Σε παγκόσμιο επίπεδο, Όλες, σχεδόν, οι αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν στα σχέδιά τους να παρουσιάσουν τουλάχιστον ένα ηλεκτρικό όχημα στη μεσαία γκάμα των μοντέλων τους κι αρκετές ετοιμάζονται να λανσάρουν ολοκαίνουργια μοντέλα μόνο ηλεκτρικά και οι Έλληνες αντιπρόσωποι ακολουθούν εισάγοντας όλα και περισσότερα ηλεκτρικά μοντέλα.
Βασικά ερωτήματα που κυριαρχούν στο μυαλό του καταναλωτή, όμως, είναι το γιατί να πάω σε ηλεκτρικό αυτοκίνητο, πόσο μακριά μπορώ να τα ταξιδέψω με μία φόρτιση και πώς γίνεται η φόρτιση των νέων οχημάτων και πόσο χρόνο απαιτεί;
Για να απαντήσουμε σε αυτά τα φαινομενικά απλά ερωτήματα, πρέπει να δούμε κάποια βασικά σημεία σχετικά με τη δομή των ηλεκτρικών αυτοκινήτων αλλά και των διαφορετικών μεθόδων φόρτισης.
Ηλεκτρικό Αυτοκίνητο
Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο είναι ένα όχημα στο οποίο αντί για μηχανή εσωτερικής καύσης, χρησιμοποιεί ηλεκτρικό κινητήρα για τη κίνηση του οχήματος.
Αν και υπάρχουν διάφοροι τύποι ηλεκτρικών κινητήρων, αυτός που αποτελεί το βέλτιστο τεχνοοικονομικό συνδυασμό απόδοσης και κόστους είναι ο τριφασικός ηλεκτροκινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκυκλωμένου κλωβού (AC 3phase squirrel cage electric motor).
Αυτού του τύπου ο κινητήρας έχει μία ιστορία άνω των 100 χρόνων και χρειάζεται εναλλασσόμενο προκειμένου να λειτουργήσει.
Συνεπώς το ηλεκτρικό όχημα θα πρέπει να έχει μία αποθήκη ηλεκτρικής ενέργειας προκειμένου να τροφοδοτεί τον ηλεκτροκινητήρα, όπως δλδ και τα οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης έχουν το ντεπόζιτο καυσίμου. Αυτό το ρόλο τον αναλαμβάνει η μπαταρία του αυτοκινήτου.
Δεδομένου, όμως, ότι μέχρι στιγμής, ο μοναδικός τρόπος αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας είναι σε μορφή συνεχούς ρεύματος (DC Current) σε μπαταρίες και όχι εναλλασσόμενου (AC Current) και προκειμένου να λειτουργήσει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο, θα πρέπει να έχει κι ένα μετατροπέα DC σε AC ρεύμα, τουλάχιστον ίσης ισχύος με αυτή του ηλεκτροκινητήρα, που θα τροφοδοτείται από τη μπαταρία του αυτοκινήτου αλλά και που θα μπορεί να μεταφέρει ενέργεια από τον AC κινητήρα πίσω στην DC μπαταρία, κατά το φρενάρισμα του οχήματος.
Παράλληλα , όμως, η μπαταρία ενός αμιγώς ηλεκτρικού αυτοκινήτου θα πρέπει και να φορτίζει από εξωτερική πηγή με DC ρεύμα. Επειδή, όμως, παγκοσμίως, έχει επικρατήσει το AC ρεύμα, θα έπρεπε να βρεθεί ένας τρόπος οι μπαταρίες να μπορούν α φορτίσουν τόσο με DC ρεύμα, όσο και με AC.
