Įkrovimo kreivė: kodėl 150 kW nėra 150 kW

Kai gamintojas nurodo 150 kilovatų, tai reiškia: palankiomis sąlygomis automobilis kažkuriuo įkrovimo metu trumpam pasiekia šią reikšmę. Tai nereiškia, kad jis ją išlaiko, o juo labiau — kad išlaiko nuo dešimties iki aštuoniasdešimties procentų. Galia nėra pastovi visame įkrovos lygio intervale, o kinta pagal kreivę, kuri anksti pasiekia maksimumą ir po to krenta.

Todėl du automobiliai su vienoda didžiausios galios reikšme gali skirtis įkrovimo trukme net perpus. Vienas 150 kilovatų pasiekia ties 15 procentų ir išlaiko iki 50; kitas tik dviem minutėms juos pasiekia ties 20 procentų, o ties 40 procentų jo galia jau perpus mažesnė. Prospekte abiejų nurodytas tas pats skaičius, bet jis apibūdina du visiškai skirtingus automobilius.

Norint pamatyti konkretaus automobilio kreivę, ją galima rasti specializuotos žiniasklaidos matavimuose ir vairuotojų pildomose duomenų bazėse. Ten pateikiamas matavimas tam tikromis sąlygomis, o ne pažadas, — bet tai nepalyginamai informatyviau nei vienas skaičius.

C koeficientas (angl. C-rate) — tai įkrovimo galios ir baterijos talpos santykis. 50 kilovatvalandžių baterijos, įkraunamos 100 kilovatų galia, C koeficientas yra 2 — tokia galia ji būtų pilnai įkrauta per pusvalandį, jei galia išliktų pastovi. Tai pačiai baterijai esant 50 kilovatų jis lygus 1 C, o 100 kilovatvalandžių baterijai esant 100 kilovatų — taip pat 1 C.

Būtent šis skaičius iš tikrųjų įdomus, nes elemento apkrova priklauso ne nuo kilovatų skaičiaus, o nuo srovės, tenkančios vienam elementui. Didelė baterija tą pačią galią paskirsto daugiau elementų; kiekvienas iš jų dirba ramiau, mažiau įkaista ir lėčiau sensta. Todėl didelė baterija, esant tam pačiam kilovatų skaičiui, ne tik ilgiau išlaiko didelę galią, bet ir įkraunama švelniau.

Praktinė išvada palyginimui: padalykite didžiausią galią iš talpos. Jei gaunate apie 1, tai saikingai suprojektuotas automobilis. Jei gaunate gerokai daugiau nei 2, baterija suprojektuota greitam įkrovimui — tai gali būti gerai, bet reikalauja veiksmingo aušinimo.

Įkrovimo galios mažėjimas didėjant įkrovos lygiui vadinamas angl. taper, ir tai ne gamintojo taupymo programa, o chemija. Įkraunant ličio jonai keliauja iš katodo į anodą ir įsiterpia tarp grafito sluoksnių. Kuo pilnesnis anodas, tuo mažiau laisvų vietų prie paviršiaus ir tuo ilgiau jonams reikia pasiekti gilesnius sluoksnius.

Jei vis tiek stumiama daugiau srovės, nei anodas gali priimti, litis nusėda ant paviršiaus kaip metalas, užuot įsiterpęs. Šis ličio nusodinimas (angl. lithium plating) beveik negrįžtamas: medžiaga nebegali būti naudojama energijai kaupti, talpa visam laikui sumažėja, o blogiausiu atveju per separatorių prauga dendritai. Baterijos valdymo sistema to neleidžia, sumažindama srovę.

Prie to prisideda elektrinė priežastis. Didėjant įkrovos lygiui, elemento įtampa kyla. Įkrovimo elektronika iš pradžių veikia pastovia srove, o pasiekus leistiną įtampą pereina į pastovios įtampos fazę, kurioje srovė mažėja savaime. Galia yra įtampa, padauginta iš srovės, — krentant srovei, krenta ir galia. Todėl paskutiniai dvidešimt procentų visada yra lėčiausi — bet kurioje ličio jonų baterijoje, bet kuriame automobilyje.

Paskelbta įkrovimo kreivė galioja elementams, esantiems jų darbinės temperatūros intervale. Žemiau ir aukščiau jo ji atrodo kitaip. Šalti elementai turi didelę vidinę varžą ir priima mažai srovės, nes kitaip grėstų būtent tas nusodinimas, kurio padeda išvengti galios mažinimas. Karšti elementai sensta greičiau, todėl baterijos valdymo sistema riboja galią ir esant aukštai temperatūrai.

Tarp šių dviejų ribų yra intervalas, kuris, priklausomai nuo elementų chemijos, apytiksliai siekia nuo 20 iki 40 laipsnių. Automobiliai su aktyviu skysčio aušinimu išlaiko elementus jame, net jei greitai įkraunama kelis kartus iš eilės. Automobiliai, aušinami tik oru, karštą dieną po antrojo įkrovimo sustojimo to nebepajėgia — galia krenta, ir ne dėl įkrovos lygio, o dėl temperatūros.

