 |
Provoz elektromobilu v zimě je v internetových diskuzích vděčné téma. Podle jedněch řidič umrzne v potemnělém voze hned za nájezdem na dálnici, jiní si zase nemohou vynachválit mnohem rychlejší náběh elektrického vyhřívání a především zcela samozřejmé odmrazení vozidla ještě před nástupem povelem z aplikace. V tomto článku se však na provoz čistě elektricky poháněných aut podíváme jinak.
V nejhlubších mrazech, které nabídla tato zima, jsme osedlali Opel Mokka-e a jezdili, nabíjeli a měřili. Zaměřili jsme se na tři oblasti – vliv mrazu na spotřebu a tedy dojezd, vliv mrazu na rychlost nabíjení a také na efektivitu nabíjení různými rychlostmi. Začněme od konce.
Ztráty při nabíjení
Při nabíjení jakéhokoli akumulátoru vždy dochází k energetickým ztrátám a akumulátory elektromobilů pochopitelně nejsou výjimkou. Energie mizí během samotného chemického procesu v akumulátoru, kdy se proměňuje v odpadní teplo, další energii spotřebují podpůrné systémy jako elektronika samotné nabíječky a provoz kapalinového okruhu chlazení/vyhřívání akumulátoru. V chladném a mrazivém počasí jsou přitom ztráty nejvyšší.
Už jen z tohoto popisu je jasné, že čím pomalejší nabíjení, tím větší ztráta – podpůrné systémy jsou v provozu a pokud mají spotřebu například 200 W, pak je rozdíl, zda se „odřízne“ z příchozích 2 300 W (1f, 10A) po dobu deseti hodin, nebo z 11 000 W (3f, 16A) po dobu dvou hodin.
Efektivita domácího „AC“ nabíjení
Efektivitu domácího nabíjení střídavým proudem (tedy AC dobíjení) jsme měřili několika způsoby.
Nejprve jsme vzali jednofázový 230V nabíjecí kabel, který najdete v příslušenství drtivé většiny elektromobilů a se kterým vůz dobijete z obyčejné zásuvky. Kabely u vozidel koncernu Stellantis jsou nastaveny na nabíjecí proud 8A, což odpovídá nabíjecímu výkonu zhruba 1 850 W. Nutno podotknout, že konkurence přibaluje 10A kabely (2,3 kW), někteří dokonce s možností přepnout na 12 A. S nimi akumulátor dobijete rychleji, s pomalejším 8A kabelem zase máte (téměř) jistotu, že nezavaří ani starší elektroinstalaci nebo solidní prodlužovačce.
Zároveň je nutno podotknout, že tuto variantu nabíjení lze považovat spíše za nouzovou tam, kde nabíjíte výjimečně a není jiná možnost. Doma nebo na chatě snadno připravíte rychlejší (a jak si ukážeme i výhodnější) způsoby nabíjení.
Test proběhl při venkovní teplotě 0 °C, akumulátor měl na začátku nabíjení teplotu 10 °C a na konci o 2 °C stupně nižší. Pro tento výpočet efektivity jsme použili hodnotu odebrané energie naměřené chytrou zásuvkou HS110 od TP-Linku a informaci o do akumulátoru doplněné energii získané diagnostickým OBD II modulem přímo z řídících jednotek vozidla.
K odečtům dat z řídících jednotek vozu jsme použili OBDII skener a aplikaci Car Scanner (fotka pochází z jiného dne, již po razantním oteplení).
Za necelé čtyři hodiny nabíjení se do akumulátoru uložilo 5,39 kWh energie, přičemž ze zásuvky bylo odebráno 6,74 kWh. Během procesu se tak „ztratilo“ 1,35 kWh energie, což je 25 %. A jak se ukázalo, je to absolutně nejhorší výsledek, kterého lze dosáhnout.
Ve druhém kole jsme měřili efektivitu při rychlejší variantě domácího nabíjení, tedy z třífázové 400V zásuvky prostřednictvím nabíjecího kabelu Moon2Go od NRGkick. Data o odběru ze zásuvky tentokrát poskytl přímo napájecí kabel, data o doplněné energii opět diagnostika ve voze. Nabíjeli jsme výkonem 11 kW, tedy 3 × 16 A, což je nejčastější možná varianta i se slabším domovním jističem a zároveň maximum, které palubní AC nabíječky mnoha vozidel dovedou. A platí to i pro wallbox, což je v zásadě fixně instalovaná varianta nabíjecího kabelu.
S nabíjecím kabelem Moon2Go nabíjíme již několik let, za jakéhokoli počasí.
