Laadimiskõver lahti seletatuna: miks 150 kW ei ole 150 kW

Kui tootja märgib 150 kilovatti, tähendab see järgmist: soodsates tingimustes saavutab auto laadimise ajal mingil hetkel lühiajaliselt selle väärtuse. See ei tähenda, et auto seda hoiab, ja veel vähem, et ta hoiab seda kümnest kaheksakümne protsendini. Võimsus ei ole laetuse taseme ulatuses konstantne, vaid järgib kõverat, mis saavutab maksimumi varakult ja langeb seejärel.

Kahe sama tippvõimsusega auto laadimisaeg võib seetõttu erineda poole võrra. Üks saavutab 150 kilovatti viieteistkümne protsendi juures ja hoiab seda viiekümne protsendini; teine puudutab seda kahekümne protsendi juures kaheks minutiks ja neljakümne protsendi juures on sellest järel juba vaid pool. Brošüüris on mõlema kohta sama arv, mis kirjeldab kaht täiesti erinevat autot.

Kes tahab auto kõverat näha, leiab selle erialaväljaannete mõõtmistest ja juhtide endi hallatavatest andmebaasidest. Seal toodu on mõõtmine kindlates tingimustes, mitte lubadus — kuid see on suurusjärkude võrra informatiivsem kui üksik arv.

C-määr on laadimisvõimsuse ja aku mahtuvuse suhe. 50-kilovatt-tunnine akupakett, mis laeb 100 kilovatiga, töötab C-määraga 2 — sellise võimsusega saaks see poole tunniga täis, kui võimsus püsiks konstantsena. Sama pakett 50 kilovatiga töötab 1 C juures, 100-kilovatt-tunnine pakett 100 kilovatiga samuti 1 C juures.

Just see arv on tegelikult huvitav, sest elemendi koormus ei sõltu kilovattide arvust, vaid voolust elemendi kohta. Suur aku jagab sama võimsuse rohkematele elementidele; iga üksik element töötab rahulikumalt, soojeneb vähem ja vananeb aeglasemalt. Seepärast võtab suure paketi laadimine sama kilovattide arvu juures mitte ainult kauem aega, vaid on ka akule säästlikum.

Praktiline järeldus võrdlemiseks: jaga tippvõimsus mahtuvusega. Kui tulemus on umbes 1, on tegemist mõõdukalt kavandatud autoga. Kui tulemus on selgelt üle 2, on aku kavandatud kiireks laadimiseks — mis võib olla hea, kuid eeldab tõhusat jahutust.

Laadimisvõimsuse vähenemist laetuse taseme kasvades nimetatakse taper'iks ja see ei ole tootja säästuprogramm, vaid keemia. Laadimisel liiguvad liitiumioonid katoodist anoodi ja paigutuvad seal grafiidikihtide vahele. Mida täisem on anood, seda vähem on pinna lähedal vabu kohti ja seda kauem kulub ioonidel sügavamatesse kihtidesse jõudmiseks.

Kui sellest hoolimata surutakse sisse rohkem voolu, kui anood vastu võtta suudab, sadestub liitium pinnale metallina, selle asemel et kihtide vahele paigutuda. See liitiumi sadestumine (lithium plating) on suures osas pöördumatu: materjal ei ole enam salvestamiseks kasutatav, mahtuvus väheneb püsivalt ja halvimal juhul kasvavad dendriidid läbi separaatori. Akuhaldussüsteem hoiab selle ära, vähendades voolu.

Lisaks on elektriline põhjus. Laetuse taseme kasvades tõuseb elemendi pinge. Laadimiselektroonika töötab esmalt konstantse vooluga ja läheb lubatud pinge saavutamisel üle konstantse pinge faasile, milles vool langeb iseenesest. Võimsus on pinge korda vool — kui vool langeb, langeb võimsus. Seepärast on viimased kakskümmend protsenti alati kõige aeglasemad, iga liitiumioonaku puhul, igas autos.

Avaldatud laadimiskõver kehtib elementide kohta, mis on oma töövahemikus. Sellest allpool ja ülalpool näeb kõver teistsugune välja. Külmadel elementidel on suur sisetakistus ja need võtavad vähe voolu vastu, sest muidu ähvardaks just see sadestumine, mida võimsuse vähendamine peab ära hoidma. Kuumad elemendid vananevad kiiremini, seepärast seab akuhaldussüsteem piiri ka kõrgetel temperatuuridel.

Nende kahe piiri vahel on vahemik, mis sõltuvalt elementide keemiast jääb umbes kahekümne ja neljakümne kraadi vahele. Aktiivse vedelikjahutusega autod hoiavad elemente selles vahemikus ka siis, kui kiirlaetakse mitu korda järjest. Ainult õhkjahutusega autod ei suuda seda palaval päeval pärast teist laadimispeatust enam teha — võimsus langeb, ja seda mitte laetuse taseme, vaid temperatuuri tõttu.

