Miért nem tölt 50 kW-tal az 50 kW-os DC töltő
Valószínűleg minden villanyautóssal előfordult már, hogy villámtöltőn a töltési teljesítmény közelébe sem ért a töltési szolgáltató, illetve az autó gyártója által megadott teljesítménynek. Mi lehet ennek az oka? Becsapnak bennünket?
A második kérdésre egyszerűbb választ adni, mint az okokat teljesen kibontani. Az esetek túlnyomó többségében nincs szó átverésről, bár elvétve akadnak 50-esként hirdetett, valójában csak 44 kW-os töltők (ezek általában régebbiek). A kisebb töltési teljesítmény mögött többnyire más okok állnak.
Az általában kW-ban (kW vs. kWh: Tudod mi a különbség?) megadott töltési teljesítmény a feszültség és az áramerősség szorzatából adódó érték. Egy töltő akkor tud 50 kW-tal tölteni, ha az akkumulátor pakk feszültsége 400 V (vagy magasabb) és a csomag képes legalább 125 A áramerősség felvételére. Na ez az a szituáció, ami a mai villanyautók esetén a legritkább esetben fordul elő. A valóságban a töltés alatt mind a feszültség mind pedig az áramerősség folyamatosan változik.
Az autók típusonként, sőt gyakran típuson belül évjáratonként is nagyon különbözőek lehetnek, ezért az egyszerűség kedvéért válasszunk ki egy Nissan Leafet a szituáció megértéséhez.
A 24 kWh-s Nissan Leaf akkumulátora 192 db 3,75 V névleges feszültségű cellából épül fel. A cellákat páronként párhuzamosan kötik, majd az így kapott mini csomagokat sorba kapcsolják, így az akkucsomag névleges feszültsége 360 V-ra jön ki.
A lítium-ion cellák közös jellemzője, hogy kb. 2,5 V alá merítve tönkremennek, 4,3 V fölé töltve pedig olyan kémiai reakciók indulhatnak el bennük, amik tüzet okozhatnak. Hogy egyik se következhessen be, a cellákra egy nagyon szofisztikált BMS (battery management system – akkumulátorkezelő rendszer) vigyáz. Ez nem csak a túlmerítést és túltöltést akadályozza meg (általában a határérték közelébe sem engedik az akkut), de a töltés illetve az áramkivétel teljesítményét is képes szabályozni az akku állapotának függvényében.
Egy teljesen lemerült 24-es Nissan Leaf akkumulátorának feszültsége (teknős mód elérése után) kb. 288 V (a cellák 3 V-ra merültek), így ha ezt az autót egy 125 A leadására képes villámtöltőre tesszük (ez az 50 kW-os DC villámtöltők maximuma), akkor ha az első pillanattól képes is lenne a 125 A felvételére, akkor sem lenne a töltés teljesítménye több 36 kW-nál (288 × 125 / 1000). A feszültség szerencsére néhány százalék töltés után felugrik 360 V közelébe, így a maximális áramerősség mellett 45 kW környékére nő a töltési teljesítmény, ami a teljes töltés során nem tartható, mert károsítaná az akkumulátort. Mire azonban 55%-os töltöttség körül elérjük a 395 V-os feszültséget az akku már csak 105 A-rel képes biztonságosan felvenni az energiát, így a töltési teljesítmény 41,5 kW-ra csökken. A hírhedt 80%-os töltöttségnél a 395 V ellenére már csak 40 A a töltőáram, így a teljesítmény is mindössze 15,8 kW, vagyis a maximális értéknek alig több, mint a harmada.
Jól látható, hogy a töltési teljesítményt alacsony töltöttségnél az akkucsomag feszültségszintje, magas töltöttségnél pedig a csökkent áramerősség korlátozza.
