AC / DC nabíjení u elektromobilů a jejich rozdíl

U každého vozidla je nejdůležitější jeho pohon a palivo. Pro elektromobily je to elektrický proud a nejvíce otázek tedy vzbuzuje jeho způsob nabíjení. Zároveň v této oblasti panuje spousty mýtů a nejasností, které v tomto článku objasníme. Jaké typy nabíjecích stanic existují? Jaký je mezi nimi rozdíl? Jak rychle se elektromobil nabije?

Elektrický proud

Nejprve trochu nezbytné teorie.Elektrický proud má dvě podoby:

• • • • Střídavý (AC - Alternating Current)
      • Stejnosměrný (DC - Direct Current)

Pomocí elektrického vedení je přenášen střídavý proud a v běžné elektrické zásuvce ve většině světa je 230V střídavého AC proudu s frekvencí 50 Hz. Elektrický proud se vyrábí střídavý a v této formě je možné jej přenášet na delší vzdálenosti s menšími ztrátami.

Elektrické vedení. Autor: Bruce Guenter (Licence CC BY 2.0)

Většina moderní elektroniky je ale postavena na integrovaných obvodech a bateriích, které pro svou činnost potřebují proud stejnosměrný (DC). Zde je totiž energie skladována pomocí chemické energie, která při vybíjení probíhá pouze jedním směrem.

Zařízení závislé na baterii je tedy možné nabíjet pouze pomocí nabíječky s napájecím zdrojem, který mění AC střídavý proud z domácí elektrické zásuvky na DC stejnosměrný proud. Typickým příkladem takového zařízení, které mění AC proud na DC, je nabíječka pro notebook či nabíječka pro mobilní telefon. Stejný systém je potřeba i pro elektromobil.

Nabíječka. Autor: Kelley Ford. (Licence CC0 1.0)

Nabíjení AC

Při nabíjení elektromobilu střídavým proudem, nabíjecí proud jde nejprve do palubní nabíječky, zabudované v každém automobilu, která se stará o proměnu proudu ze zásuvky na proud pro baterie. Přijímá tedy střídavý (AC) proud a mění ho na stejnosměrný (DC) proud, který posílá dále do baterie automobilu.

Klíčovým parametrem při výběru elektroauta je tedy výkon palubní (zabudované) nabíječky, protože rychlost nabití automobilu závisí na tom, jak rychle dokáže tato palubní nabíječka AC proud přijímat a na tom, kolik fází je schopna využít. 

Palubní nabíječka zabudovaná v autě (v angličtině On-board charger). Autor: Toyota Motor Europe (Licence CC BY-ND 2.0)

AC nabíjecí stanice

Při nabíjení AC stanicemi dochází k propojení elektrické sítě s palubní nabíječkou, přes kterou veškerý proud protéká.

AC nabíječka elektromobulu posílá střídavý proud do palubní nabíječky, a to v takovém množství, jaký je ona schopna přijmout. Následně mění palubní nabíječka střídavý proud na stejnosměrný a posílá ho do baterie. Hlavní funkcí AC stanice je zprostředkování nezbytné komunikace s řídícím systémem vozidla a zajištění bezpečnosti vozidla i posádky. Dále nabíječka také sděluje vozidlu, jaký maximální proud může v tu chvíli odebírat v závislosti na tom, jak je vytížená elektrická síť. AC nabíjecí stanice tak reguluje odběr vozidla dle aktuálních možností domu či odběrného místa a nedochází tak k přetížení sítě.

Hlavní výhodou AC stanic je, že jsou cenově dostupné. Jsou 7x-10x levnější než DC nabíjecí stanice a to při stejném výkonu. Jejich další výhodou je to, že jsou díky své nižší ceně mnohem rozšířenější. Zároveň jsou i výrazně menší a jejich instalace je jednodušší, rychlejší a méně nákladná. Díky svým vlastnostem se AC nabíjecí stanice hodí k instalaci doma a k nočnímu nabíjení.