H λύση που δόθηκε, από τις αυτοκινητοβιομηχανίες, είναι η εισαγωγή ενός μικρότερης ισχύος AC/DC μετατροπέα (παρόμοιο με τον DC/AC που τροφοδοτεί τον ηλεκτροκινητήρα) ώστε να μπορούμε να βάζουμε το αυτοκίνητο ‘’στην πρίζα’’ κι αυτό να φορτίζει την μπαταρία. Αυτός ο μετατροπέας ονομάζεται φορτιστής, ενώ φυσικά οι μπαταρίες μπορούν να φορτιστούν απευθείας με DC ρεύμα.
Ο εσωτερικός ΑC/DC φορτιστής, ανάλογα με το μοντέλο του αυτοκινήτου μπορεί να έχει διαφορετική μέγιστη ισχύ. Έτσι υπάρχουν αυτοκίνητα με 3,6kW φορτιστή (κυρίως πρώτης γενιάς ηλεκτρικών οχημάτων), 7,36kW (τα περισσότερα της τρέχουσας γενιάς), ενώ έχουν αρχίσει να εμφανίζονται κι αυτοκίνητα με ισχύ φορτιστή στα 11kW.
Ένα άλλο θέμα που έπρεπε να λυθεί είναι η διαχείριση της ενέργειας του αυτοκινήτου (από την μπαταρία προς τον κινητήρα και αντίστροφα) αλλά και η διαχείριση της φόρτισης της μπαταρίας.
Οι περισσότερες μπαταρίες είναι τεχνολογίας Li-Ion, που σημαίνει ότι έχουν μία καλή καμπύλη απόδοσης και φόρτισης μεταξύ του 20% και 80% της χωρητικότητάς τους, αλλά πάνω από το 80% χρειάζονται μία ιδιαίτερη διαχείριση ώστε να κρατηθούν σε καλή κατάσταση.
Λύση στη διαχείριση της ενέργειας αλλά και της φόρτισης του ηλεκτρικού αυτοκινήτου, ήρθε να δώσει το BMS (Battery Management System) – Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας. Ο εγκέφαλος του αυτοκινήτου που ανάλογα με την κατάσταση που βρίσκεται η μπαταρία φροντίζει για την εκφόρτισή της, αλλά και για τη φόρτισή της, δεδομένου ότι επικοινωνεί με τον εξωτερικό φορτιστή και του ορίζει τις παραμέτρους φόρτισης της μπαταρίας.
Γιατί ηλεκτρικό Αυτοκίνητο – Οφέλη
Όπως συμβαίνει με κάθε καινούργια τεχνολογία, έτσι και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, όντας στην αρχή της πορείας τους ‘’υποφέρουν’’ από το υψηλό κόστος κτήσης, λόγω και του, ακόμα, μικρού όγκου παραγωγής.
Για τον λόγο αυτό μπαίνουν στην εικόνα οι κρατικές επιδοτήσεις, ώστε να δοθεί μία επιπλέον ώθηση στις παραγγελίες νέων οχημάτων και κατά συνέπεια, στη μακροπρόθεσμη πτώση της τιμής κτήσης τους.
Όμως, κάτι που θα πρέπει να εξετάσουμε είναι το συνολικό κόστος χρήσης και όχι μόνο το αρχικό κόστος κτήσης.
Τα βασικά έξοδα κατά τη χρήση ενός αυτοκινήτου είναι η ασφάλεια, τα service και το κόστος του καυσίμου. Χάριν ευκολίας, αν θεωρήσουμε ότι το ετήσιο κόστος service κι ασφάλειας είναι τα ίδια, για ηλεκτρικό και συμβατικό αυτοκίνητο και ότι ανά έτος ένα αυτοκίνητο κάνει περί τα 20.000χλμ τότε προκύπτει ότι για (παρόμοιας ισχύος αυτοκίνητα), μόνο από το καύσιμο μπορεί να προκύψει ένα όφελος από 1.000€/έτος (σε σχέση με Diesel ή αέριο) έως 1.500€/έτος (σε σχέση με τα βενζινοκίνητα) από τη χρήση του ηλεκτρικού οχήματος.