Akumulátor jsme nechali přes noc dobít z 19,4 % do plna, venkovní teplota se pohybovala mezi mínus třemi a mínus šesti stupni Celsia, akumulátor začínal na deseti stupních a ráno byl o čtyři stupně chladnější. Doplněn byl o 36,61 kWh, přičemž ze zásuvky nabíječka odebrala 41,81 kWh. Do akumulátoru tedy nedoputovalo 5,2 kWh, což je ztráta 12,4 %. Tím, že jsme nechali nabíjení dosáhnout stoprocentního stavu akumulátoru, se mohla ztráta o něco prohloubit například balancováním článků, pokud se pro to BMS (Battery Management System) rozhodla.
Poněkud překvapivě dopadlo třetí kolo, které proběhlo s využitím AC výstupu ABB nabíječky u prodejny Lidl. Opět se tedy dobíjelo výkonem 11 kW, jen akumulátor byl čerstvě ohřátý po jízdě (měl 20°C) a venkovní teplota činila +2 °C. Podle hlášení BMS vozidla bylo doplněno 19,62 kWh energie, displej nabíječky ukázal 20,42 kWh. To znamená ztrátu 800 W, tedy pouhá 4 %. Ohřátý akumulátor se evidentně dobíjí mnohem efektivněji.
Pro domácí nabíjení volte raději třífázový nabíjecí kabel nebo wallbox, je to nejefektivnější.
Rychlá rada
Efektivita rychlého „DC“ dobíjení
Vysokorychlostní nabíjení stejnosměrným proudem probíhá velmi odlišně. Zde je nabíjecí elektronika součástí stojanu (proto je to tak velká skříň) a baterka je k ní připojena prakticky napřímo. Nabíječka komunikuje s BMS vozidla a tím řídí aktuální nabíjecí výkon, auto si samostatně řídí spínání chladícího okruhu pro udržení akumulátoru ve správných teplotních mezích.
DC nabíjení probíhalo zejména u 50kW DC nabíječky ABB u prodejny Lidl a 75–225kW nabíječek Hypercharger v sítích PRE a ČEZ.
Podle informací z diagnostiky bylo do akumulátoru doplněno 36,25 kWh, přičemž z nabíječky bylo dodáno 35,75 kWh energie. Ne, není to překlep a neotočili jsme hodnoty. Jediné vysvětlení, která nás napadá, je, že akumulátor měl na začátku teplotu 12 °C a na konci 26 °C (přičemž okolní teplota byla mínus 8 °C), takže nárůst kapacity změnou teploty byl větší než ztráta energie během nabíjení.
Pokus jsme zopakovali ještě na 75kW nabíječce Hypercharger. Zde jsme za 16 minut do akumulátoru doplnili 15,08 kWh, displej nabíječky pak ukázal 15,04 kWh, teplota akumulátoru vzrostla ze 17 na 24 °C.
DC nabíjení probíhalo zejména u 50kW DC nabíječky ABB u prodejny Lidl a 75–225kW nabíječek Hypercharger v sítích PRE a ČEZ.
Můžeme tedy konstatovat, že když vozidlo nepotřebujte zásadně chladit nebo vyhřívat akumulátor, jsou ztráty na DC nabíjení zanedbatelné. Evidentně se ztráta na elektronice v nabíjecím stojanu nepočítá do zákazníkovi dodané energie, což je provozovateli nejspíše kompenzováno ve vyšší jednotkové ceně za energii.
U DC nabíjení jsou ztráty mezi „elektřina doplněná a elektřina zaplacená“ nejnižší. Zde se naopak může mírně zhoršit v parném létě, kdy je akumulátor nutné chladit.
Rychlá rada
Rychlost nabíjení v zimě
Následující kapitola se týká pouze vysokorychlostního nabíjení u DC nabíječek. Pomalé „AC“ nabíjení jede zpravidla plnou rychlostí i u silně podchlazeného akumulátoru.
U pomalého AC nabíjení vliv teploty prakticky nepoznáte. Pouliční dobíjení v pražských Holešovicích.
V nízkých teplotách klesá schopnost akumulátorů přijímat energii – je to obecná vlastnost chemických procesů, které v akumulátorech probíhají. Protože snaha o nabíjení vyšším výkonem, než aktuální teplota akumulátoru umožní, by mohlo znamenat degradaci baterie, snižuje BMS akumulátoru rychlost nabíjení na bezpečnou úroveň – místo toho, aby se nabíječka snažila akumulátor nabíjet výkonem třeba 80 kW, který by zvládl při správné pracovní teplotě, dostane informaci kupříkladu „nabíjej výkonem 30 kW“. Nabíjení je tak mnohem pomalejší, ale pro životnost akumulátoru bezpečné. A protože se akumulátor během nabíjení přirozeně ohřívá, omezení výkonu může postupně klesat (a tedy výkon růst).
V rychlosti nabíjení v zimě se elektromobily zásadně liší schopností před nabíjením akumulátor předehřát – dělají to tak například modely Tesla nebo třeba Audi e-Tron. Jakmile v navigaci zvolíte jako cíl nabíjecí stanici, vozidlo včas akumulátor ohřeje na optimální provozní teplotu a vy poté nabíjíte vysokou rychlostí i když okolo mrzne až praští.
