdzielana między wiele stanowisk tak, aby nie przekroczyć dostępnej mocy całej instalacji. W jednym z przykładów producent pokazuje, że przy ograniczonej mocy całkowitej dwa pojazdy mogą otrzymać po połowie dostępnej mocy, a przy trzech moc może zostać podzielona jeszcze inaczej. Znamy to zarówno ze stacji Supercharger w wersji V2, jak i innych szybkich ładowarek DC z co najmniej dwoma złączami CCS. Kiedy drugie auto się podepnie – nasze 140 czy 200 kW, nagle spada o połowę. Zazwyczaj stacje dzielą moc dynamicznie w proporcji 50/50. I tak oto, nagle z naszych 140 kW mocy, na wyświetlaczu naszego EV pokazuje się tylko 70 kW. Irytujące – niestety tak, ale właśnie na takich zasadach działa podział mocy.

To oznacza, że napis na obudowie ładowarki może być prawdziwy, a mimo to samochód nie dostanie tej wartości.

Przykładowo…

Jeżeli infrastruktura ma do dyspozycji określony budżet energetyczny, a korzystają z niego dwa samochody jednocześnie, system może podzielić moc pomiędzy oba pojazdy.

Co ważne, nie wszystkie stacje robią to w taki sam sposób. 50/50 to nie jakiś standard, bo mamy dziś coraz bardziej inteligentne ładowarki.

Jedne stosują równy podział, inne przydzielają więcej mocy samochodowi, który jest w stanie ją wykorzystać, a jeszcze inne wykorzystują bardziej zaawansowane algorytmy zarządzania energią.

A Tesla?

Tesla sama ostrzega kierowców, że na niektórych Superchargerach sąsiednie stanowiska mogą korzystać ze współdzielonego źródła zasilania. Tylko w wersji V@, od wersji ładowarki określanej przez teslę mianem V3 – moc nie jest współdzielona i oznacza to, że każda stacja poda do 250 kW.

Czyli nawet w bardzo dojrzałej sieci ładowania nie zawsze warto patrzeć wyłącznie na napis „250 kW” czy „300 kW”.

Liczy się również architektura konkretnej lokalizacji.

Ładowarka ma swoją temperaturę, elektronikę i ograniczenia

Jest jeszcze jeden element, o którym kierowca praktycznie nie myśli.

Ładowarka również się nagrzewa. szczególnie kiedy mamy gorące lato, słońce jest bezlitosne również dla obiektów, typu ładowarka DC. Nie ma tu wyjątków.

Stacja DC to nie jest magiczne pudełko podające energię prosto z sieci do samochodu. W środku pracuje elektronika mocy, układy przekształtnikowe, zabezpieczenia, systemy chłodzenia i przewody zdolne do przesyłania bardzo dużych prądów.

Wysoka moc oznacza wysokie obciążenie.

Dlatego infrastruktura może dynamicznie zarządzać mocą, a w określonych warunkach ograniczyć jej wartość.

Dotyczy to zarówno samej stacji, jak i całej instalacji zasilającej.

Przykładowo: producent pokazuje architekturę, w której moduły mocy są współdzielone między stanowiskami, a dostępna energia może być dynamicznie rozdzielana w zależności od zapotrzebowania poszczególnych samochodów. W jednym z obecnych systemów producent podaje możliwość dostarczenia nawet 500 kW, ale jednocześnie podkreśla, że moc jest dynamicznie przydzielana pomiędzy pojazdy.

I znowu wracamy do tej samej zasady:

moc maksymalna ≠ moc gwarantowana w każdej sytuacji.

To bardzo ważne również przy projektowaniu infrastruktury.

Jeżeli operator chce postawić kilka ładowarek dużej mocy, nie wystarczy kupić kilku urządzeń z naklejką „300 kW”. Trzeba jeszcze zapewnić odpowiednie zasilanie, rozdzielnicę, zabezpieczenia, przyłącze i całą infrastrukturę energetyczną. Właśnie dlatego coraz większe znaczenie ma dynamiczne zarządzanie mocą.