EVECUBE B+ domácí AC nabíjecí stanice. Autor: EVEXPERT

Jak zjistit, kde se nachází veřejné nabíjecky pro elektromobily, naleznete zde. Jejich nevýhodou je, že jsou pomalejší. Technologie se  stále zlepšuje a dnes umí AC nabíjecí stanice poskytnout až 22 kW nabíjecího výkonu. Jak dlouho se nabíjí elektromobil? Pokud má baterie elektromobilu kapacitu 21 kWh, tak může k plnému dobití dojít přibližně za hodinu.

EVECUBE AC nabíjecí stanice ve sloupovém provedení. Autor: EVEXPERT

Pokud je ale elektromobil vybaven pouze 3,7 kW palubní nabíječkou, tak to znamená, že palubní nabíječka si není schopna vzít více než 3,7 kW za hodinu. Pokud nutně potřebujete v tomto případě nabíjet vyšší rychlostí, tak nezbývá nic jiného, než nabíjet pomocí DC nabíjecí stanice.

Nabíjení DC

Nabíjení stejnosměrným proudem, tzv. rychlonabíjení se dělá pomocí DC nabíjecí stanice, která umí střídavý proud (AC) změnit na stejnosměrný (DC), poté "obejde" palubní nabíječku elektromobilu a tento stejnosměrný proud posílá přes systém řízení baterie (Battery Management System - BMS) přímo do baterie, přesně podle instrukcí řídícího systému nabíjení ve vozidle.

Nabíjení tedy není omezováno výkonem palubní nabíječky a probíhá podstatně rychleji.

Nabíjení AC proudem vs nabíjení DC proudem. Zdroj: https://wallbox.com/en_nl/faqs-difference-ac-dc

DC nabíjecí stanice

DC nabíjecí stanice jsou technologicky podstatně složitější a mnohonásobně dražší než AC nabíjecí stanice a vyžadují výkonné odběrné místo elektrické energie. Navíc musí DC nabíjecí stanice umět s vozem komunikovat místo palubní nabíječky, aby mohla upravovat parametry výstupního výkonu podle stavu a schopnosti baterie.

Především kvůli ceně a technologické náročnosti jich napočítáme podstatně méně než stanic AC. V současné době se jejich počet pohybuje v řádu stovek a nacházejí se u hlavních dopravních tepen.

Standardní výkon DC nabíjecích stanic je 50kW, tedy více než dvojnásobek AC stanic. U ultrarychlých nabíjecích stanic je to až 150kW a Tesla vyvinula super-ultra-mega-rychlé nabíjecí stanice jejichž výkon je 250 kW.

 

Tesla nabíjecí stanice. Autor: Open Grid Scheduler (Licence CC0 1.0)

Pro baterie je nicméně šetrnější pomalé nabíjení pomocí AC stanic a ideální strategie tak je nabíjet AC stanicí doma a DC stanice využívat pouze při dlouhých cestách. Naše AC nabíječka pro elektromobily.

Závěrečné shrnutí

Díky tomu, že máme dva typy proudu (AC a DC) je potřeba při nabíjení elektromobilu provádět přeměnu z AC proudu ze zásuvky na DC proud pro pro baterie.

K nabití je možné použít AC nabíjecí stanice, kde se o přeměnu stará palubní nabíječka. Tato možnost je pomalejší, ale levnější a šetrnější. AC nabíječky mají výkon až 22 kW a doba potřebná k plnému napětí je pak závislá pouze na kabelu, výkonu palubí nabíječky a kapacitě baterie.

Je možné také využít DC stanice, kde je nabíjení sice dražší, ale proběhne během pár minut, obvykle je jejich výkon 50 kW, ale do budoucna se očekává jeho zvýšení. U rychlonabíjení je výkon obvykle 150 kW. Jsou umístěny okolo hlavních dopravních tepen a měly by sloužit pouze pro delší cesty.

A aby situace byla ještě o trochu komplikovanější, tak existují různé typy konektorů, jejichž přehled přinášíme zde. Situace se ale vyvíjí a vznikají mezinárodní standardy a adaptéry, do budoucna to tedy nebude větší problém než různé typy zásuvek ve světě.