Mit kell tudni az elektromos autók töltési hatékonyságáról?

Egy tisztán elektromos hajtással működő autó energiaellátását a jármű akkumulátorának telepe biztosítja. Azt tudnunk kell azonban, hogy az aksiba táplált energia közel sem egyenlő azzal a mennyiséggel, amely pusztán arra szolgál, hogy e-járgányunk az úton haladjon.

Általánosságban elmondható, hogy egy e-autó 12-15 százalékkal több energiát használ fel, mint amennyit a hatótávolság növelésének javára fordít. Ez a szám csupán egy hozzávetőleges érték, lehet alacsonyabb és magasabb is, például a töltési körülményektől függően. Cikkünk témája az elektromos autók töltési hatékonysága konnektoros vagy fali töltő használata esetén.

Mit jelent az elektromos jármű hatékonysága?

A rendszer hatékonysága meghatározható a kimeneti és a bemeneti energiák arányaként. Például, ha egy elektromos motor 1 kilowatt energiát szolgáltat az áramellátásból származó 1,2 kilowatt fogyasztásával, a motor hatásfoka 1:1,2=0,833. Ez 83,33 százalék, ami azt jelenti, hogy a motor a bevitt teljesítmény 83,33 százalékát képes mechanikai energiává átalakítani. Mi történt a fennmaradó 0,2 kilowattal? A teljesítmény eloszlott átviteli veszteségként.

Az e-mobilitás esetében az akkumulátorban tárolt kémiai energia elektromos energiává fluktuál, majd a motor átalakítja az elektromos energiát mechanikai energiává. Az átalakítások során bizony számolnunk kell az energiaveszteségek realitásával is, aminek számos oka van. Ilyen, hogy az aksit megfelelő hőmérsékleten kell tartani a töltés során, hogy az aerodinamikai ellenállás leküzdéséhez is szükséges energia, de ide sorolhatjuk a sebességváltásból adódó súrlódási és mechanikai deficitet is.

Miért számít az elektromos járművek hatékonysága?

Mint ahogy már említettük, egy elektromos verda az akkumulátorban tárolt energiát használja fel a meghajtáshoz. Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a hatékonyság, annál kisebb a veszteség. A teljes rendszer hatékonysága az egyes alkatrészek egyéni produktivitásának függvénye. Ha a motor hatékonysága 85 százalék, az inverteré 98 százalék, az összes többi alkatrészé pedig 90 százalék, a teljes hatásfok 0,85×0,98×0,90=0,7497, azaz 74,97 százalék. Mivel egy elektromos jármű akkumulátorral működik, a csökkentett energiaveszteség javítja a megtett távolságot, ami az alfája és ómegája az e-mobilitásnak.

Hogyan lehet minimalizálni a töltési veszteségeket?

Egyrészt magasabb feszültségű töltők használatával, másrészt a szélsőséges hőmérsékleti körülmények kiküszöbölésével javítható az elektromos autók töltési hatékonysága. Sokan esküsznek az akkumulátor 20-80 százalékos sávban történő használatára is, viszont ezen a fronton azt sem árt szem előtt tartani, hogy kétheti vagy havi rendszerességgel legalább egy alkalommal érdemes 100 százalékra is feltölteni az akkut, ami ugye minden elektromos autóban sok lítium-ion cellából áll össze, és ezek között egy idő után, ha sohasem alkalmazzuk a teljes feltöltést, egyre nagyobb feszültségkülönbség alakul ki. Továbbá az sem mindegy, hogy az e-mobilitás frontján igénybe vehető töltési módszereket mikor és milyen gyakorisággal alkalmazzuk.

Beszéljünk a töltési módokról!

Egy elektromos kocsit lényegében kétféleképpen lehet tölteni. Váltakozó árammal (AC), amely esetében az autóban található fedélzeti töltő határozza meg a maximális töltési teljesítményt. Ez az otthon is használatos konnektoros töltési mód, ami nagyjából 4-7 óra alatt tölti fel a járgányt. Illetve van az egyenáramú gyorstöltés, ami kiküszöböli az AC-DC átalakítási veszteségeket, itt az energia egyenáram formájában közvetlenül az autó akkumulátorába kerül, vagyis az elektromos hálózat váltakozó áramának egyenárammá alakítását a töltőoszlop végzi. Ezek a töltők általában frekventált helyeken, autópályák mellett találhatók, legtöbbször 50 kilowattos maximális teljesítményűek és akár már negyedóra alatt is jelentős energiamennyiséghez juttatják az e-kocsit.

Hiedelmek.

Rengeteg hiedelem kering a köztudatban a töltések hatékonyságát illetően, az egyik ilyen, hogy váltakozó áramú, konnektoros töltés esetében törekednünk kell a minél lassabb töltésre. Ezt felejtsük el: az elektromos autók töltési hatékonysága szempontjából mindegy, hogy 7 vagy 3 kilowattos teljesítménnyel történik a töltés. Sőt egyes modelleknél a váltakozó áram egyenárammá alakításának kisebb töltési teljesítménynél nagyobb a vesztesége. Átalakítási veszteséggel mindig kell kalkulálni, ez a legtöbb modellnél körülbelül 10 százalék.

DC töltésnél ilyen probléma nyilvánvalóan nem áll fenn. Viszont az nem mindegy, hogy milyen gyakran alkalmazzuk a villámtöltést, tartogassuk ezt a hosszabb utazások „muszáj” opcióira, a villámtöltés során ugyanis rövid idő alatt nagy árammennyiséget kap az akkumulátor, amely hatására megemelkedik a hőmérséklete, a lítium-ion szerkentyűkre pedig rendkívül káros a túlmelegedés.

Egy szemléletes példa

Nem titok, hogy a Continental által a Renault Zoe-hoz épített Q90 hajtáslánc alacsony töltési hatékonysággal rendelkezik. Ez alacsonyabb hatótávolságot eredményez, mint amit a Renault házon belül tervezett és fejlesztett R90 hajtásláncánál tapasztalhatunk. Az alacsony töltési hatékonyság időt és energiát pazarol, amitől megfelelő választással megkímélhetjük a pénztárcánkat.

Hasonlítsuk össze a Renault Zoe két hajtásláncának töltési hatékonyságát! Az alábbi táblázat a Renault France webhelyén elérhető információk alapján készült. A ZE 40 (41 kWh) akkumulátor töltését 80%-ra állították be:

(1) ennek az adatnak nincs sok értelme, mivel a régi Q210-ben a mért hatékonyság 7,4 kW-nál nagyjából 90% volt

(2) a töltési hatékonyság 43 kW-os sebesség mellett nem számítható ki pontosan, mivel az nem marad fenn a teljes töltési idő alatt

Láthatjuk, hogy a motor felépítéséből adódóan a konnektoros töltés esetén óriási hatékonyságkülönbség adódik a két típus között. A Q90 előnye ugyan, hogy képes a 43 kW-os váltakozó áramú (AC) villámtöltésre, ám hogyha ez a típus mellett döntünk, mindenképpen javasoljuk mellé egy 22 kW teljesítményű fali töltő beszerzését. Így hosszútávon 30%-kal növelhető a Renault Zoe Q90 elektromos autók töltési hatékonysága, azaz ennyivel kevesebb elpazarolt energiával és forinttal számolhatunk. Az egyfázisú töltést az R90-es változat esetében is érdemes elkerülni, amennyire csak lehetséges, a 22 kW teljesítményű töltés választásával az energiafogyasztás 20%-át takaríthatjuk meg minden töltésnél.