Czasami problem naprawdę leży po stronie infrastruktury…

I tutaj dochodzimy do przypadku, którego nie wolno zamiatać pod dywan.

Nie zawsze można powiedzieć kierowcy:

„To normalne, samochód ogranicza moc”.

Czasami ładowarka albo instalacja rzeczywiście ma problem.

Może wystąpić problem z zasilaniem, konkretnym modułem mocy, przewodem, chłodzeniem, komunikacją pomiędzy samochodem a stacją albo instalacją elektryczną.

W przypadku ładowania AC dochodzą jeszcze kwestie związane z obciążeniem poszczególnych faz i jakością zasilania.

Tesla w dokumentacji swoich samochodów opisuje sytuacje, w których wykrycie problemów z jakością zasilania może prowadzić do ograniczenia mocy ładowania. Producent wymienia między innymi problemy z okablowaniem, urządzeniem ładującym, dużymi odbiornikami energii czy zewnętrzną siecią elektryczną.

To samo może dotyczyć temperatury instalacji.

Firma wskazuje również przypadek, w którym wykrycie zbyt wysokiej temperatury połączenia Wall Connectora, powoduje ograniczenie ładowania, aby chronić przewody i urządzenie.

Dlatego jeżeli samochód regularnie ładuje się bardzo wolno na jednej konkretnej ładowarce, a na innych tego problemu nie ma, warto podejrzewać infrastrukturę. Jeżeli natomiast identyczne ograniczenie występuje na wielu różnych stacjach, bardziej prawdopodobne staje się ograniczenie po stronie samochodu.

To prosty, ale bardzo praktyczny test.

Case study: 350 kW na stacji i… dlaczego nie 350 kW w samochodzie?

Wyobraźmy sobie samochód wyposażony w baterię, która może ładować się bardzo szybko.

Kierowca podjeżdża z 12 proc. baterii do stacji 350 kW.

Na początku samochód może wykorzystać dużą część dostępnej mocy. Albo nawet całą, jak w nowoczesnych autach z Chin.

Po kilkunastu minutach SOC rośnie.

Moc zaczyna spadać.

Przy 60 proc. jest już niższa.

Przy 80 proc. jeszcze niższa.

I kierowca może dojść do absurdalnego wniosku:

„Ładowarka zwalnia, więc coś się zepsuło”. Choć tak mogą pomyśleć “świeżaki”, a tych jest wśród użytkowników aut EV coraz więcej. Patrząc na ceny benzyny czy diesla, zainteresowanie EV rośnie lawinowo.

Tymczasem dokładnie tak powinien działać system. Taka jest zasada. Zwróćmy uwagę na coś ważnego. Podwojenie mocy ładowarki ze 150 do 300 kW nie skraca czasu ładowania o połowę. A zwiększenie jej z 300 do 350 kW daje w tym przykładzie jeszcze mniejszą różnicę.

Dlaczego?

Bo samochód nie jest prostym odbiornikiem energii, który przez cały czas pobiera maksymalną moc.

Ładowanie jest procesem dynamicznym.

Największy błąd kierowcy EV? Patrzenie tylko na kW

W mojej opinii to jeden z największych problemów komunikacyjnych elektromobilności.

Producenci i operatorzy bardzo chętnie komunikują maksymalną moc:

150 kW.
200 kW.
250 kW.
300 kW.
350 kW.

Tyle że kierowca nie jeździ po specyfikacji technicznej.

Kierowca chce wiedzieć:

Ile minut będę stał?

I to jest zupełnie inne pytanie.

