Mennyire gyors a villanyautók töltése?

Az elektromos autókkal kapcsolatos ellenérvek csúcsa általában a lassú tölthetőség. Egy villanyautó mellett állva, a tulajdonos hosszan sorolja az érveket, hogy miért jobb az ő autója mint a belsőégésű motorra támaszkodó járművek. Aztán, ha szóhoz jut a másik fél, akkor általában csak ennyit kérdez: „…jó, jó, de mennyi idő feltölteni?” Egy ilyen kérdéssel a legfelkészültebb villanyautóst is ki lehet zökkenteni egy pillanatra, de nem azért mert nem akarja beismerni, hogy lassú a töltés, hanem mert ezt a kérdést nem lehet egy mondattal megválaszolni. Olyannyira nem lehet, hogy egy egész cikket kell a témának szentelni.

Először is vizsgáljuk meg a kérdést! „Mennyi idő feltölteni?” Már maga a kérdés is hordoz magában néhány hibás feltételezést. Elvárja, hogy a villanyautó használat egy az egyben a lekövesse hagyományos módszert, miszerint ha kifogy az energia, keresünk egy kutat és feltöltjük. Elvárja azt is, hogy akkor töltsünk, amikor az üres állapot közelébe érünk és lehetőleg teljesen tele. Valószínűleg azért vannak bennünk ezek az elvárások, mert ezt szoktuk meg az üzemanyag töltőállomásokon. Tehát ha pontosan a feltett kérdésre akarunk válaszolni akkor egy viszonylag nagy számot kell mondanunk, amin a másik fél aztán lovagolhat, ami pedig még rosszabb, nem kap választ arra, ami valóban fontos.

A helyes kérdés talán az lenne, hogy „Mekkora időkiesést jelent egy villanyautó töltése?”, vagy, hogy „Mennyivel tovább tart egy a villanyautóval a hatótávján túli célpont elérése, mint egy dízellel?”. Észrevehetjük azonban, hogy a két kérdés két teljesen más jellegű használatra vonatkozik. Az első arra, amikor a tulaj a hatótávon belüli utakat tesz meg és aztán otthon éjszaka feltölti, amikor szükséges. A második pedig arra, amikor hosszú utat próbálunk megtenni. Az első esetben valójában semennyi időbe nem kerül a tulajdonosnak, hogy az autója feltöltött állapotba kerüljön, rádugja a kábelt, mint egy okostelefonra és megy a dolgára, mire másnap vagy harmadnap menni akar az autóval, csak lecsatlakoztatja a kábelt és indul is. A második eset viszont már sokkal érdekesebb.

Természetesen mindkét esetben számít, hogy milyen autót és milyen töltőt párosítunk össze, mert mindkettő komolyan befolyásolja a töltési sebességet. Nézzük hát meg, milyen lehetőségei vannak egy villanyautósnak, arra hogy gyorsan vagy éppen lassan, teljesen vagy részben, de feljebb tornássza az autó akkumulátorának SoC (State of Charge – töltöttségi szint) értékét. A különböző csatlakozó szabványokkal most nem foglalkozunk, feltételezzük, hogy van annyira felkészült a villanyautós, hogy csak olyan töltőhöz megy, ami csatlakoztatható az autójához.

Tehát egyfelől az autó adottságai korlátozzák a töltés sebességét, másfelől viszont a töltőponton elérhető betáplálás áramerőssége, legyen szó normál 230 V-os konnektorról, 3 fázisú ipari csatlakozóról, kiépített AC EVSE-ről vagy DC töltőoszlopról. Mivel ilyen nagy eltérést mutatnak a különböző töltési lehetőségek, érdemes megvizsgálni melyiket mikor kell alkalmazni. A használati szokások és a töltők teljesítményének figyelembevételével a töltési sebesség szempontjából három jól elkülöníthető töltésfajtát különbözethetünk meg. Ezek az otthoni töltés, a célállomás töltés és a villámtöltés.

Otthoni töltés

Az otthoni töltés nem csupán annyit jelent, hogy a saját lakásunkban tölthetünk. Minden olyan helyre használhatjuk az otthon töltés fogalmát ahol 8-10 órán keresztül tartózkodunk és van az autó közelében egy 230 V-os (schuko) fali aljzat. Ilyen helyen nem számít túlságosan a töltés sebessége, mert az autó egyébként is áll. A töltési idő az autós számára itt tulajdonképpen csak az a pár másodperc amíg a töltőkábelt bedugja a kocsiba.

