Hledání rychlosti

Slabinou bateriových elektromobilů je rychlost, s jakou čerpají energii pro jízdu. Když zmáčknete plnicí pistoli, proudí vám do nádrže energie tempem zhruba 18 MW a na 500 km tak načerpáte palivo během půl minuty. U elektromobilu se totéž děje až devěttisíckrát pomaleji…

Už z faktu, že se elektromobily dobíjejí i na nejrychlejších dobíječkách v porovnání s čerpáním paliva dlouho, vyplývá nutnost odlišného přístupu k jejich používání. Každé odstavení auta je třeba vnímat jako příležitost pro čerpání energie. Jenže zdaleka ne všude je to možné, a tak je třeba plánovat mnohem víc než u aut se spalovacím motorem. Různé společnosti sice prezentují plány na výstavbu sítí nabíjecích stanic s výkonem výrazně přes 100 kW, rekordmanem je aktuálně stanice Repsolu nedaleko Bilbaa ve Španělsku, která „dává“ 400 kW a na několika místech po Evropě pak fungují stanice s výkonem 350 kW, ovšem takové výkony mají své ale…  

Těch „ale“ je hned několik. Předně zatím nejsou v sériové výrobě elektromobily, které by takové výkony podporovaly (až na jednu výjimku), nehledě na to, že takový výkon není zdaleka vždy možno využít. Vždyť i elektromobily povolující dobíjecí výkon 100 kW se někdy musí (zejména kvůli teplotě baterie) spokojit po zásahu řídicí elektroniky s nižším výkonem. A pak je tady samozřejmě otázka, co takové extrémní nabíjecí výkony provádějí s baterií…

Pomalé nabíjení

Nabíjet „pomalu“ tedy se vstupním střídavým proudem lze několika způsoby, od obyčejné domácí (SCHUKO) zásuvky jištěné osmi, či šestnácti ampéry až po takzvaný Wallbox. Hovořit o nabíjecích stanicích na střídavý proud není zcela přesné. Cokoli, co je nabízeno jako zařízení pro dobíjení střídavým proudem, je vlastně jen jakýmsi „inteligentním rozhraním“ mezi elektrickou přípojkou rozvodné sítě a vozidlem. To, co nabíjení v konečném důsledku realizuje, je palubní nabíječka elektromobilu, respektive usměrňovač, který mění střídavý proud na stejnosměrný, protože tím se baterie ve skutečnosti dobíjí. Wallbox ovšem zajišťuje mimo jiné to, aby dostal maximum možného výkonu a zároveň může nabídnout řadu logistických funkcí.

Výkon palubní nabíječky pak rozhoduje o tom, jak rychle budeme dobíjet. Je rozdíl mít nabíječku, která nezvládne víc než 3,7 kW, nebo umí 11 kW, případně až 22 kW nebo dokonce rekordních 43 kW, jakou disponoval Renault Zoe. Zároveň je ovšem důležité, zda je jedno- nebo třífázová. Pokud je na palubě jednofázová nabíječka s výkonem 7,4 kW, pak zatěžuje fázi proudem 30 A, takže bez jištění 32 A její maximum nevyužijeme. Při 16A jištění budeme nabíjet výkonem jen 3,7 kW. Pokud je nabíječka v autě třífázová a poskytuje výkon 11 kW, pak je na každé fázi 16 A a my tento výkon pravděpodobně dokážeme i v domácích podmínkách využít naplno. V případě komerčních objektů by jištění 32 A nemělo být problémem.

Rychlé dobíjení

Jako rychlé dobíjení se obecně označuje dobíjení stejnosměrným proudem. Vnější dobíjecí zařízení zajišťuje změnu střídavého proudu na stejnosměrný a jeho přímou dodávku na baterii. Systém správy baterie elektromobilu se spojí s elektronikou rychlonabíjecí stanice v rámci „master-slave“ systému, přičemž elektromobil je „master“, který informuje dobíjecí stanici o aktuálním stavu nabití baterie, její teplotě, napětí a maximálním proudu, kterým lze dobíjet. Externí nabíjecí stanice pak přizpůsobí hodnoty proudu předaným parametrům. V praxi se u nás nadále setkáváme především se stanicemi o výkonu 50 kW.

Určitou výjimku z uvedeného představuje Porsche Taycan, které je navrženo pro nabíjení s napětím 800 V a pro využití nabíjecích stanic pracujících s napětím 400 V je vybaveno palubní dobíječkou o základním výkonu 50 kW nebo za příplatek 150 kW. Taycan je také tou zmíněnou výjimkou, která umí využít supervýkonné 350 kW stanice (Porsche již experimentálně zkoušelo i 450 kW).

Maximum dobíjecího výkonu je závislé mimo jiné na výkonnosti chladicího zařízení baterie. Tepelnou energii, která vzniká, je nutno odvádět, pokud se to nedaří (například vysoké venkovní teploty), pak řídicí elektronika vozu vyšle příslušnou informaci, a dobíjecí výkon omezí. Klidně i na 20 kW namísto maximálních 100 kW uvedených v technických údajích o vozidle…

Průběh dobíjení

V elektromobilech se dnes používají v zásadě dva typy akumulátorů, ze kterých se skládají trakční baterie: Lithium-iontové (Li-ion), nebo z nich vyvinuté novější Lithium-polymerové (Li-pol). Baterie se skládá z bloků jednotlivých akumulátorových článků, jejichž dobíjení řídí elektronika. Úroveň vybíjení každého jednotlivého článku se v baterii při odběru liší, pokud bychom například po vyčerpání poloviny celkové kapacity přeměřili každý článek jednotlivě, naměřili bychom na nich rozdílné napětí. Tyto rozdíly je třeba vyrovnávat, jinak by se kapacita baterie snižovala (rozdíly by se zvětšovaly). K „vyrovnání“ článků dochází pouze při nabíjení nízkými výkony, což je také jeden z důvodů, proč je vhodné střídat pomalé a rychlé dobíjení. Ideální je dobíjet ve většině případů pomalu a pouze v případě potřeby, na delší cestě, využívat rychlonabíječky. Jejich proces přitom reaguje na stav nabití baterie, jakmile se dostane na úroveň zhruba 80 %, začne se dobíjecí výkon výrazně snižovat. Důvodem je ochrana baterie před přebitím jednotlivých článků. Většina automobilek také udává tuto hodnotu – dobití z „nuly“ (ve skutečnosti má každá baterie v zájmu své ochrany určitou nevyčerpatelnou kapacitu) do 80 %. Od této hranice se dobíjecí výkon progresivně snižuje a ke konci už by rychlonabíječka se 100kW výkonem nabíjela obdobně jako obyčejná třífázová zásuvka. Setrvávat tedy na veřejné rychlodobíjecí stanici až do plného nabití nedává smysl. Rychlodobíjecí stanice dobije v případě téměř vybité baterie o kapacitě 60 kWh jejích 80 % kapacity zhruba za hodinu, u nabíječky se 100 kW výkonu k tomu dojde během půl hodiny a vůz získá energii na zhruba 240 km (vztaženo ke spotřebě 20 kWh/100 km a 15% ztrátám při nabíjení).

Celý článek naleznete v magazínu FLEET firemní automobily č. 2/2020