Rozwój samochodów elektrycznych przebiega znacznie dynamiczniej niż spalinowych. W ciągu kilku lat realne zasięgi aut na prąd wzrosły nawet dwukrotnie, znacząco spadł czas ładowania, przybyło ładowarek – w tym bardzo szybkich stacji, na których „zatankujemy” naszego elektryka do 80% w mniej niż pół godziny. Dlaczego do 80%? Tempo uzupełniania energii zależy od tzw. krzywej ładowania i zazwyczaj znacząco spada w przedziale 80-100% naładowania akumulatora. Poniżej prezentujemy krzywe ładowania przykładowych modeli BMW; przy okazji można zaobserwować, jak zmieniły się moce ładowania elektryków od czasów i3 do obecnego i5 (wszystkie prezentowane modele korzystają z platform 400 V).
Fot. BMW (uwaga: „charging power” oznacza moc ładowania)
Dla wielu użytkowników blisko pół godziny oczekiwania na stacji, zwłaszcza podczas dalszej podróży, to nadal zbyt długo. Aby zwiększyć dostępne moce ładowania, producenci zaczęli wprowadzać nowocześniejszą architekturę ładowania o napięciu 800 V. Czym dokładnie jest instalacja 800 V, jakie daje korzyści względem klasycznego układu 400 V i czy rzeczywiście oznacza rewolucję w elektromobilności?
Podstawy: napięcie, prąd i moc ładowania
Architektura napięciowa to jeden z kluczowych układów samochodu elektrycznego. Zależy od niej, jak szybko można uzupełnić energię i jak efektywnie samochód ją zużywa. Aby zrozumieć różnicę między architekturą 400 V i 800 V, warto sięgnąć do podstaw fizyki. Moc elektryczna jest iloczynem napięcia i natężenia prądu:
P = V × I, gdzie:
P – moc (W),
V – napięcie (V),
I – natężenie prądu (A).
Oznacza to, że tę samą moc można uzyskać przy niższym napięciu i wyższym prądzie lub przy wyższym napięciu i niższym prądzie. Jeśli chodzi o samochody elektryczne, efektywnym rozwiązaniem okazuje się podniesienie napięcia – pozwala to ograniczyć prąd płynący w przewodach, które mogą być cieńsze i lżejsze. Rezultat: mniejsze straty energii oraz ilość generowanego ciepła.
Architektura 400 V – standard w samochodach elektrycznych pierwszej generacji
Pierwsze masowo produkowane samochody elektryczne, takie jak Nissan Leaf (fot. poniżej), Tesla Model S czy BMW i3, korzystały z architektury 400 V. Miało to swoje uzasadnienie: akumulatory były drogie w ujęciu ceny za 1 kWh, ich ładowanie mogło odbywać się z mocą do ok. 50 kW, a instalacja 400 V była już stosowana w hybrydach. Z czasem ceny baterii spadły, a ich pojemności oraz moce ładowania wzrosły – i pojawiły się coraz szybsze ładowarki.
Fot. Nissan
Architektura 400 V pozwala ładować samochód z mocą do 200-250 kW, ale przy akumulatorach o pojemności rzędu 100 kWh… to wciąż niezbyt wiele, zwłaszcza że maksymalna moc jest dostępna tylko przejściowo (znów kłania się krzywa ładowania). Rozwiązaniem okazało się podwojenie napięcia, które pozwala na znaczący wzrost mocy ładowania bez zwiększania obciążenia prądowego.
Architektura 800 V – kolejny krok w rozwoju elektromobilności
Architektura 800 V trafiła do seryjnej produkcji w 2019 roku, w Porsche Taycanie. Od tamtej pory pojawia się w coraz większej liczbie samochodów elektrycznych.
Podwojenie napięcia ma szereg zalet:
- znacznie szybsze ładowanie, nawet do 400 kW, co na odpowiedniej stacji pozwala uzupełnić energię w akumulatorze do 80% w ciągu mniej niż 20 min;
- lżejsza instalacja elektryczna, która wpływa na obniżenie masy własnej samochodu i zwiększenie jego efektywności, ogranicza też zużycie miedzi i zapewnia większą swobodę projektowania;
- efektywniejszy przesył energii, wydajniejsze zasilanie mocniejszych napędów, mniej ciepła (co może korzystnie wpływać na zużycie energii i trwałość ogniw).
Jednak architektura 800 V ma też wady:
- wyższy koszt: komponenty pracujące przy wyższym napięciu, takie jak falowniki, energoelektronika (elektronika mocy) czy zarządzanie termiką, są bardziej zaawansowane;
- wymagania dodatkowych komponentów, pozwalających korzystać ze stacji 400 V;
- bardziej zaawansowana infrastruktura ładowania: aby skorzystać z wysokiej mocy ładowania, potrzebujemy odpowiednio mocnych stacji, z reguły oferujących droższą energię.
Przykłady modeli wykorzystujących instalację 800 V
- Porsche Taycan oraz Macan i Cayenne Electric
- Hyundai Ioniq 5 i 6, Kia EV6 i EV9
- Audi Q6 e-tron, e-tron GT
- Mercedes CLA, GLC
- BMW iX3
- Volvo EX90 po liftingu (fot. poniżej)
Fot. Volvo
ZOBACZ RÓWNIEŻ: Według BMW chińskie elektryki nie odniosą sukcesu w Europie. Czy aby na pewno?
Przyszłość: czy architektura 800 V stanie się nowym standardem?
Układ 800 V staje się coraz powszechniejszy w samochodach klasy średniej i wyższej oraz luksusowych. Producenci rozwijają już kolejne generacje platform, które są w stanie obsługiwać nawet ponad 400 kW mocy ładowania, co pozwoli skrócić postoje przy ładowarkach do kilku-kilkunastu minut. Przykładem jest zapowiedziany na ten rok elektryczny Mercedes-AMG GT 4-drzwiowe Coupe, który pobił rekord mocy ładowania, osiągając 850 kW.
Oczywiście aby korzystać z takich mocy, potrzebne są odpowiednie ładowarki. Liczba stacji oferujących moce przekraczające 300 kW dynamicznie rośnie – w Polsce mamy ich obecnie już ponad 100. Trzeba jednak wziąć pod uwagę, że takie szybkie ładowanie jest drogie; cena energii może przekraczać tam 3 zł za 1 kWh.
Architektura 400 V wciąż będzie jednak odgrywać istotną rolę i przez długie lata pozostanie w użyciu w tańszych samochodach elektrycznych, gdzie kluczowe znaczenie mają koszty produkcji. Nie każdy potrzebuje zresztą bardzo szybkiego ładowania; użytkownik, który nie korzysta regularnie z dróg szybkiego ruchu, będzie w stanie zaakceptować nieco dłuższe ładowanie lub zrezygnuje z korzystania z hiperszybkiej ładowarki z powodu wysokich kosztów energii.
Ale to nie wszystko: w przyszłości mogą pojawiać się architektury pracujące pod jeszcze wyższym napięciem, rzędu 900 V. Już teraz korzystają z nich modele amerykańskiej firmy Lucid czy chińskie auta Xiaomi.
W skrócie, architektury 400 i 800 lub więcej V będą w najbliższych latach funkcjonować równolegle. I z pewnością użytkownicy aut elektrycznych mogą liczyć na jeszcze wyższe moce ładowania i krótsze postoje przy ładowarkach.
ZOBACZ RÓWNIEŻ: AC, DC i kilowaty. Wszystko, co musisz wiedzieć o ładowaniu samochodu elektrycznego
