Быстрая зарядка электромобилей: почему заявленная производителями максимальная мощность быстрой зарядки не раскрывает всей картины

Не так давно при оценке электромобиля смотрели почти исключительно на его запас хода: чем больше километров он заявлял, тем лучше он казался подготовленным к поездкам. Но на деле, когда преодолеваются большие расстояния, не менее важно, насколько быстро батарея может восстанавливаться во время остановки. И здесь на первое место выходит быстрая зарядка на постоянном токе, способная добавить сотни километров запаса хода, пока мы пьём кофе или отдыхаем несколько минут.

Проблема в том, что заявленная производителем максимальная мощность зарядки на постоянном токе, так называемая «быстрая зарядка», сама по себе не объясняет, как именно заряжается автомобиль. Модель, которая достигает пикового значения мощности зарядки 250 кВт, не всегда требует меньше времени на зарядку батареи, чем другая, ограниченная 200 кВт. Всё зависит от того, как долго она удерживает эту мощность, от размера батареи, её температуры, уровня заряда, с которым происходит подключение, и от энергии, которую автомобиль тратит на каждый километр пути.

Поэтому, чтобы понять, какой электромобиль лучше подходит для поездок, нужно смотреть гораздо дальше крупной цифры, которая указана в технической карточке.

Что такое быстрая зарядка?

Батарея электромобиля накапливает энергию в виде постоянного тока. Когда мы заряжаем автомобиль дома или на точке переменного тока, электричество проходит через встроенное в автомобиль зарядное устройство, которое преобразует его в постоянный ток, прежде чем подать в батарею. На быстрой зарядной станции это преобразование происходит вне автомобиля. Колонка напрямую подаёт постоянный ток в батарею, минуя ограничение мощности встроенного зарядного устройства.

Поэтому один и тот же автомобиль может, например, принимать 11 кВт на переменном токе и 150, 250 или даже более 300 кВт на постоянном. Важно различать две единицы измерения, которые часто путают:

• Киловатты — кВт обозначают мощность, то есть мгновенную скорость, с которой идёт зарядка.
• Киловатт-часы — кВт·ч обозначают энергию, то есть количество, которое может вместить батарея или которое было добавлено во время зарядки.

Это важно, потому что батарея ёмкостью 100 кВт·ч полезной энергии не обязательно зарядится за час на колонке мощностью 100 кВт. Такое простое деление сработало бы лишь в том случае, если бы автомобиль получал постоянные 100 кВт с начала до конца, что на практике не происходит из-за кривой зарядки и потерь в процессе. Реальное время зарядки зависит от начального состояния батареи, её ёмкости, мощности, которую может принять автомобиль, и мощности, которую способна отдать станция.

В чём разница между платформой на 400 и на 800 вольт?

Большинство первых современных электромобилей использовали системы примерно на 400 вольт. Эта архитектура остаётся распространённой и позволяет достигать высоких мощностей зарядки, поэтому её не следует считать устаревшей технологией. Однако всё больше производителей применяют системы на 800 вольт для моделей с высокими характеристиками.

Электрическая мощность, если упростить, равна произведению напряжения на силу тока: Мощность = напряжение × сила тока. Чтобы передать 200 кВт при системе на 400 вольт, теоретически требуется около 500 ампер. При 800 вольтах ту же мощность можно получить, используя примерно вдвое меньшую силу тока.

Преимущества? Снижение силы тока уменьшает потери на сопротивлении и выделение тепла в кабелях, разъёмах и электронных компонентах. Это также позволяет использовать более лёгкие проводники или увеличивать мощность без резкого роста силы тока. При правильных условиях архитектура на 800 вольт облегчает достижение и поддержание очень высоких мощностей. Например, smart 5 может достигать 400 кВт и зарядиться с 10 до 80% за 18 минут при батарее на 100 кВт·ч.

Но важно понимать: это не означает, что любой автомобиль на 800 вольт всегда заряжается лучше любого с технологией на 400 вольт.

Наличие 800 вольт не гарантирует хорошую быструю зарядку

Электрическая архитектура — лишь один элемент системы. Также важны химический состав и конструкция ячеек, их способность принимать ток, система охлаждения, программное обеспечение системы управления батареей и мощность зарядного устройства. Существуют автомобили на 400 вольт с очень конкурентоспособными кривыми зарядки и модели на 800 вольт, которые не полностью используют теоретический потенциал такой архитектуры.