Dwa samochody mogą mieć deklarowane 200 kW mocy maksymalnej, a jeden realnie może być znacznie szybszy w trasie, ponieważ dłużej utrzymuje wysoką moc. Dlatego przy porównywaniu samochodów elektrycznych znacznie bardziej interesująca od samego „maksymalnego kW” jest krzywa ładowania. To jest klucz do sukcesu i jednocześnie do szybkiego ładowania. naprawdę szybkiego, w sensie czasu. Nie do tego aby osiągnąć peak na ładowarce. Co nam to da, że ujrzymy 350 kW – przez 40 sekund. A potem moc “runie w dół”. Lepiej pobierać 200 kW ale w szerokim zakresie ładowania. Powiedzmy od 10 do 90%. To jest prawdziwy powód szybkiego ładowania. Dobra krzywa. A właściwie bardziej by pasowało powiedzieć “dobra prosta” ładowania😉!

Jak ładować szybciej? 5 prostych zasad

Po pierwsze – nie czekaj z ładowaniem do 90–100 proc., jeśli nie potrzebujesz takiego poziomu do dalszej jazdy. Wysoki SOC zawsze oznacza niższą moc ładowania.

Po drugie – zimą korzystaj z przygotowania baterii. Jeżeli samochód pozwala na wskazanie szybkiej ładowarki jako celu nawigacji, warto z tego korzystać. System może wtedy przygotować akumulator do szybkiego ładowania. A ogniwa osiągnął odpowiednią temperaturę. Optymalną aby przyjąć jak największą moc z ładowarki.

Po trzecie – nie wybieraj ładowarki wyłącznie po liczbie kW na obudowie. Sprawdź również, ile mocy może faktycznie przyjąć Twój samochód i jak wygląda jego krzywa ładowania.

Po czwarte – jeżeli na jednej stacji samochód ładuje się podejrzanie wolno, sprawdź inne stanowisko albo inną lokalizację.

Po piąte – patrz na średnią moc w całym przedziale ładowania, a nie na najwyższą wartość, która pojawiła się na ekranie przez kilkadziesiąt sekund.

Czy wolne ładowanie zawsze oznacza problem?

Nie.

I to jest najważniejszy wniosek.

Jeżeli samochód zaczyna ładowanie od 180 kW, po pewnym czasie schodzi do 130, następnie 100, 80 i 60 kW – nie musi dziać się absolutnie nic złego…

To może być prawidłowa krzywa ładowania.

Jeżeli bateria jest zimna – również.

Bardzo gorąca – tak samo.

Jeżeli samochód ma wysoki SOC – również.

Jeżeli sąsiadujący pojazd korzysta z tego samego źródła mocy – również.

Ale jeżeli ten sam samochód, w podobnych warunkach, na różnych ładowarkach regularnie przyjmuje znacznie mniej energii niż powinien, warto już szukać przyczyny.

Bo czasami winny jest samochód.

Czasami ładowarka.

A czasami… jedno i drugie. Choć to bardzo rzadki przypadek.

Zamiast patrzeć na 350 kW, patrz na cały proces

W elektromobilności przyzwyczailiśmy się do jednej liczby.

Chodzi o kW.

Tymczasem szybkie ładowanie to cały system naczyń połączonych: bateria, BMS, temperatura, SOC, elektronika samochodu, przewody, ładowarka, infrastruktura energetyczna i sposób zarządzania dostępną mocą.

Jeżeli którykolwiek z tych elementów mówi „wolniej”, samochód zwolni.

I bardzo dobrze.

Bo alternatywą byłoby przekroczenie parametrów, do których cały system został zaprojektowany.

Dlatego następnym razem, kiedy zobaczysz na ekranie 70 kW zamiast oczekiwanych 200, nie zakładaj od razu, że ładowarka jest zepsuta.

Najpierw spójrz na temperaturę baterii.

Potem na jej poziom naładowania.

Sprawdź, czy obok nie ładuje się drugi samochód.

A jeśli sytuacja powtarza się tylko na jednej stacji – wtedy rzeczywiście warto zacząć podejrzewać infrastrukturę.

Bo szybkie ładowanie nie polega na tym, żeby przez cały czas było 350 kW.

Polega na tym, żeby samochód dostał tyle mocy, ile w danym momencie może bezpiecznie i efektywnie przyjąć.

I właśnie to jest różnica między marketingową liczbą na obudowie ładowarki a rzeczywistą szybkością ładowania samochodu elektrycznego.