Για παράδειγμα, ένα μέσο Diesel αυτοκίνητο 1600cc με μέση κατανάλωση 6λτ/100χλμ και κόστος diesel 1,15€/λτ, προκύπτει ότι (μόνο από το καύσιμο) η χρήση του κοστίζει 0,069€/χλμ.
Αντίστοιχα, ένα βενζινοκίνητο όχημα αντίστοιχης ισχύος, με μέση κατανάλωση 8λτ/100χλμ και κόστος βενζίνης στα 1,3€/λτ και κόστος χρήσης (μόνο από το καύσιμο) 0,104€/χλμ.
Μία μέση κατανάλωση για αντίστοιχης κατηγορίες ηλεκτρικό όχημα είναι στις 20kWh/100χλμ.
Αν το αυτοκίνητο φορτίζει από το σπίτι πχ με χρέωση νυχτερινού ρεύματος 0,08€/kWh, το αντίστοιχο κόστος /χλμ πέφτει στα 0,016€/χλμ.
Σε βάθος 5ετίας, σε συνδυασμό και με τις κρατικές επιδοτήσεις, καλύπτεται σε μεγάλο βαθμό η διαφορά του κόστους κτήσης μεταξύ ηλεκτρικών και συμβατικών οχημάτων.
Αν, δε, δούμε κι άλλους παράγοντες όπως μικρότερη φθορά ελαστικών, μικρότερη φθορά υλικών φρένων, μηδενικά τέλη κυκλοφορίας κλπ καταλαβαίνουμε ότι το κενό κλείνει ακόμα περισσότερο.
Βέβαια, μεγάλο ερωτηματικό αποτελεί η μπαταρία του οχήματος και το αν και πότε θα πρέπει να αντικατασταθεί, όμως τα περισσότερα μοντέλα ήδη δίνουν 8 χρόνια εγγύηση καλής λειτουργίας για την μπαταρία, και με δεδομένο τις ταχύτατες εξελίξεις στην τεχνολογία των μπαταριών, υπάρχει η αισιοδοξία ότι στο άμεσο μέλλον θα εμφανιστούν μπαταρίες μεγαλύτερου χρόνου ζωής (ήδη μιλάνε για μπαταρίες του 1.000.000 και των 2.000.000 μιλίων) και χαμηλότερου κόστους.
Φορτιστές Ηλεκτρικών Οχημάτων
Από την πλευρά της φόρτισης, κάθε αυτής, τώρα, η πρώτη ερώτηση που μας γίνεται συνήθως, όταν μιλάμε για φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων είναι το πόσο γρήγορα μπορεί να φορτίσει το ηλεκτρικό όχημα.
Είδαμε, λοιπόν, παραπάνω, ότι την ευθύνη για τη φόρτιση της μπαταρίας την έχει το BMS. Όμως από κάπου θα πρέπει να βρεθεί η απαιτούμενη ενέργεια για τη φόρτιση της μπαταρίας. Αυτός είναι ο ρόλος των εξωτερικών φορτιστών. Οι εξωτερικοί φορτιστές μπορεί να είναι είτε AC είτε DC.
Οι AC φορτιστές, συνδέονται με τον AC/DC εσωτερικό φορτιστή του οχήματος και του δίνουν AC ρεύμα. Ο φορτιστής του οχήματος, στη συνέχεια, μετατρέπει το AC ρεύμα σε DC και φορτίζει την μπαταρία. Οι φορτιστές αυτοί μπορεί να είναι είτε μονοφασικοί (συνήθως μέχρι τα 7,36kW/32Α, δεδομένου ότι η συντριπτική πλειοψηφία των οικιών έχουν συμβόλαιο για μονοφασικό ρεύμα περί τα 8kW/40A) είτε τριφασικοί 22kW/32A, ενώ κάποιοι κατασκευαστές προωθούν και τριφασικούς 42kW/60A.