Todėl išankstinis kondicionavimas toks veiksmingas. Jei stotelę įvedate į navigacijos sistemą, automobilis važiuodamas link jos iš anksto pašildo bateriją iki reikiamo intervalo. Automobilis, atvykęs prie stotelės su penkių laipsnių elementų temperatūra, pirmąjį ketvirtį valandos praleidžia šildydamas pats save — ir stotelėje, kuri apmokestina pagal laiką, už tai tenka sumokėti.

Galia yra įtampa, padauginta iš srovės. Norint perduoti didelę galią, galima didinti srovę arba įtampą. Srovė — brangesnis variantas: nuostoliai kabelyje, kištuke ir elementų jungtyse auga proporcingai srovės kvadratui, o tą pačią šilumą vėliau reikia pašalinti. Todėl didelių srovių įkrovimo kabeliai aušinami skysčiu ir vis tiek būna sunkūs.

Automobilio architektūra su maždaug 800 voltų vietoje maždaug 400 voltų tą pačią galią perduoda perpus mažesne srove ir su ketvirtadaliu ominių nuostolių. Tai ir yra tikroji kai kurių naujesnių automobilių didelės įkrovimo galios priežastis — ne geresni elementai, o aukštesnis įtampos lygis. Šalutinis poveikis: stotelė turi gebėti tiekti tokią įtampą, o senesnės stotelės ne visada tai gali.

Kitoje pusėje — stotelė su savo srovės riba. Daugelis greitojo įkrovimo stotelių riboja srovę ties keliais šimtais amperų. Automobilis su 400 voltų architektūra ties šia riba atsiremia į tam tikrą galią, nesvarbu, ką galėtų baterija. Taigi, norint įkrauti automobilį didžiausia galima galia, reikia stotelės, atitinkančios įtampos lygį, — tai nurodyta ant stotelės.

Du įkrovimo taškai viename korpuse dažnai dalijasi vienu galios bloku. Jei ten stovi antras automobilis, kiekvienas gauna pusę, arba pirmasis prijungtas gauna pirmenybę, o antrasis — likutį. Kuri taisyklė galioja, ant įrenginio nurodoma retai; tai galima atpažinti iš to, kad galia smunka, kai tik užimama gretima vieta.

Antras dalykas — vietos prijungimo prie elektros tinklo galia. Įkrovimo parkas su daug taškų retai turi tokią prijungimo galią, kad visus aptarnautų vienu metu visa galia. Kai kuriose vietose naudojami stacionarūs energijos kaupikliai, daugelyje galia tiesiog paskirstoma. Pilnoje poilsio aikštelėje atostogų pradžioje automobilio kreivė nebėra svarbi.

Ir galiausiai kabelis: neaušinamas kabelis riboja srovę iki tokios, kokią jis atlaiko šiluminiu požiūriu. Todėl prie to paties korpuso aušinamas kabelis gali tiekti daugiau nei šalia esantis. Jei turite pasirinkimą, rinkitės storesnį, trumpesnį, aušinamą.

Naudingiausias kasdienis rodiklis — ne didžiausia galia, o energija, kuri per tam tikrą laiką patenka į bateriją. Dvidešimt minučių — reali pertrauka; kiek kilovatvalandžių per šias dvidešimt minučių įkraunama, lemia kelionės trukmę. Šis skaičius apima viską: didžiausią galią, galios mažėjimą, temperatūrą ir įtampos lygį.

Paplitęs ir rodiklis, kiek trunka įkrovimas nuo 10 iki 80 procentų. Jis geresnis už didžiausią galią, bet turi kabliuką: jis palankus mažoms baterijoms. Maža baterija greičiau pasiekia 80 procentų, bet vis tiek turi mažiau energijos. Todėl lygindami du automobilius geriau skaičiuokite kilovatvalandėmis per laiko vienetą arba iš karto įkrautais kilometrais per laiko vienetą.

Iš galios mažėjimo išplaukia taisyklė, leidžianti ilgose kelionėse sutaupyti daugiausia laiko: du trumpi sustojimai pranoksta vieną ilgą. Kreivė stačiausia apatinėje dalyje, todėl įkraunama ten, kur greita, ir važiuojama toliau, kol galia dar nesumažėjo. Du kartus nuo 10 iki 60 procentų trunka gerokai trumpiau nei vieną kartą nuo 10 iki 90 — įkraunant tą patį energijos kiekį.

Išimtis — paskutinis kelionės etapas. Jei po sustojimo stotelių nebebus, įkraunama tiek, kiek reikia, ir susitaikoma su lėtais procentais. Antroji išimtis — žiema: tada papildomas sustojimas reiškia, kad baterija vėl atvėsta, jei atkarpa tarp sustojimų trumpa.

Norint tai suplanuoti, reikia ne programėlės, o dviejų skaičių: apytikslės savo automobilio kreivės ir sąnaudų važiuojant pasirinktu greičiu. Visa kita iš to išplaukia.

Automobiliui, kuris daugiausia įkraunamas namuose, įkrovimo kreivė beveik nesvarbi. Automobiliui, kuris reguliariai važiuoja ilgus atstumus, ji svarbesnė už nuvažiuojamą atstumą. Šiuos punktus išsiaiškinkite prieš bandomąjį važiavimą:

Atsakymai skelbime pateikiami retai, bet juos galima sužinoti: pirmuosius tris — iš modelio metų techninių duomenų lapo, ketvirtąjį — iš paskelbtų matavimų, penktąjį — iš konkretaus automobilio baterijos ataskaitos.