Töltési görbe: miért nem 150 kW a 150 kW

Ha egy gyártó 150 kilowattot ad meg, az azt jelenti: kedvező körülmények között az autó a töltés valamely pontján rövid időre eléri ezt az értéket. Nem azt jelenti, hogy tartja is, és főleg nem azt, hogy tíz és nyolcvan százalék között végig tartja. A teljesítmény a töltöttségi szint mentén nem állandó, hanem egy görbét követ, amely korán eléri a maximumát, majd esik.

Két azonos csúcsadatú autó ezért az állásidő tekintetében akár a felével is eltérhet. Az egyik tizenöt százaléknál éri el a 150 kilowattot, és ötvenig tartja; a másik húsz százaléknál két percre megérinti, és negyven százaléknál már csak a felénél tart. A prospektusadat mindkettőnél ugyanaz a szám, és két teljesen különböző autót ír le.

Aki látni akarja egy autó görbéjét, megtalálja a szaklapok méréseiben és a vezetők által gondozott adatbázisokban. Ami ott áll, egy adott körülmények között végzett mérés, nem ígéret — de nagyságrendekkel többet mond, mint egyetlen szám.

A C-ráta a töltési teljesítmény és az akkumulátor kapacitásának hányadosa. Egy 50 kilowattórás csomag, amely 100 kilowattal tölt, 2-es C-rátát lát — ezen a teljesítményen fél óra alatt megtelne, ha a teljesítmény állandó maradna. Ugyanez a csomag 50 kilowattal 1 C-t lát, egy 100 kilowattórás csomag 100 kilowattnál szintén 1 C-t.

Ez a szám az igazán érdekes, mert a cella terhelése nem a kilowattszámon múlik, hanem a cellánkénti áramon. Egy nagy akkumulátor ugyanazt a teljesítményt több cellára osztja szét; mindegyik cella nyugodtabban dolgozik, kevésbé melegszik és lassabban öregszik. Ezért egy nagy csomag azonos kilowattszám mellett nemcsak tovább tartja a magas töltési teljesítményt, hanem kíméletesebben is tölt.

Gyakorlati következmény az összehasonlításhoz: oszd el a csúcsteljesítményt a kapacitással. Ha 1 körüli szám jön ki, az mérsékelten méretezett autó. Ha jóval 2 fölötti, az akkumulátor gyors töltésre van kialakítva — ami lehet jó, de hatékony hűtést feltételez.

A töltési teljesítmény csökkenése a töltöttségi szint emelkedésével a taper, és ez nem a gyártó takarékossági programja, hanem kémia. Töltéskor a lítiumionok a katódból az anódba vándorolnak, és ott a grafitrétegek közé épülnek be. Minél telítettebb az anód, annál kevesebb a szabad hely a felszín közelében, és annál tovább tart, amíg az ionok mélyebb rétegekbe jutnak.

Ha ennek ellenére több áramot erőltetünk bele, mint amennyit az anód fel tud venni, a lítium fémes formában válik ki a felületen ahelyett, hogy beépülne. Ez a lítium-plating (lítiumlerakódás) nagyrészt visszafordíthatatlan: az anyag többé nem áll rendelkezésre tárolásra, a kapacitás tartósan csökken, és a legrosszabb esetben dendritek nőnek át a szeparátoron. Az akkumulátor-menedzsment ezt megakadályozza azzal, hogy visszaveszi az áramot.

Ehhez jön egy elektromos ok. A töltöttségi szint emelkedésével nő a cellafeszültség. A töltőelektronika először állandó árammal dolgozik, majd amint elérte a megengedett feszültséget, átvált egy állandó feszültségű fázisra, amelyben az áram magától esik. A teljesítmény a feszültség és az áram szorzata — ha az áram esik, a teljesítmény is esik. Ezért az utolsó húsz százalék mindig a leglassabb, minden lítiumion-akkumulátornál, minden autóban.

A közzétett töltési görbe az üzemi tartományukban lévő cellákra érvényes. Alatta és fölötte másképp néz ki. A hideg cellák belső ellenállása magas, és keveset fogadnak el, mert különben éppen az a lerakódás fenyeget, amelyet a taper hivatott megakadályozni. A forró cellák gyorsabban öregszenek, ezért az akkumulátor-menedzsment felfelé is korlátoz.

E két határ között van egy ablak, amely a cellakémiától függően nagyjából húsz és negyven fok között húzódik. Az aktív folyadékhűtéses autók ebben tartják a cellákat akkor is, ha többször egymás után gyorstöltenek. A kizárólag léghűtéses autók ezt egy forró napon a második töltési megálló után már nem bírják — a teljesítmény esik, mégpedig nem a töltöttségi szint, hanem a hőmérséklet miatt.

Ezért olyan hatékony az előkondicionálás. Ha az oszlopot beírjuk a navigációba, az autó az odaút során az ablakra előmelegíti az akkumulátort. Az az autó, amely öt fokos cellahőmérséklettel érkezik az oszlophoz, az első negyedórát azzal tölti, hogy felmelegíti magát — és ennek az árát egy idő szerint számláló oszlopnál ő maga is megfizeti.