Seepärast ongi aku eelkonditsioneerimine nii tõhus. Kui laadimisjaam sisestatakse navigatsioonisüsteemi, soojendab auto sinna sõitmise ajal aku sobivasse vahemikku. Auto, mis jõuab laadimisjaama viiekraadise elemenditemperatuuriga, kulutab esimese veerandtunni enda soojendamisele — ja aja järgi arveldavas laadimisjaamas maksad ka selle eest.

Võimsus on pinge korda vool. Kes tahab üle kanda palju võimsust, saab suurendada kas voolu või pinget. Vool on kallis variant: kaod kaablis, pistikus ja elementidevahelistes ühendustes kasvavad voolu ruuduga ja sama soojus tuleb pärast ära juhtida. Seepärast on suure voolu jaoks mõeldud laadimiskaablid vedelikjahutusega ja sellegipoolest rasked.

Umbes 800-voldine sõidukiarhitektuur kannab umbes 400-voldisega võrreldes sama võimsuse üle poole väiksema voolu ja veerandi oomiliste kadudega. See on mõne uuema auto suure laadimisvõimsuse tegelik põhjus — mitte paremad elemendid, vaid kõrgem pingetase. Kõrvalmõju: laadimisjaam peab ka suutma seda pinget anda ja vanemad jaamad ei suuda seda alati.

Teisel pool on laadimisjaam oma voolupiiranguga. Paljud kiirlaadijad piiravad voolu mõnesaja ampri juures. 400-voldise arhitektuuriga auto jõuab selle piiri tõttu teatud võimsusel lakke, ükskõik mida aku suudaks. Kes tahab oma autot laadida suurima võimaliku võimsusega, vajab seega laadimisjaama, mis sobib auto pingetasemega — see info on laadimisjaamal kirjas.

Kaks laadimispunkti ühes korpuses jagavad sageli ühte jõuplokki. Kui seal seisab teine auto, saab kumbki poole või saab eelisõiguse esimesena ühendatud auto ja teine saab ülejäänu. Milline reegel kehtib, on seadmel harva kirjas; selle tunneb ära sellest, et võimsus langeb järsult, niipea kui kõrvalkoht hõivatakse.

Teine punkt on asukoha võrguühendus. Paljude punktidega laadimispargil on harva piisavalt liitumisvõimsust, et teenindada kõiki korraga täisvõimsusel. Mõni asukoht puhverdab statsionaarse salvestiga, paljud lihtsalt jagavad võimsust. Puhkuste alguses rahvast täis maanteeäärses teenindusjaamas ei ole auto kõver üldse teema.

Ja lõpuks kaabel: jahutamata kaabel piirab voolu sellega, mida see termiliselt talub. Seepärast võib samas korpuses jahutatud kaabel anda rohkem kui kõrvalolev. Kui saad valida, võta jämedam, lühem ja jahutatud kaabel.

Igapäevaelus kõige kasulikum näitaja ei ole tippvõimsus, vaid energia, mis teatud aja jooksul akusse jõuab. Kakskümmend minutit on realistlik paus; mitu kilovatt-tundi selle kahekümne minutiga akusse jõuab, määrab reisi kestuse. See arv hõlmab kõike: tippvõimsust, võimsuse langust, temperatuuri ja pingetaset.

Levinud on ka laadimisaeg kümnest kaheksakümne protsendini. See on parem kui tippvõimsus, kuid sellel on konks: see soosib väikseid akusid. Väike pakett jõuab kiiremini kaheksakümne protsendini ja sellel on siis ikkagi vähem energiat pardal. Kes võrdleb kaht autot, arvutab seepärast parem kilovatt-tundides ajaühiku kohta või kohe juurde laetud kilomeetrites ajaühiku kohta.

Võimsuse langusest tuleneb reegel, mis annab pikal sõidul suurima ajavõidu: kaks lühikest peatust on paremad kui üks pikk. Alumises vahemikus läheb laadimine kõige kiiremini, nii et laed seal, kus see kiiresti käib, ja sõidad edasi enne, kui võimsus järsult langeb. Kaks korda kümnest kuuekümne protsendini võtab selgelt vähem aega kui üks kord kümnest üheksakümneni — sama juurde laetud energiakoguse juures.

Erand on viimane etapp. Kui pärast peatust laadimisjaama enam ei tule, laed nii palju, kui vaja, ja lepid aeglaste protsentidega. Teine erand on talv: siis tähendab lisapeatus, et aku jahtub uuesti, kui vahepealne teelõik on lühike.

Kes tahab seda planeerida, ei vaja rakendust, vaid kahte arvu: oma auto laadimiskõverat jämedates joontes ja energiakulu sõidetaval kiirusel. Kõik muu tuleneb sellest.

Auto puhul, mida laetakse peamiselt kodus, on laadimiskõver peaaegu tähtsusetu. Auto puhul, millega sõidetakse regulaarselt pikki vahemaid, on see tähtsam kui sõiduulatus. Need punktid selgita välja enne proovisõitu:

Vastused on kuulutuses harva kirjas, kuid neid saab hankida: esimesed kolm mudeliaasta andmelehelt, neljanda avaldatud mõõtmistest, viienda konkreetse auto akuprotokollist.