Στο σημείο αυτό, θα πρέπει να αναφέρουμε, ότι αν το ηλεκτρικό όχημα έχει εσωτερικό φορτιστή πχ στα 3,6kW, όσο μεγαλύτερος κι αν είναι σε ισχύ ο εξωτερικός φορτιστής, το όχημα θα φορτίζει με 3,6kW.
Έτσι, για παράδειγμα, ένα όχημα με μπαταρία χωρητικότητας 22kWh, με εσωτερικό φορτιστή στα 3,6kW, θεωρητικά θα φορτίσει μέχρι το 80% την μπαταρία σε λιγότερο από 6 ώρες, ακόμα κι αν ο εξωτερικός φορτιστής είναι 22kW/32A ή 42kW/60A.
Αντίστοιχα, ένα όχημα με 22kWh μπαταρία και εσωτερικό φορτιστή στα 7,36kW, θα φορτίσει, θεωρητικά, την μπαταρία στο 80% σε κάτι λιγότερο από 3 ώρες κ.ο.κ.
Τα πράγματα είναι εντελώς διαφορετικά στην περίπτωση των DC φορτιστών. Οι DC φορτιστές τροφοδοτούνται με εναλλασσόμενο τριφασικό ρεύμα, το μετατρέπουν σε DC και φορτίζουν απευθείας την μπαταρία, παρακάμπτοντας τον εσωτερικό AC/DC φορτιστή του οχήματος.
Επειδή, τα περισσότερα οχήματα μπορούν να διαχειριστούν μέχρι και 50kW DC φόρτισης (125Α), αυτό σημαίνει ότι ένα όχημα με 22kWh μπαταρία, θεωρητικά φορτίζει στο 80% σε λιγότερο από 30 λεπτά (20-21 λεπτά )
Τα νέα μοντέλα αυτοκινήτων που κυκλοφορούν, μπορούν να διαχειριστούν ακόμα μεγαλύτερη ισχύ φόρτισης σε DC (έως και 100kW) αλλά και AC (έως τα 11kW με πλάνο να φτάσουν τα 22kW) αλλά έχουν και μεγαλύτερες μπαταρίες (40kWh, 52kWh, 66kWh, 90kWh κ.ο.κ.).
Έτσι, πχ ένα νέο αυτοκίνητο σε 40kWh μπαταρία, δυνατότητα για DC φόρτιση μέχρι τα 100kW και AC μέχρι τα 11kW, θεωρητικά θα μπορεί να φτάσει στο 80% την μπαταρία σε:
- <40 λεπτά με 50 kW DC εξωτερικό φορτιστή
- <20 λεπτά με 100 kW DC εξωτερικό φορτιστή
- <3 ώρες με AC εξωτερικό φορτιστή από 11kW και πάνω
Τέλος, άλλος ένας παράγοντας που επηρεάζει την ταχύτητα φόρτισης της μπαταρίας είναι και η θερμοκρασία της, αλλά σε αυτό δε μπορούμε να κάνουμε πολλά πράγματα.
Συνοψίζοντας, οι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα φόρτισης της μπαταρίας ενός ηλεκτρικού οχήματος είναι:
- Η χωρητικότητα της μπαταρίας
- Ο τύπος της φόρτισης (AC ή DC)
- H μέγιστη ισχύ φόρτισης σε ΑC και DC που μπορεί να διαχειριστεί το όχημα
- O διαθέσιμος εξωτερικός φορτιστής όπου φορτίζουμε το όχημα (τύπος φόρτισης, ισχύς φόρτισης)
- Η κατάσταση της μπαταρίας (άδεια, μερικώς φορτισμένη κλπ)
- Η θερμοκρασία της μπαταρίας κατά τη φόρτιση
Όλοι αυτοί οι παράγοντες είναι παράμετροι που το BMS του οχήματος, αναλαμβάνει να διαχειριστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να φροντίσει η φόρτιση να γίνει με τρόπο που δεν επιβαρύνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, στο συντομότερο δυνατό διάστημα.
