N-o să trec acum prin ce a învățat fiecare în școala generală despre curentul electric, n-o să amintesc de Legea lui Ohm sau de Legile lui Kirchhoff, ci o să-ți aduc în prim-plan un studiu realizat de ADAC (Allgemeiner Deutscher Automobil-Club) cu privire la pierderile de energie electrică în momentul încărcării unei mașini cu baterii.

Ca s-o zic direct, în cazul mașinilor electrice lucrurile stau în felul următor. Nu toată energia pe care o vezi trecută în aplicația mobilă a rețelei sau pe contorul stației a intrat în baterie. O parte din ea reprezintă pierderi. Deci nu-i ca la vehiculele cu motoare termice: cât scrie pe pompă atât a intrat și în rezervor.

Prin pierdere se înțelege orice cantitate de energie care a plecat din rețea, dar care n-a fost stocată în baterie.

Cât de mari sunt aceste pierderi?

Studiul ADAC a fost făcut în mai multe etape pentru a identifica atât valorile concrete, cât și eficiența încărcării în funcție de tipul curentului utilizat (AC sau DC) și de punctul de încărcare (priză, wallbox, stație rapidă). De reținut că pierderile acestea nu pot fi prevenite complet, dar ele pot fi optimizate.

Testul a fost împărțit în două categorii mari: încărcare AC (curent alternativ) și încărcare DC (curent continuu).

Mașinile folosite pentru testul la curent alternativ

Cele 4 mașini care au luat parte la testul de încărcare AC au fost Fiat 500e, Renault Zoe, Tesla Model 3 și Volkswagen ID.3. Mașinile au fost încărcate cu 20% din capacitatea bateriilor lor, în condiții identice, iar rezultatul afișat de aparatul de măsură folosit (care a luat în calcul și pierderile) a fost mai apoi comparat cu energia stocată în acumulatori prin consultarea sistemului de management al bateriilor. Altfel spus: cât a ieșit din rețea versus câtă energie spune mașina că a acumulat în baterie.

Încărcarea AC

Cum spuneam, prima parte a studiului are legătură cu încărcarea mașinilor electrice acasă la curent alternativ (AC), iar opțiunile sunt următoarele: fie o priză domestică de 2,3 kW, fie un wallbox (cu puteri care pot ajunge la 22 kW).

Ideea celor de la ADAC a fost una simplă: să determine pierderile în procente la încărcarea AC în funcție de trei scenarii:

• încărcare la priză domestică cu 2,3 kW
• încărcare la wallbox cu 11 kW
• încărcare la wallbox, dar cu o putere redusă din softwareul mașinii

Și-acum le luăm pe rând.

Încărcarea la o priză casnică

Raportul ADAC spune că la o priză domestică, pierderile de energie pot fi cuprinse între 10 și 30%.

Ce a generat aceste pierderi? Urmează partea tehnică, dar încerc s-o explic în așa fel încât să fie simplu.

Bateriile unei mașini electrice stochează curent continuu (DC), însă rețeaua transportă curent alternativ (AC). Asta înseamnă că încărcătorul de la bordul mașinii (on-board chargerul) trebuie să facă transformarea AC în DC. Iar toată această operație generează pierderi. În cazul încărcării la o priză casnică, aceste pierderi ajung să fie cuprinse între 5 și 10%.

Alte pierderi au fost înregistrate de sistemul electric de 12V al mașinii. De ce? Pe tot parcursul încărcării, anumite unități de control sunt active, iar asta înseamnă consum suplimentar (între 100 și 300 de wați sunt necesari pentru ca anumite componente să opereze în timpul încărcării). Așadar, dacă o mașină va sta la încărcat mai mult timp (cum se întâmplă în cazul celor cuplate la o priză casnică) automat acest consum de energie necesar unităților de control crește. În testul ADAC, sistemul electric de 12V a generat pierderi cuprinse între 5 și 15%.

Un alt factor foarte important îl constituie lungimea cablului de la sursa de energie până la priza domestică. Iar aici mă refer la cablul pe care se presupune că-l tragi prin curte de la instalația electrică a casei până pe gardul pe care montezi priza. Cu cât cablul până la mașină este mai lung, cu atât vor apărea mai multe pierderi, iar în urma studiului ADAC, rezultatul obținut a fost de 4%.

