Jednym z największych zarzutów przeciwników elektromobilności jest czas ładowania. Wiele osób twierdzi, że niezależnie od zasięgu, baterii, mocy itp. auta elektryczne wyruszające w dłuższą trasę, trzeba będzie w końcu naładować, co trwa długo. Tyle, że to nieprawda, już dziś dysponujemy technologiami, które skracają czas ładowania auta elektrycznego do okresu bardzo nieznacznie dłuższego od czasu faktycznie spędzonego na stacji benzynowej podczas tankowania pojazdu spalinowego. Mało tego – doświadczyliśmy tego osobiście testując na najszybszej w Polsce ładowarce Ionity 350 kW Porsche Taycana GTS. Kluczową kwestią jest napięcie robocze instalacji elektrycznej Taycana: 800 V. Dlaczego? Na to pytanie chcemy odpowiedzieć.
Porsche Taycan GTS i najszybsza ładowarka w Polsce
Gdy w 2019 na rynku zadebiutował Porsche Taycan, wszyscy zachwycali się wyglądem, osiągami pierwszego, sportowego i w pełni elektrycznego Porsche. Producent próbował co prawda w materiałach promujących ten model informować o unikalnej 800-voltowej instalacji Taycana, ale mało kto wówczas na to zwrócił uwagę. Tymczasem jest to jedna z kluczowych kwestii łamiących pewną barierę elektromobilności, jaką jest długi czas ładowania akumulatora trakcyjnego takiego pojazdu. Ale to nie wszystkie zalety wysokonapięciowej instalacji. Są też wady i problemy do rozwiązania.
400 V vs 800 V
Większość dostępnych obecnie na rynku samochodów wyposażona jest w instalację elektryczną pracującą z napięciem 400 V. Jedynie kilka modeli – oprócz wymienionego Taycana m.in. testowane przez nas Audi RS e-tron GT, czy Hyundai Ioniq 5 i siostrzana Kia EV6 – korzysta z 800-woltowej instalacji elektrycznej. Większe napięcie pozwala nie tylko na znaczne skrócenie czasu ładowania auta elektrycznego i zwiększenie mocy ładowania, ale też umożliwia zwiększenie gęstości akumulatorów, czy też – patrząc na tę kwestię inaczej – zmniejszenie ich rozmiarów bez zmiany pojemności energetycznej. Eksperci nie mają wątpliwości, że przyszłość aut elektrycznych należy do samochodów pracujących z napięciem 800 V. Dlaczego? Odpowiedzi dostarcza fizyka.
800 V a linie wysokiego napięcia
Problem przesyłania znacznych ilości energii elektrycznej na duże odległości rozwiązano już dość dawno. Z pewnością podróżując własnym autem niejednokrotnie mijaliście napowietrzne linie wysokiego napięcia, prawda? Dlaczego napięcie prądu płynącego w tych instalacjach jest wysokie? Cóż, bez tego przesyłanie takich ilości energii jakie dziś przesyłamy kablami i takim, a nie innym przekroju byłoby po prostu niemożliwe. Prawa fizyki stanowią jednoznacznie, że straty mocy w przewodzie są proporcjonalne do kwadratu natężenia prądu elektrycznego płynącego przez przewodnik.
Jakie to ma znaczenie w przypadku auta elektrycznego? Zwiększenie napięcia instalacji przy stałym natężeniu prądu pozwala przesłać więcej energii w jednostce czasu. Podwajając napięcie z 400 V do 800 V przy takim samym natężeniu auto elektryczne jest w stanie przyjąć tę samą ilość energii (kilowatogodzin) w o połowę krótszym czasie. Zwykle dla wielu aut elektrycznych z instalacją 400 V i baterią rzędu 70-80 kWh pojemności producenci deklarują naładowanie akumulatora trakcyjnego w czasie ok. 30 minut (do 80 proc. pojemności). W przypadku 800-woltowych aut elektrycznych czas ten jest faktycznie dwukrotnie krótszy, co mogliśmy sami stwierdzić ładując niedawno na najszybszej w Polsce ładowarce Ionity o mocy 350 kW Porsche Taycana GTS. Deklarowany przez producenta czas ładowania tego auta to ok. 14 minut (do 80 proc. pojemności) – i jest on zgodny z prawdą.