A 6 és 10 amperes biztosítékokkal ellátott konnektorok még ilyen körülmények között is viszonylag lassan töltögetik a villanyautókat. Ha a tulajdonosnak csak ilyen áll rendelkezésére, nem javasolt megvárni a teljesen lemerült állapotot, mert egy 250 km-es hatótávú járgánynál akár 20-30 óra is lehet a 100% elérése a nulláról. Viszont, ha minden nap csak 40-50 km-t megy, akkor egy éjszaka alatt biztosan újra tele lesz a „tank”. Eggyel praktikusabb megoldás az otthoni töltésre egy dedikált 16 A-es biztosítékkal ellátott egy fázisú konnektor kialakítása, de ehhez a gyári 10 A-es EVSE helyett szükség van egy 16 A-es változatra. 16 A-rel 100 km-t kevesebb mint 6 óra alatt lehet pótolni. Akinek ez a sebesség valamilyen oknál fogva kevés lenne otthonra, az telepíthet egyfázisú 32 A-es vagy háromfázisú 16 vagy 32 A-es fali töltőt (EVSE-t) amivel az autója fedélzeti töltőjétől függően akár 22 kW-os töltést is biztosíthat. A legtöbb használat mellett azonban az egyszer 16 A-es normál dugaszoló aljzat elegendő szokott lenni.

Egy táblázat segítségével meg szeretném mutatni, hogy miért állítom ezt! Ebben a táblázatban egy 20 kWh/100 km-es fogyasztású villanyautóra vonatkozó töltési sebességek szerepelnek. A legtöbb elektromos autó ennél kevesebbet fogyaszt még autópálya tempónál is, tehát jobb időket produkál mint ami a táblázatban szerepel. A töltési sebességet kétféle mértékegységben is feltüntettem, az első azt mondja meg, hogy 100 km-re elegendő áram mennyi idő alatt vándorol az akkumulátorba, a második pedig azt, hogy 8 óra alatt hány kilométerrel nő a hatótáv az adott töltőről.

A táblázatból jól látszik, hogy aki naponta 150 km-nél kevesebbet autózik, annak bőven elegendő egy 16 amperes kismegszakítóval ellátott konnektor felszerelése az autója mellé, nem szükséges drága fali töltő kiépítése. Egy régi épületben viszont ellenőrizni kell a vezetékezést, mert 8-10 órán keresztül folyamatos 16 A-es áram nem játék, csakis szakszerűen kiépített, megfelelő keresztmetszetű réz vezeték bírja el gond nélkül ezt a teljesítményt.

Azt is érdemes figyelembe venni, hogy hiába áll rendelkezésre háromszor 32 A, ha az autóban egy egyfázisú fedélzeti töltő van, mert akkor csakis arról az egy fázisról fog tölteni maximum 7,4 kW-tal.

Célállomás töltés

A célállomás töltést, mint fogalmat olyan helyekre használjuk, ahova a villanyautós azért érkezik, mert ott van éppen dolga. A célállomásra érve az autót egy parkolóban hagyja és eltölt az adott helyen egy-két-három órát, amennyit az ügyeinek elintézése igénybe vesz. Tipikus célállomások lehetnek az állatkertek, plázák, turistalátványosságok közelében lévő parkolóházak, bevásárlóközpontok és még sok más érdekes hely. Tehát itt az a fontos, hogy óránként mennyivel nő a hatótáv, a nyugodt hazaút biztosítása miatt.

Ezeken a helyeken még mindig nem igazi töltő, csak EVSE van felszerelve, tehát az autó a saját fedélzeti töltőjét használja az akku töltésére. A nagyobb fedélzeti töltőkkel rendelkező autók ki tudják használni a nyilvános AC töltők 22 kW-os teljesítményét, amivel 100 km kevesebb mint egy óra alatt visszatölthető. A korábbi táblázatból azonban kiderül, hogy erre jelenleg az autók elenyésző százaléka képes, és a jövőben sem várható, hogy nagyobb fedélzeti töltőket kapnak az új modellek, (ezért sokszor felesleges a 22 kW-os AC töltők telepítése).

A célállomás töltésre a következő lehetőségek adódnak a leggyakrabban:

A legtöbb villanyautó az első kategóriába esik, ahol egy óra alatt alig 40 km-re elegendő áramot fog felvenni, viszont egy 3 órás program alatt meg is van a 100 km amivel jó eséllyel el tudunk jutni hazáig vagy a következő villámtöltőig. Pontosan emiatt a 22 kW-os töltők telepítéséről megoszlanak a vélemények, mi a villanyautósok.hu-nál azt az álláspontot képviseljük, hogy legyen inkább három darab egy fázisú töltő egy darab háromfázisú helyett. Erről részletesen itt írtunk.

Az otthoni töltéshez hasonlóan a célállomás töltésre is az a jellemző, hogy nem okoz időveszteséget az autó tulajdonosának, mivel az autó azalatt az idő alatt töltődik, amíg egyébként is ott állna a hely parkolójában. A sofőrnek csak annyi feladata van, hogy megkeresse a töltővel ellátott parkolóhelyet és rádugja a kábelét a falon (vagy oszlopon) elhelyezett csatlakozóra, ami csupán néhány másodpercet vesz igénybe.