În cadrul testului a fost notat și faptul că pierderile înregistrate de cablul de încărcare al mașinii (cel care vine odată cu mașina sau îl cumperi tu opțional și-l cuplezi la priza de pe gard și mai apoi în mașină), de cablurile de înaltă tensiune ale bateriei și de bateria în sine sunt neglijabile.

ADAC mai notează că nu este nevoie de management termic al bateriei (sau dacă e nevoie, pierderile cauzate de acesta sunt neglijabile) atunci când încărcarea are loc la o priză domestică, deci mașina nu va folosi energie (sau va folosi foarte puțină) din rețea pentru a încălzi bateria în timpul încărcării.

Încărcarea la un wallbox

Încărcarea la wallbox generează pierderi cuprinse între 5 și 10%.

Iar acest interval obținut se datorează, în mare, on-board charger-ului (așa cum de altfel se întâmplă și în cazul încărcării la o priză normală).

Pierderile pe cablul până la sursă trec în zona neglijabilă odată cu îmbunătățirea infrastructurii (cabluri mai groase menite să minimizeze pierderile odată cu instalarea wallbox-ului), iar timpul de funcționare pentru sistemul de 12V al mașinii se reduce consistent odată cu creșterea puterii de încărcare. E logic. Se încarcă cu putere mai mare, deci timpul de încărcare scade. Prin urmare, două cauze care determinau pierderi importante la încărcarea la o priză domestică trec în categoria care generează pierderi neglijabile.

Instalația casei, lungimea cablului până la wallbox, wallbox-ul, cablul de încărcare, cablurile bateriei de înaltă tensiune și încălzirea bateriei, toate aceste elemente sunt trecute de ADAC în zona pierderilor neglijabile mai mici de 1%.

Măsurători și observații la încărcarea AC

Pentru încărcarea la wallbox, dar cu o putere redusă din softwareul mașinii, ADAC nu a venit cu alte explicații suplimentare, dar rezultatele obținute sunt comunicate (așa cum apar ele în tabelul de mai sus).

Ca să închei prima parte a studiului, mai am de menționat observațiile observațiile notate de ADAC pentru încărcarea AC (indiferent de natura ei, priză casnică sau wallbox):

• Nu s-a observat o influență deosebită în ceea ce privește măsurătorile pornind de la niveluri diferite de încărcare. Indiferent că bateria era încărcată în procent de 20% sau 50%, pierderile măsurate au variat neglijabil.
• Chiar dacă pierderile variază de la o mașină la alta, cele patru modele testate au fost considerate ca fiind reprezentative (n.r. cel mai probabil la nivel de segment/clasă).

Mașinile folosite pentru testul la curent continuu

Mașinile folosite de ADAC pentru realizarea acestui test la încărcarea DC au fost Hyundai Ioniq 6, Renault Megane E-Tech, Tesla Model Y și Volkswagen ID.3.

Înainte să trec la scenariile pe care le-au gândit nemții, trebuie să mai specific un lucru. Anumite mașini electrice vin cu funcții pentru precondiționarea bateriei pentru încărcări rapide. Cine are o electrică știe despre ce vorbesc. Pentru ceilalți, funcția aceasta face următorul lucru: aduce bateria mașinii în intervalul optim de temperatură pentru a se putea încărca în cel mai scurt timp posibil la o stație rapid/ultra-rapidă. Doar că această funcție generează un consum suplimentar de energie. Practic, pierzi curent, dar câștigi timp. Sau invers. Depinde cum vrei să privești lucrurile. Revenind la studiu.

ADAC specifică și următoarele: Exemplarele Renault Megane E-Tech și Volkswagen ID.3 folosite în studiu nu au fost unele care să aibă funcție de precondiționare a bateriei.

