Długo jeszcze? Standardy ładowania samochodów elektrycznych

Elektromobilność w liczbach

Pod koniec zeszłego roku po polskich drogach jeździło 51 211 w pełni elektrycznych aut osobowych, 47 137 hybryd typu plug-in, 5 880 aut samochodów dostawczych i ciężarowych z napędem elektrycznym, 19 526 elektrycznych motorowerów i motocykli, a także samochody hybrydowe i autobusy elektryczne. O popularnych modelach samochodów elektrycznych rozmawiamy na kanale GLOBENERGIA:

Siłą rzeczy, wraz ze wzrostem zainteresowania autami elektrycznymi, wzrasta też zapotrzebowanie na infrastrukturę ładującą. Rok 2023 zakończył się z wynikiem 5 933 ogólnodostępnych punktów ładowania, zgrupowanych w 3 282 stacjach. 26% wszystkich punktów to punkty szybkiego ładowania, wykorzystujące prąd stały (DC). Reszta punktów dysponuje mocą nie większą niż 22 kW i polega na prądzie przemiennym (AC). 

(Źródło danych: www.pzpm.org.pl)

Standardy ładowania

Samochód elektryczny można ładować zarówno w domu, jak i na stacji. W zależności od miejsca i typu ładowarki napełnianie baterii może trwać od kilkunastu minut do kilkunastu godzin. Ładowanie może przebiegać z wykorzystaniem prądu przemiennego (AC) lub stałego (DC). 

Ładowanie prądem przemiennym AC

Z ładowaniem prądem przemiennym mamy do czynienia w przypadku podłączenia samochodu do domowej stacji ładowania i w większości ogólnodostępnych punktów. Ładowanie samochodu w domu jest możliwe, ale wymaga zastosowania EVSE (ang. electric vehicle supply equipment), czyli urządzenia monitorującego parametry ładowania. Może mieć ono formę przenośną, którą podłącza się do zwykłego gniazdka elektrycznego (tak zwana „cegła” – od kształtu urządzenia) lub być zamontowane na stałe w jednym miejscu (mówi się wtedy o „wallbox’ie”). Warto zaznaczyć, że EVSE nie jest ładowarką – ona zamontowana jest bezpośrednio w samochodzie (ładowarka pokładowa). EVSE jedynie dostarcza do niej prąd. 

Ładowanie samochodu z gniazdka elektrycznego o napięciu 230 V może być długim procesem. Auto elektryczne wyposażone w baterię o pojemności 70 kWh może ładować się nawet kilkadziesiąt godzin, zakładając moc ładowania 2 kW. 

Ładowanie w większości ogólnodostępnych punktów również opiera się na prądzie przemiennym. Ładowarki jednofazowe mają tam około 7 kW mocy, a trójfazowe osiągają zwykle 22 kW, chociaż istnieją również samochody i stacje AC o dostępnej mocy ładowania nawet 43 kW. Wykorzystanie ich jest kilkukrotnie szybsze niż ładowanie z gniazdka, samochód można naładować do pełna w kilka godzin.

Moc, z jaką ostatecznie będzie ładował się samochód, jest ograniczona nie tylko przez moc samej ładowarki, ale też charakterystykę samochodu – jeśli nawet w punkcie ładowania dostępna jest duża moc, a nasze auto nie jest na nią przygotowane, nie uda się wykorzystać jej w całości. 

Szybkie ładowanie prądem stałym

Ładowanie prądem stałym (DC) o dużych mocach jest najszybszym sposobem ładowania. W przypadku wykorzystania prądu stałego ładowarka (razem z przetwornikiem AC/DC) znajduje się poza samochodem. Kabel ładowania jest do niej na stałe przytwierdzony, więc trzeba go podłączyć jedynie do auta. Ładowanie do pełna trwa około godziny i odbywa się z pominięciem ładowarki pokładowej. 

Szybkie ładowanie – europejskie standardy

Niestety, nie istnieje jeden uniwersalny standard szybkiego ładowania prądem stałym. Producenci z różnych rejonów wypracowali swoje rozwiązania, różniące się kształtem wtyczki i oferujące różne moce. W Europie za normę uznaje się Typ 2, czyli tak zwany Mennekes (od nazwy firmy, która go opracowała). Stosuje się go we wszystkich modelach aut elektrycznych sprzedawanych w Europie. Spotkamy go zarówno w punktach ładowania, jak i osobno sprzedawanych kabli. Złącze Typu 2 (AC) składa się z pięciu pinów (styków): trzech fazowych (L1, L2, L3), neutralnym N i ochronnym PE. Dodatkowo zawiera 2 styki sterujące, dzięki którym możliwa jest komunikacja między samochodem a ładowarką.  

Ten typ wtyczki umożliwia ładowanie prądem AC i DC. Z możliwości szybkiego ładowania prądem DC w standardzie Mennekes korzysta w tej chwili głównie Tesla w samochodach produkowanych na rynek europejski i swoich ładowarkach.  

Standardem, który w pewien sposób nawiązuje do Mennekesa i także jest rozpowszechniony w Europie, jest CCS Combo 2 (ang. Combined Charging System), który przeznaczony jest już wyłącznie do ładowania prądem stałym (DC) i ze względu na wytrzymałość prądowo-napięciową może osiągać moc do 500 kW. Od Typu 2 różni się obecnością dodatkowych styków dla prądu stałego (+ i -) i brakiem styków fazowych. 

Rozwiązania z Japonii i USA

Japońscy producenci (np. Kia czy Nissan) stosują do szybkiego ładowania DC standard CHadeMO. Ten typ złącza umożliwia ładowanie dwukierunkowe, to znaczy samochód ma możliwość pobrania energii z sieci, ale również oddania jej do domu (V2H – ang. Vehicle to Home) lub sieci elektroenergetycznej (V2G – ang. Vehicle to Grid). Podobne możliwości daje standard BG/T DC, stosowany często przez chińskich producentów (BYD, ZT).

W USA popularny jest standard Typu 1 i korespondujący z nim CCS Combo 1. Jest wyposażony w styki fazowe (dwa: L1 i L2) i styk ochronny PE, ponieważ w USA nie wykorzystuje się przewodu neutralnego, a ładowanie odbywa się dwufazowo. Maksymalna moc ładowania to 7,68 kW (ładowanie dwufazowe) lub 3,84 kW (w przypadku wykorzystania tylko jednej fazy). CCS Combo 1 zawiera dodatkowo złącza stałoprądowa (spolaryzowane dodatnio i ujemnie). 

Źródło: www.pzpm.org.pl, www.udt.gov.pl