Zasięg przestaje mieć znaczenie, gdy skrócimy czas ładowania
W ten sposób dochodzimy do kolejnego zagadnienia, o którym błędne myślenie torpeduje elektromobilność. Gdy zaczyna się z kimkolwiek rozmowę o jakimkolwiek aucie elektrycznym, zwykle jednym z pierwszych pytań jest “jaki ma zasięg?”. A jak wygląda podobne pytanie w przypadku auta spalinowego? Brzmi ono zazwyczaj “Ile pali?”. Dostrzegacie różnicę? Nikt nie pyta posiadacza auta spalinowego o to jaki dany pojazd ma zasięg, bo w powszechnej świadomości tankowanie auta na stacji benzynowej jest traktowane jako czynność konieczna, acz niekłopotliwa i zajmująca niewiele czasu. W przypadku aut elektrycznych czas ładowania na trasie jawi się wielu osobom zainteresowanym elektromobilnością jako senny koszmar. 800-woltowa instalacja zmienia postać rzeczy. Oczywiście to tylko jedna strona medalu. Jest też problem.
Infrastruktura ładowania, a 800 V
Za szybkie ładowarki DC uznaje się dziś już punkty o mocy wyższej niż 22 kW. To stanowczo zbyt mało. Największy operator szybkich stacji ładowania w Polsce – Greenway – oferuje przede wszystkim ładowarki o mocy 50 kW – lepiej, ale to wciąż nie ratuje sytuacji. Prawdziwą zmianę przyniosą punkty ładowania zdolne do przesłania nie mniej niż 150 kW mocy. Oraz oczywiście samochody zdolne przyjąć tak dużą moc w możliwie szerokim zakresie pojemności baterii (płaska krzywa ładowania wysokiej mocy).
800 V nie tylko w samochodzie
Według niedawno opublikowanego przez Porsche raportu dotyczącego infrastruktury ładowania zwiększenie zasięgu o 400 km na typowej 400-woltowej stacji ładowania o mocy 50 kW zajmuje ok. 80 minut – długo, zbyt długo jak na krótką, zalecaną przecież, przerwę w dłuższej trasie. Zwiększenie mocy do 100 kW – wciąż osiągalne przy napięciu 400 V, skraca czas ładowania do 40 minut – znacznie lepiej, ale wciąż zbyt długo, by – jak np. na stacji benzynowej – skorzystać z toalety, kupić kanapkę, zjeść napój, czy ulżyć paskudnemu nałogowi, jakim jest wypalenie papieroska. Zdaniem Porsche czas ten może zostać jeszcze nieznacznie skrócony przy zaawansowanym zarządzaniu temperaturą układu ładowania (po stronie ładowarki i pojazdu) do 30 minut, ale wzrasta koszt ładowarki i złożoność stacji.
Przejście na 800 V również po stronie ładowarek zupełnie zmienia postać rzeczy – osiągnięcie czasów ładowania rzędu kwadransa jest już w zasięgu. 15 minut nie byłoby dla wielu zbyt długą przerwą w dłuższej trasie, prawda? Musimy zatem postawić kolejne bardzo ważne pytanie:
Dlaczego auta EV są drogie?
Odpowiedź jest oczywista – najdroższym obecnie elementem w samochodach elektrycznych są akumulatory trakcyjne o dużej pojemności. Teraz jednak zastanówmy się, czy przy 800-woltowej instalacji w pojeździe i infrastrukturze, dążenie do maksymalizacji zasięgu na jednym ładowaniu (a tym samym drastyczne zwiększenie ceny pojazdu, z powodu większego akumulatora) ma sens? Przy odpowiednio rozbudowanej, gęstej infrastrukturze bardzo szybkich stacji ładowania – oczywiście nie. Jakie wówczas ma znaczenie, czy dysponuję autem zdolnym do pokonania na jednym ładowaniu 300 km, czy też 600 km, skoro co np. 50 km mam ultraszybką ładowarkę zdolną naładować moje auto w czasie równoważnym tankowaniu LPG na stacji paliw?