Fiecare mașină a fost încărcată cu 30 kWh, iar măsurătorile pe baza cărora s-a stabilit pierderea finală au implicat următoarele: câtă energie a venit din rețea (primul punct de măsurare), câtă energie a plecat din stația de încărcare (al doilea punct de măsurare) și câtă energie a fost stocată de baterii (al treilea punct de măsurare). Așa cum am mai spus, pierderea a fost considerată ca fiind orice cantitate de energie preluată din rețea, dar care nu a mai ajuns în baterie.

Încărcarea DC

Scenariile gândite pentru testul la încărcarea DC au fost următoarele:

• condus pânâ la stație la 23 de grade Celsius cu precondiționare
• condus până la stație la 0 grade Celsius cu precondiționare
• condus până la stație la 0 grade Celsius fără precondiționare

Concluzia studiului pe încărcarea DC este următoarea: pierderile variază între 5 și 15%.

Și-acum vin elementele tehnice care determină această concluzie pe care, al fel ca la încărcarea AC, voi încerca să le explic cât mai simplu.

Sunt câteva puncte importante care se schimbă odată cu trecerea la încărcarea DC în materie de pierderi. În primul rând, transformarea curentului din AC în DC nu mai e realizată de chargerul mașinii. Lucrul acesta e realizat de stație, ceea ce înseamnă că pe cablul pe care tu îl pui în portul mașinii „curge” curent continuu. Dar pierderile nu dispar complet, ci se „mută”. Când mașina are de lucrat direct cu un curent continuu, bateria se încălzește, iar softwareul de control va activa sistemul de răcire pentru a preveni supraîncălzirea acumulatorului. Acea energie pentru sistemul de răcire este preluată direct de la stație. Prin urmare, vei avea o energie consumată (și înregistrată de stație), dar care nu ajunge în baterie.

Iar în cazul în care bateria are nevoie de încălzire suplimentară pentru a se putea descurca cu puterea livrată de stație și pentru a genera timpi mai mici de încărcare – așa cum se întâmplă iarna – pierderile sunt ceva mai mari.

Pierderile cauzate de transformarea AC-DC au fost, în medie, de 3%, iar încălzirea bateriei la stația de încărcare a adăugat pierderi de la 2 la 8% (în funcție de model). Un aspect de luat în calcul este acela că cu cât încarci mai multă energie, cu atât mai puțin contează procentul pierderilor pentru încălzirea inițială a bateriei. Practic, dacă mergi la un DC pentru a adăuga 20% în baterie, ponderea pierderilor cauzate de managementul termic este mai mare decât în cazul în care mergi și încarci, de exemplu, 60, 70, 80%.

Concluziile finale

Încărcarea la stații rapide DC are o serie de avantaje în materie de eficiență în momentul în care bateria nu necesită încălzire/răcire suplimentară. Altfel, avantajele sunt minime din acest punct de vedere comparativ cu încărcarea AC la un wallbox. Nu am luat în calcul timpul, evident.

Cât despre costuri, avantajele în ceea ce privește pierderile mai mici ale unei stații DC sunt rapid anulate de prețul mai mare de încărcare. Prin urmare, încărcarea AC la un wallbox reprezintă cea mai bună variantă atât în materie de eficientizare a pierderilor, cât și în ceea ce privește costurile.

Specialiștii care au lucrat la acest studiu vin și cu o serie de sugestii pentru producătorii auto, dar și pentru consumatori.

• Din teste reiese că încărcarea DC este mai eficientă (a se vedea rezultatul obținut de Ioniq 6), însă încărcarea AC e mult mai bună din punct de vedere al costurilor.
• Reducerea puterii de încărcare (acolo unde mașinile au această opțiune) poate aduce pierderi mai mici în timpul încărcării DC (atenție, DC, nu AC), însă creștere timpul de încărcare.
• Producătorii ar trebui să prezinte clienților pierderile de încărcare, astfel încât aceștia să poată acționa în consecință atunci când iau decizia de cumpărare.
• Creșterea eficienței chargerului on-board. În multe dintre cazuri, clienții încarcă la AC, ceea ce înseamnă că vorbim despre un segment care poate fi îmbunătățit din punct de vedere al eficienței.
• Sistemul de 12V de la bord ar trebui să utilizeze cât mai puțină energie în timpul încărcărilor.

Foto principală: Dreamstime