Akumulatory litowo-jonowe stosowane są do zasilania szeregu popularnych urządzeń elektronicznych, które użytkujemy na co dzień, należą do nich na przykład laptopy i telefony komórkowe. Ponadto wiele firm wykorzystuje akumulatory litowo-jonowe o dużej pojemności jako źródło zasilania silników samochodów elektrycznych. Na czym polega szybkie ładowanie tych akumulatorów i o czym powinni pamiętać kierowcy elektryków?
Akumulatory litowo-jonowe mają szereg zalet, ale posiadają też pewne wady. Zamiast elektrolitów, wykorzystywanych w standardowych akumulatorach samochodowych 12 V, stosuje się w nich sole litu, umieszczone w mieszaninie rozpuszczalników organicznych. Do najistotniejszych zalet akumulatorów litowo-jonowych należą: wysoka gęstość energii określana jako stosunek pojemności do ciężaru (co jest szczególnie ważne w przypadku samochodów), brak efektu pamięci (a więc nie trzeba ich zawsze ładować do pełna, czyli w przypadku aut elektrycznych – do 80% pojemności) i możliwość ładowania przy użyciu bardzo silnego prądu (co pozwala na szybkie ładowanie – przy założeniu kontrolowania procesu za pomocą systemu BMS). Do wad tych akumulatorów zaliczyć można wrażliwość na temperaturę, niebezpieczeństwo pożaru w przypadku penetracji mechanicznej ogniwa, wystąpienia zwarcia wewnątrz celi lub przy nadmiernym obciążeniu prądowym oraz utrudniony recykling, szczególnie w porównaniu do klasycznych ogniw kwasowo ołowiowych. W przypadku bardzo niskich temperatur korzystanie z akumulatora, a zatem uruchomienie auta bądź jego ładowanie, jest niemożliwe. Dlatego też w samochodach elektrycznych stosowane są podgrzewacze baterii, zapobiegające ich zamarzaniu.
Jak wygląda szybkie ładowanie akumulatorów litowo-jonowych i czym różni się od standardowego?
Akumulatory litowo-jonowe dużej pojemności, stosowane w samochodach elektrycznych, można ładować ze standardowego gniazdka jednofazowego 230 V (czyli typowego gniazdka stosowanego w domach). Jednakże taka forma ładowania ma jedną, zasadniczą wadę – trwa dosyć długo. Można przyjąć, że godzina ładowania typowego auta elektrycznego ze zwykłego gniazdka przełoży się na kilkanaście minut jazdy (auto elektryczne klasy kompakt potrzebuje w uproszczeniu ok 0,2 kWh energii na 1 km jazdy). Ładowanie do pełna baterii elektryka, umożliwiające przejechanie 200 km, będzie trwać nawet dziesięć godzin. Stąd też rosnąca popularność szybkich sposobów ładowania baterii.
W domowych warunkach, np. w garażu, można zainstalować gniazdko tzw. siły o parametrach 400 V/16A, cztero lub pięcioprzewodowe. Chęć zainstalowania takiego źródła zasilania należy zgłosić u dostawcy energii elektrycznej. Wymaga ono zastosowania specjalnych przewodów i specjalnego gniazda w kolorze czerwonym, z klapką bezpieczeństwa. Stosuje się do niego wtyczki z czterema albo pięcioma metalowymi bolcami. Trójfazowa instalacja 400 V/ 16A pozwoli na zamontowanie w domu lub firmie profesjonalnej stacji ładowania baterii aut elektrycznych. Ładowarka o mocy 7,4 kW będzie potrzebowała zaledwie trzech godzin, aby nasze auto elektryczne mogło przejechać 200 km. Stosuje się też ładowarki mocniejsze, np. o mocy 20 kW, jeszcze bardziej skracające czas ładowania.
Szybkie ładowanie baterii litowo-jonowych można też zrealizować przy pomocy mocnych ładowarek, stosowanych na zewnętrznych stacjach ładowania aut elektrycznych. Znajdują się one przy głównych trasach albo przy galeriach handlowych. Ładowarka o mocy 50 kW będzie potrzebować zaledwie pół godziny (niekiedy nieco mniej, jest to zależne od wielu czynników), aby naładować baterię do poziomu umożliwiającego przejechanie 200 km.
Trzeba pamiętać o tym, że prędkość ładowania zależna jest od temperatury otoczenia, a co za tym idzie od temperatury ogniw. Prędkość ładowania spada w przypadku gdy temperatura ogniwa odbiega od temperatury optymalnej (za wysoka/za niska). Należy również zauważyć, że na prędkość ładowania wpływa obciążenie danej stacji. Jeśli jest z niej ładowane inne auto, proces ulegnie wydłużeniu.
Co jest potrzebne, aby móc korzystać z szybkiego ładowania aut elektrycznych?
Przez długi czas, kiedy samochody elektryczne były w Polsce jeszcze bardzo nieliczne, powszechne były darmowe szybkie ładowarki, umieszczane zazwyczaj przy galeriach handlowych oraz trasach szybkiego ruchu. Nadal działa jeszcze kilka sieci, w których ładowanie jest darmowe. Najwięksi operatorzy zaczynają już jednak wprowadzać opłaty. Aby móc skorzystać z ładowarki zewnętrznej dużej mocy, najczęściej w pierwszej kolejność trzeba założyć konto na jego stronie www. Poza danymi osobowymi, należy też podać nr karty płatniczej lub kredytowej, z której operator sieci będzie ściągał pieniądze za ładowanie baterii.
Po zarejestrowaniu się, operator sieci zwykle przysyła na adres domowy kartę RFID, która jest przeznaczona do identyfikacji kierowcy przez ładowarkę (czyli do umożliwienia rozliczenia go za ładowanie i ściągnięcia pieniędzy za usługę z jego karty), a także do rozpoczęcia i zakończenia ładowania.
Ładowanie rozpoczyna się po podłączeniu auta za pomocą odpowiedniego przewodu do ładowarki, umieszczeniu karty RFID w odpowiednim miejscu w ładowarce i rozpoczęciu procesu. Bateria ładowana jest maksymalnie do 80% pojemności. Przed przeładowaniem chronią ją odpowiednie zabezpieczenia, stosowane w aucie. W przypadku jakichkolwiek zagrożeń, ładowanie można przerwać w dowolnej chwili za pomocą czerwonego przycisku umieszczonego na ładowarce.
Warto zaznaczyć, że procedura zakładania konta i korzystania z szybkich ładowarek może nieznacznie różnić się, w zależności od regulaminu operatora.
O czym trzeba pamiętać?
Przy temperaturze otoczenia wynoszącej mniej niż minus 25 stopni Celsjusza może dojść do zamarznięcia akumulatora litowo-jonowego, a wówczas jego ładowanie będzie praktycznie niemożliwe. Na funkcjonowanie baterii negatywny wpływ może mieć już temperatura poniżej minus 10 stopni Celsjusza.
Aby zoptymalizować trasy przejazdu i czas spędzony na ładowaniu akumulatorów warto korzystać z wbudowanych nawigacji, oferowanych przez wielu producentów samochodów elektrycznych. Nawigacja umożliwia zwykle wyznaczenie takiej trasy przejazdu, która jest nie tylko najkrótsza, ale też obejmuje dostępne stacje szybkiego ładowania.