Επιλογές φορτιστών – κόστη
Είδαμε, λοιπόν, ότι η απάντηση στο ερώτημα ‘’πόσο γρήγορα φορτίζει ένα ηλεκτρικό όχημα;’’, εξαρτάται από αρκετούς παράγοντες, που αφορούν κυρίως το ίδιο όχημα και επηρεάζει και την επιλογή του εξωτερικού φορτιστή.
Ο γενικός κανόνας είναι, ότι όσο μεγαλύτερη η χωρητικότητα της μπαταρίας, τόσο μεγαλύτερη η εμβέλεια αλλά τόσο μεγαλύτερος ο χρόνος πλήρους (~80%) φόρτισης της μπαταρίας.
Οπότε καλό είναι, πριν την προμήθεια κάποιου εξωτερικού φορτιστή, να γνωρίζετε τις δυνατότητες του οχήματος που θέλετε να φορτίσετε σε συνδυασμό με τις απαιτήσεις σας για χρόνο φόρτισης, προκειμένου να προμηθευτείτε αυτό ακριβώς που επιθυμείτε στη σωστή τιμή.
Αυτό το λέμε, γιατί η δεύτερη ερώτηση, που ακολουθεί το πόσο γρήγορα φορτίζει ένας φορτιστής, είναι το πόσο κοστίζει ο φορτιστής.
Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση εξαρτάται από το είδος του φορτιστή (AC ή DC), την ισχύ του (7,3kW μονοφασικός, 22kW τριφασικός, 50kW DC κ.ο.κ) αλλά και με τα παρελκόμενα που θα έχει ο κάθε φορτιστής (ενσωματωμένος μικροαυτόματος τροφοδοσίας, προστασία από διαρροές ρεύματος του αυτοκινήτου, έξυπνο σύστημα διαχείρισης της ισχύος φόρτισης κλπ), την εγγύηση και την υποστήριξη που παρέχει ο κατασκευαστής, την ποιότητα κατασκευής κλπ.
Βέβαια, σύμφωνα και με τις εξαγγελίες του πρωθυπουργού, η αγορά οικιακού φορτιστή θα επιδοτείται με 500€ για τους επόμενους 18 μήνες, γεγονός που καλύπτει σε μεγάλο βαθμό το κόστος κτήσης ενός τέτοιου φορτιστή.
Συνοπτικά, υπάρχουν AC φορτιστές για:
-Σπίτια 
-Parkings/super markets/εμπορικά κέντρα
-Πρατήρια καυσίμων/φορτίσεων κ.ο.κ
-και DC φορτιστές
Έτσι, οι AC φορτιστές μπορεί να είναι μονοφασικοί (σπίτια) μέχρι τα 7,3kW AC/32A, ή τριφασικοί 11kW AC/16A, 22kW AC/32A, με ένα ή δύο σημεία φόρτισης ανά συσκευή, ενώ οι DC φορτιστές είναι πάντα τριφασικοί σε ισχύεις που συνήθως ξεκινάνε από τα 50kW DC και (μέχρι σήμερα) φθάνουν τα 350kW DC ανά σημείο φόρτισης.σε διάφορα επίπεδα ισχύος.
Η UTECO ABEE, εταιρεία με 48 χρόνια παρουσίας στο χώρο του Βιομηχανικού και Ναυτιλιακού Αυτοματισμού, σε συνεργασία με την Ισπανική Power Electronics, έχει μπει δυναμικά και στην αγορά των φορτιστών ηλεκτρικών οχημάτων.
Με μία πλήρη γκάμα φορτιστών από 22kW AC έως και τα 350kW DC ανά σημείο φόρτισης, παρέχουμε λύσεις για κάθε ανάγκη, ενώ στο πλήρως λειτουργικό Show Room μας, μπορούμε να κάνουμε εκπαιδευτικά σεμινάρια πάνω στις βασικές αρχές των ηλεκτρικών οχημάτων και στους διαφόρους τρόπους φόρτισης.