Villámtöltés (DC)

A villámtöltés olyan szolgáltatás, amit a villanyautós többnyire a hosszú utazásai során szeretne igénybe venni. Lényege, hogy a lehető leggyorsabban biztosítsa a továbbhaladáshoz szükséges kilowattórákat. A villámtöltők mellett nem szeretnénk több időt eltölteni, mint amennyit egy megszokott tankolás vesz igénybe. Maximum egy gyors mosdóhasználat, vagy egy üdítő legurítása után azt szeretnénk látni, hogy legalább 80-100 km-re elegendő áram töltődött a kocsiba.

A villámtöltés nem az autó fedélzeti töltőjén keresztül történik. A töltőelektronika magában a villámtöltőben kap helyet (ezért is drága), és az átalakított egyenáram vastag vezetéken keresztül jut el az autóba. Sajnos villámtöltésre nem minden autó alkalmas, néhány típusban csak rendelhető extraként szerelték be a DC csatlakozót. Szerencsére a ma Európában újonnan kapható villanyautók mindegyike rendelkezik a két nagy áramú csatlakozó (CHAdeMO vagy CCS) valamelyikével. Abban viszont nagy szórást mutatnak, hogy milyen teljesítményű töltést tudnak fogadni. A cikk elején a keretes részben erre vonatkozó adatok is szerepelnek. Ami viszont még ennél is fontosabb, hogy a telepített DC töltő mekkora maximális teljesítményt képes leadni.

A következő táblázat a villámtöltők gyakori teljesítményszintjeit tartalmazza és még néhányat a jövőben várható teljesítményszintekből.

Egy átlagosnak mondható 50 kW-os villámtöltővel, mint amilyenek a MOL Plugee töltői, 24 perc alatt bevihető 100 km-nyi áram (a megfelelő feltételek teljesülésekor, lásd karakterisztikák). A Tesla Superchargerei 10 perc alatt, a Volkswagen kaliforniai 350 kW-os villámtöltői pedig 3 perc alatt elintézik ugyanezt. Tehát egy 50 kW-os villámtöltő mellett egy ciginyi (vagy is 10 percnyi) idő alatt 42 km-t, a Tesla Supercharger mellett ugyanezt a cigit elszívva pedig 100 km-t is növekszik a kiírt hatósugár. Ha lesz olyan villanyautó, ami már a 350 kW-ot is magába tudja szippantani, annak 10 perc akár 300 km-enként is elég lehet (feltéve, ha belefér annyi elektron). Ez azért már olyan sebesség, amire a dízelautók tulajdonosai is megnyalják a szájukat.

A 350 kW-os és az e fölötti töltés viszont egyenlőre a jövő, mert 2019 elején még nincs a piacon olyan villanyautó amely ekkora teljesítménnyel tudna tölteni. A jellemző inkább az 50-70 kW, a Teslák esetén pedig a 120 kW, de nem minden körülmények között.

Az akkumulátorok határai (karakterisztikák)

Említettem, hogy a villámtöltés sebessége nem csak a töltőtől, hanem az akkumulátortól is függ. Azon belül más egyéb mellett az akkumulátor töltöttségétől. Tehát például egy első generációs 30 kWh-ás Nissan LEAF tud 50 kW-tal tölteni, de nem a teljes tartományban. 20% és 60% SoC között megközelíti az 50 kW-ot efölött viszont drasztikusan visszaesik. 75% környékén már 30 kW alatt jár. Ezért nem érdemes a letörési pont fölött villámtölteni, hanem inkább továbbindulni a következő villámtöltő felé. Feltéve, hogy van az útvonalon elérhető távolságban ilyen töltő.

A Nissan Leaf akkumulátorának töltési görbéje. (a töltési teljesítmény [kW] a töltöttség [%] függvényében). Forrás: Fastned

Az eredeti kérdés

Visszatérve az eredeti kérdésre vagyis, hogy „Mennyi idő feltölteni egy elektromos autót?”, erre érdemes röviden azt válaszolni, hogy: „Attól függ!”. Mert nagyon sok mindentől függ és nagyon nem mindegy, hogy az adott helyen és időben, mi a villanyautós célja. Éjszaka érdemes otthon, lassan, akkukímélő módon, útközben pedig a lehető legjobb töltővel a lehető leggyorsabban tölteni.

Szerencsés esetben, körültekintő szervezéssel az év nagy részében gyakorlatilag nincs semmilyen időveszteség a töltések miatt! Azon a néhány hosszabb úton, amikor a hatótávon túlra merészkedik a villanyautós, a megfelelő villámtöltő hálózat igénybevételével néhányszor 10 perc az a veszteség, amit elszenved egy belsőégésű motoros autóban ülőhöz képest. Ezek után mindenki döntse el, hol akarja eltölteni az időt, a mindennapokban a folytonos tankolásokkal, vagy a hosszabb útjain a villámtöltők mellett.

Magyar Péter

Villamosmérnökként szakmai csodálattal tekintek minden elektromos járműre, ugyanakkor azt látom, hogy sok az ismerethiányból adódó ellenérzés irántuk. Írásaimmal ezen szeretnék pozitív irányban változtatni!