„Náš“ pokusný Opel Mokka-e touto funkcí vybaven není, což poznáte, když ráno ometete sníh z vozu a po pěti kilometrech jej připojíte k vysokorychlostní stanici – nabíjení bude pomalé. Vypozorovali jsme, že pokud má akumulátor méně než zhruba 8–10°C, bude se nabíjecí výkon pohybovat mezi 30 a 45 kW.
Nabíječka Siemens Sicharge D nabídne jednomu vozu až 150 kW výkonu. Kupříkladu Mokka-e přijme maximálně 100 kW – to je konstrukční maximální nabíjecí výkon jejího 50kWh akumulátoru. A pokud přijede vůz se studeným akumulátorem, přijme klidně i méně než 50 kW. Není to vlastnost konkrétního vozu, ale technologie akumulátorů.
Kolem 10 °C plně využije nabídku 50 kW DC stanice a nad 15 °C už vidíte zajímavější čísla kolem 65 kW na displeji vysokorychlostní stanice. Kolem 20°C je již k dispozici plný maximální výkon, tedy 90–100 kW. Zdůrazňujeme, že jde o teploty akumulátoru, nikoli okolí, ty byly v době testu mrazivé ve všech případech.
A protože teplotu akumulátoru u vozů bez „preheatingu“ ovlivníte jen provozem, je prostě lepší nabíjet hned po jízdě.
Ohřátý akumulátor se v zimě nabíjí rychleji. Je proto lepší nabíjet po jízdě, nikoli před první jízdou dne.
Rychlá rada
Zimní dojezd
Dojezd elektromobilu na jedno nabití je určen především kapacitou akumulátoru a spotřebou vozidla. Schopnost překonávat dlouhé vzdálenosti pak dojezdem a rychlostí nabíjení akumulátoru. Jak bylo výše řečeno, rychlost dobíjení v zimě dost často nedosahuje v ostatních ročních obdobích běžné hodnoty, a navíc s klesající teplotou klesá i kapacita akumulátoru.
Spotřeba elektromobilu je v zimě zvýšena topením. U vozidla se spalovacím motorem konečně využijeme těch cca 65–70 % energie, kterou sice vozidlo spotřebuje, ale neumí přeměnit v pohyb – toto odpadní teplo většinu roku vypouštíme pánu bohu do oken, v zimě pak vyhřívá kabinu. Efektivní elektrický pohon vytváří tepla jen málo, a proto vytápění kabiny zastane buď tepelné čerpadlo, nebo topné těleso v topném okruhu – a v obou případech z akumulátoru odebírá energii pro vlastní provoz. Největší spotřebu má topení po prvním „nastartování“ zapnutého vozu, to umí vzít klidně 5–10 kW, ale jakmile se kabina vyhřeje, zpravidla se jeho spotřeba pohybuje v oblasti zhruba 500–1 200 W.
S elektrickou mokkou lze po většinu roku bez problémů jezdit za 17–20 kWh na 100 kilometrů při kombinovaném provozu, nyní v zimě jsme jezdili za 19–22 kWh na 100 kilometrů. A tedy zatímco v létě jsme běžným způsobem v kombinovaném provozu ujeli průměrně 240 kilometrů, v zimě je to spíše 190–200 kilometrů.
Na skok v Drážďanech. Zatímco běháme po městě, akumulátor vozu se plní na cestu zpět.
Při naší otočce v Drážďanech jsme vyzkoušeli i převážně dálniční jízdu, kdy v ČR jsme se snažili jet důsledně na hraně rychlostních limitů a co provoz a podmínky na silnici dovolily, v Německu pak na neomezených úsecích 140–150 km/h. Při tomto „výletu“ byla spotřeba kolem 24,5 kWh / 100 km směrem tam a 26,1 kWh / 100 km směrem zpět. S takovýmto kvapíkem vystačí akumulátor jen na 170 km.
V zimě tedy raději jezdíme s lehčí nohou – i u elektromobilů platí, že odpor vzduchu roste s druhou mocninou rychlosti, a proto je zejména na delších cestách výhodnější jet o trochu pomaleji, než se častěji zdržovat nabíjením. Rychlost 115 km/h místo 130 km/h na 100km dálničním úseku podle našich pokusů znamená reálný rozdíl zhruba 3–4 minuty. (Tedy pokud nejedete po prázdné dálnici, kde vás nebude nijak omezovat pomalejší provoz a nepotkáte žádný úsek s omezením rychlosti, pak by to bylo minut šest.) Výsledkem však budou nižší náklady na energii a kratší dobíjení.
Jet trochu pomaleji často znamená dojet dříve a levněji do cíle.