A teljesítmény a feszültség és az áram szorzata. Aki sok teljesítményt akar átvinni, növelheti az áramot vagy a feszültséget. Az áram a drága változat: a veszteségek a kábelben, a csatlakozóban és a cellakötésekben az áram négyzetével nőnek, és ugyanezt a hőt utána el is kell vezetni. Ezért a nagy áramú töltőkábelek folyadékhűtésesek, és mégis nehezek.

A körülbelül 800 voltos autóarchitektúra a körülbelül 400 volttal szemben ugyanazt a teljesítményt a fél árammal és az ohmos veszteségek egynegyedével viszi át. Ez az igazi oka egyes újabb autók magas töltési teljesítményének — nem jobb cellák, hanem magasabb feszültségszint. A mellékhatás: az oszlopnak a feszültséget is le kell tudnia adni, és a régebbi oszlopok ezt nem mindig tudják.

A másik oldalon ott az oszlop saját áramkorlátja. Sok gyorstöltő néhány száz amperen korlátoz. Egy 400 voltos architektúrájú autó ennél a korlátnál egy bizonyos teljesítménynél eléri a határt, függetlenül attól, mire lenne képes az akkumulátor. Aki az autóját a lehető legnagyobb teljesítménnyel akarja tölteni, annak tehát olyan oszlop kell, amely illik a feszültségszinthez — az adat az oszlopon áll.

Egy házban lévő két töltőpont gyakran közös teljesítményegységen osztozik. Ha ott áll egy második autó, mindegyik a felét kapja, vagy az előbb csatlakoztatott élvez elsőbbséget, a második pedig a maradékot kapja. Melyik szabály érvényes, ritkán áll a készüléken; onnan ismerhető fel, hogy a teljesítmény leesik, amint a szomszéd hely foglalt lesz.

A második pont a telephely hálózati csatlakozása. Egy sok töltőpontos töltőparknak ritkán van akkora csatlakozási teljesítménye, hogy mindegyiket egyszerre teljes teljesítménnyel kiszolgálja. Egyes telephelyek helyhez kötött tárolóval puffereznek, sok egyszerűen elosztja a teljesítményt. Egy telt pihenőhelyen a szünidő kezdetén nem az autó görbéje a döntő.

És végül a kábel: a hűtetlen kábel az áramot arra korlátozza, amit hőtechnikailag elbír. Ugyanazon a készüléken ezért egy hűtött kábel többet adhat, mint a mellette lévő. Akinek van választása, a vastagabbat, rövidebbet, hűtöttet választja.

A mindennapokra a leghasznosabb mutató nem a csúcsteljesítmény, hanem az az energia, amely adott idő alatt bekerül az akkumulátorba. Húsz perc reális szünet; hogy ez alatt a húsz perc alatt hány kilowattóra érkezik meg, az dönti el az utazási időt. Ez a szám mindent magába foglal: a csúcsot, a tapert, a hőmérsékletet és a feszültségszintet.

Elterjedt a tíz és nyolcvan százalék közötti időtartam megadása is. Ez jobb, mint a csúcsteljesítmény, de van egy buktatója: a kis akkumulátorokat jutalmazza. Egy kis csomag hamarabb van nyolcvan százalékon, és akkor mégis kevesebb energia van a fedélzeten. Aki két autót hasonlít össze, ezért jobban teszi, ha kilowattórában számol időegységenként, vagy rögtön időegységenként utántöltött kilométerben.

A taperből következik egy szabály, amely a hosszú távú utakon a legtöbb időt nyeri: két rövid megálló jobb, mint egy hosszú. A görbe az alsó tartományban a legmeredekebb, tehát ott töltünk, ahol gyorsan megy, és továbbhajtunk, mielőtt a teljesítmény összeomlik. Tízről hatvan százalékra kétszer lényegesen kevesebb ideig tart, mint tízről kilencvenre egyszer — ugyanannyi utántöltött energiamennyiség mellett.

A kivétel az utolsó szakasz. Ha a megálló után már nem jön oszlop, annyira töltünk, amennyire szükséges, és elfogadjuk a lassú százalékokat. A második kivétel a tél: ott a plusz megálló az akkumulátor újabb lehűlésével jár, ha a köztes szakasz rövid.

Aki ezt tervezni akarja, annak nem app kell, hanem két szám: az autója görbéje nagy vonalakban, és a fogyasztás az adott sebességnél. Minden más ebből adódik.

Annál az autónál, amelyet főleg otthon töltenek, a töltési görbe szinte jelentéktelen. Annál az autónál, amely rendszeresen hosszú utakat tesz meg, fontosabb a hatótávolságnál. Ezeket a pontokat a próbaút előtt tisztázd:

A válaszok ritkán szerepelnek a hirdetésben, de beszerezhetők: az első hármat az adott modellév adatlapjáról, a negyediket közzétett mérésekből, az ötödiket az adott autó akkumulátorjelentéséből.