Ez ráadásul egy olyan ideális eset, amikor a töltést semmi sem külső hatás nem befolyásolja. Ha az akkumulátor egy hideg téli éjszaka 0 °C környékére hűl, akkor azt a BMS nem fogja engedni nagy áramerősséggel tölteni, mert a kívül fagyott, belül a belső ellenállás miatt melegedő akku ezt biztosan nem tolerálná. Ilyenkor néhány intenzív gyorsítással és lassítással érdemes egy kicsit felmelegíteni az akkut, bár ennek a hatékonysága autónként eltérő. Egyes autóknál az ultranagy töltési teljesítmény eléréséhez a töltőhöz menet a rendszer még nyáron is külön előmelegíti az akkucsomagot (ha szükséges), hogy azt a lehető legnagyobb teljesítménnyel lehessen tölteni.
Hasonló a helyzet nyáron, csak akkor a túlságosan meleg akku lehet gond, ha annak nincs aktív hűtése. A cellák kémiai összetételüktől függően nem nagyon szeretik a 40-50 °C környékinél magasabb hőmérsékletet, ezért egy bizonyos szint elérésekor a BMS csökkenti az áramerősséget, ami természetesen a töltési teljesítmény visszaesését eredményezi. Aktív akkuhűtésnél természetesen ez nem gond, de a töltésből ilyenkor néhány kW az akkumulátor temperálására megy el.
Télen a hideg akku mellett a hideg utastér is megkeserítheti az autós életét. Ha a töltést az autós az kocsiban várja meg, vagy a töltés vége felé beindítja az utastér előfűtését, hogy még a töltőtől kapott áramból oldja meg ezt az energiaigényes feladatot, akkor az jelentősen, több kW-tal csökkentheti a töltési teljesítményt. Ezzel sokan elfelejtenek számolni. Sajnos ilyenkor pont annyival kevesebb áram megy az akkuba, mint amit a fűtés igényel.
Az idő előrehaladtával, ahogy öregszik és elhasználódik az akkumulátorcsomag, úgy nő a belső ellenállása is, ami miatt a BMS egyre kisebb töltőáramot engedélyez, így csökken a teljesítmény, és nő a töltési idő. Ez egy néhány éves autónál nem észrevehető, de egy 50-60%-ra romlott akkus autónál már jelentős is lehet. (A kis teljesítményű otthoni töltést nem befolyásolja.)
A fenti példában az egyszerűség kedvéért egy Nissan Leaf adataival számoltunk, de ahány autó, annyiféle különböző helyzet létezik. A Peugeot iOn-okban például csak 88 cellát kötnek sorba, így cellánként 4,1 V-os feszültségnél is csak 360 V-os lesz az akkucsomag feszültsége. Ha ebben az állapotban tudna 125 A-rel tölteni, akkor is csak 45 kW lenne a maximális töltési teljesítmény, de ezen a töltöttségi szinten már közel sem tud ennyit. Ennek pont az ellentéte az Audi e-tron, aminek az akkumulátorában 108 olyan cellacsomagot állítanak sorba, amibe csomagonként 4 cella lett párhuzamosan kötve. Így 4,1 V-os cellafeszültségnél a teljes akkupakk már 442 V-os. A négy párhuzamosan kötött cellának köszönhetően az áramerősséget is jól bírja a csomag, így akár 380 A környéki áramot is képes fogadni. Ráadásul az akkupakk fejlett hőmenedzsment rendszerrel is rendelkezik, így sem a hideg, sem pedig a meleg nem befolyásolja számottevően a töltési teljesítményt. Így egy e-tron egy 50 kW-os (125 A-es) töltőn is képes télen-nyáron, szinte teljesen lemerült szinttől 90% fölötti állapotig 50 kW-tal tölteni.
Az tehát, hogy egy autó egy töltőn hány kW-tal tud tölteni, rengeteg különböző tényező együtteséből ered, és általában a töltő maga legkevésbé korlátozó faktor. Az autó felépítése, akkukezelése és a külső környezet sokkal meghatározóbb ebben a tekintetben. Érdemes ezeket az autó megvásárlása után az első töltéseknél kitapasztalni, így a későbbiekben nem ér bennünket meglepetés.
