Почему электромобили не могут быстро заряжаться
У меня в комментариях электропессимисты часто указывают, что электромобили заряжаются слишком медленно, значительно медленней машин с ДВС. Это, к сожалению, так, и единственное, что можно сделать на данный момент - это принять электромобильное мышление и адаптироваться к такому положению вещей.
Станция зарядки Ionity в городе Гуль в Норвегии
Так почему же электромобили не могут быстро заряжаться?
Проблема с зарядными станциями, у них недостаточная мощность? Далеко не всегда, просто электромобили по разным причинам не способны принимать большое количество энергии. Обычно, это сильно зависит от строения самого аккумулятора, наличия охлаждения и химического процесса, который используется в ячейках.
Зарядка аккумулятора слишком большой мощностью может вызвать образование отложений металлического лития («plating») и образование дендритов вокруг анода, что приведет к необратимому снижению емкости ячеек. На уровне аккумуляторного блока это может вызвать неравномерный перегрев блока и старение ячеек с разной скоростью, что также приводит к потере ёмкости. Это типичная проблема Ниссан Лиф, хотя и по другой причине (у Лифов нет активного охлаждения и батарея здорово неравномерно перегревается при нескольких быстрых зарядках в день).
Отложения металлического лития
Способ решить проблему скорости - это установка большей ёмкости. Но таким образом вы просто зарядите больше кВт*ч, или больше дополнительных киломметров хода за тоже время. Например, Теслу Model S 100D с использованием зарядного устройства мощностью 125 кВт можно зарядить за 38 минут. Старый Kia Soul с 30,5 кВт*ч батареей теоритически заряжается за 14 минут с зарядным устройством на 100 кВт. Если бы емкость аккумулятора Kia Soul EV была увеличена вдвое, он гипотетически мог бы принять 200 кВт, но все равно был бы ограничен 14-минутным временем зарядки. Это соотношение между принимаемой мощностью и емкостью показано на уровне ячеек на следующем рисунке:
Когда емкость аккумулятора увеличивается, способность принимать больше энергии увеличивается пропорционально, но время зарядки от пустой до 80% остается постоянным. Общая взаимосвязь между скоростью зарядки, ёмкостью батареи или её технологией показана здесь (сравниваются три разных электромобиля с 30,60 и 100 кВт*ч аккумуляторами, источник):
На самом деле всё ещё сложнее. Увеличение ёмкости аккумулятора часто связано с уплотнением ячеек, что ухудшает способность охлаждения и замедляет время зарядки. Например, Chevrolet Bolt на деле имеет примерно вдвое большую ёмкость аккумулятора, чем Soul, но реальная скорость зарядки у него даже ниже. Вот реальный график зарядки Opel Ampera-E (родная сестра Chevrolet Bolt, отсюда):
График зарядки Opel Ampera-E
Как видите, даже летом в идеальных условиях скорость зарядки не превышает 50 кВт, и только до 40% ёмкости.
То есть, простое увеличение ёмкости само по себе не решает проблему скорости зарядки.
Как увелить реальную скорость зарядки?
Как уже было сказано, для этого нужно улучшать «химию» батарей и системы охлаждения. Но есть ещё одно ограничение - номинальные напряжение и сила тока аккумулятора электромобиля и зарядных станций.
В настоящее время почти все электромобили используют 400-вольтовые аккумуляторные блоки. И станции зарядки, поэтому, тоже расчитаны на те же 400 вольт при силе тока 500 ампер. Это даёт теоретическую максимальную мощность в 200 кВт (реальная не более 175, и ближе к 150 кВт). Даже если аккумуляторный блок может принять больше, только по этой причине он не сможет.
Так что если мы хотим увеличить скорость зарядки, мы должны увеличить либо напряжение, либо силу тока как у зарядной станции, так и на аккумуляторном блоке. Первое уже активно делается, например знаменитая сеть Ionity с самого начала задумывалась как 800-вольтовая. То есть, номинальная мощность там будет 400 кВт при силе тока в 500 А (реальная - 350 кВт). Но такая зарядка нам не поможет, если электромобиль у нас с 400-вольтовой батареей. Ну и это начинает меняться. Первым электромобилем с 800-вольтовой батареей стал Porsche Taycan 4S, который, как заявлено, может заряжаться на мощности в 270 кВт. На деле, тест показал, что скорость была ближе к 250 кВт, да и то только в начале:
График зарядки Porsche Taycan 4S
Тесла
Тесла использует другую стратегию. Все новые TM3 - 400 вольтовые, поэтому, чтобы увеличить скорость зарядки нужно увеличить силу тока. Таким образом новейшие Суперчарджеры V3 выдают до 250 кВт, это означает что сила тока там целых 625 Ампер (и даже до 800 Ампер на пиках). Это подтверждается тестами:
Заметьте, на станции зарядки Ionity, Тесла достигла 175 кВт (что соответствиет 400В и 500А), в то время как на Суперчарджере V3 мощность на пике превысила 250 кВт.
Так что, как я думаю, понемногу, время, которое вы проводите на быстрой зарядной станции, будет уменьшаться.