Oznacza to, że inwestycje w wysokonapięciowe instalacje zarówno w autach, jak i infrastrukturze ładowania mogą przełożyć się na to, że pakowanie drogich, bardzo pojemnych akumulatorów trakcyjnych straci sens. Nie jestem jednak naiwny, że auta elektryczne jakoś znacząco potanieją z tego powodu – wszak inwestycje w produkcję, nowe instalacje 800 V czy infrastrukturę to również istotny koszt społeczny elektromobilności. Jednak 800-woltowe instalacje to istny game changer elektromobilności.
Przewaga elektromobilności przy dobrej infrastrukturze
Kiedy auta spalinowe znikną z dróg? Upłynie jeszcze wiele lat, zanim to się stanie. I nie łudzę się, że przyśpieszą to jakiekolwiek regulacje uderzające w komfort obywateli krajów demokratycznych. Żaden polityk nie wprowadzi drastycznego prawa ograniczającego ruch aut spalinowych, bo byłaby to dla niego przekreślona szansa na wygranie kolejnych wyborów. Uratować nas może jednak technologia. W tym kontekście podniesienie napięcia w instalacjach aut elektrycznych i stacjach ładowania z jednej strony pozwala skrócić czas ładowania niemal go zrównując z czasem tankowania. A to nie wszystko, elektromobilność gdy osiągnie ten stan technologiczny (wyższe napięcie) i infrastrukturalny (odpowiednie nasycenie stacjami ładowania o bardzo dużej mocy), będzie mieć wówczas niepodważalną przewagę nad spalinową motoryzacją.
O co chodzi? Wszak każde auto elektryczne można ładować również w domu. Owszem, odbywa się to powoli, ale stojący w garażu i podpięty do wallboksa elektryk nie marnuje ani sekundy naszego czasu. Tymczasem zaparkowany w tym samym garażu samochód spalinowy sam się nie zatankuje. W rezultacie dopiero wówczas spalinowa motoryzacja umrze śmiercią naturalną. Zjawisko to w pewnym stopniu możemy już zaobserwować w Norwegii – bogatym kraju, którego mieszkańcy dosłownie pokochali elektromobilność. Nikt w Norwegii nie obawia się znanego już zakazu rejestracji nowego auta spalinowego, który ma tam wejść w życie w 2025 roku. Analizując trendy norweskiego rynku, jasno widać, że wprowadzone przepisy nie są żadną blokadą kogokolwiek, lecz wtórnym, legislacyjnym potwierdzeniem stanu faktycznego jaki kraj ten osiągnie w 2025 roku.
My, owszem, nie jesteśmy tak bogaci jak Norwedzy, ale i my doczekamy sytuacji, kiedy bardzo szybkie ładowarki i akceptujące duże moce auta elektryczne staną się znacznie popularniejsze. Stanie się to zapewne dużo później niż w Norwegii, czy w innych bogatszych i lubiących elektromobilność (vide Holandia – mały kraj, a ma najwięcej stacji ładowania w Europie) regionach świata. Rynek już teraz szykuje się na wyższe napięcie. Mamy już Porsche i Grupę Hyundai, na horyzoncie widoczne są prace Volvo, Polestara, Stellantis, czy Grupy VW (np. platforma PPE, na której bazuje również zaprezentowane niedawno elektryczne Audi A6 Avant e-tron). Wszyscy ci producenci zamierzają inwestować w instalacje o wyższym napięciu, to tylko kwestia czasu. Pytanie tylko czy zdążymy z energetyczną transformacją. Planeta nie poczeka, prawa fizyki nie negocjują i nie bawią się w politykę.