Также стоит проверить, что происходит, когда автомобиль на 800 вольт подключается к станции с более низким выходным напряжением. Некоторые автомобили оснащены повышающим преобразователем, который адаптирует напряжение; другие используют отдельные компоненты силовой установки для этой функции. Доступная мощность в таких условиях может быть ниже, чем у зарядного устройства, совместимого с 800 вольтами.

В новейших системах также разрабатываются батареи, способные внутренне менять свою конфигурацию, чтобы эффективно заряжаться как от колонок на 400, так и на 800 вольт. Примером служит технология bank charging, впервые применённая в Audi в Q6 e-tron: батарея на 800 вольт делится на две частичные батареи одинакового напряжения, которые заряжаются параллельно без необходимости в дополнительном преобразователе напряжения. Цель в том, чтобы водитель мог пользоваться разнородной сетью без существенного снижения скорости. Таким образом, напряжение позволяет предположить потенциал автомобиля, но не заменяет главного показателя: сколько времени требуется, чтобы восстановить энергию в реальных условиях. И именно на это вам и стоит обращать внимание.

Что такое кривая зарядки?

Когда производитель заявляет, что автомобиль заряжается с мощностью 250 кВт, он указывает максимальную мощность, которой можно достичь при определённых условиях. Это не означает, что автомобиль получает 250 кВт на протяжении всей сессии. Пиковое значение может удерживаться несколько минут, появляться лишь на мгновения или вовсе не достигаться, если батарея находится не в подходящем состоянии.

Представим два автомобиля: первый достигает 250 кВт, но быстро снижает мощность до уровня ниже 150 кВт; второй имеет максимум 200 кВт, но удерживает около этого значения на значительно большем отрезке процесса. Хотя первый заявляет более высокую мощность, второй может завершить зарядку с 10 до 80% быстрее. Поэтому гораздо показательнее общее время, затраченное на этот интервал, и средняя мощность зарядки, а не максимальный пик.

Кривая зарядки отражает изменение мощности, которую принимает батарея, по мере роста её уровня заряда, или SOC — от английского State of Charge. Обычно автомобиль, подключённый с низким зарядом, начинает заряжаться с умеренной мощностью, достигает максимума после стабилизации температуры и удерживает более или менее протяжённую зону высокой мощности. Затем мощность постепенно снижается. Точная форма сильно различается между автомобилями. У одних кривая имеет устойчивое плато, у других — ступени, а в некоторых моделях мощность почти непрерывно падает от начального пика.

Батарея может принимать больше энергии, когда её ячейки относительно разряжены. По мере приближения к максимальному напряжению система должна снижать силу тока, чтобы контролировать температуру, предотвращать повреждения и выравнивать уровень заряда между отдельными ячейками.

У многих автомобилей самая быстрая зона зарядки находится примерно между 10 и 60%. Дальше мощность начинает снижаться, а около 80% замедление становится заметно сильнее. Поэтому многие производители используют 80% как ориентир для возобновления поездки во время остановки на зарядку, поскольку выше этого уровня процесс существенно замедляется. Это объясняет, почему производители обычно указывают время зарядки с 10 до 80%, а не время, необходимое для полной зарядки с 0 до 100%.

Почему автомобиль не всегда заряжается на своей максимальной мощности?

Автомобиль и зарядное устройство постоянно согласовывают напряжение и силу тока, которые может принять батарея. Автомобиль запрашивает ту мощность, которую считает безопасной в каждый момент, а колонка подаёт максимально возможную в пределах своих ограничений. Среди факторов, которые на это влияют, особенно важны следующие.

• Уровень заряда: Батарея при 10% обычно может принимать гораздо большую мощность, чем батарея при 80 или 90%. Чем ближе она к полной, тем медленнее должен идти процесс. Это похоже на наполнение сосуда без перелива: сначала можно открыть кран широко, но когда сосуд почти полон, поток нужно уменьшить.
• Температура батареи: Литий-ионные батареи имеют температурный диапазон, в котором лучше всего принимают быструю зарядку. Если они слишком холодные, возрастает внутреннее сопротивление, и система ограничивает силу тока, чтобы предотвратить вредные явления, например осаждение металлического лития на аноде. Если они слишком горячие, мощность также снижается для защиты ячеек и предотвращения ускоренной деградации.
• Предварительная подготовка: Лучше подготовленные к поездкам автомобили могут нагревать или охлаждать батарею до прибытия к зарядной станции. Во многих случаях достаточно выбрать быструю станцию в качестве пункта назначения во встроенном навигаторе. Автомобиль рассчитывает, когда начать подготовку, чтобы достичь оптимальной температуры к моменту подключения. Эта функция особенно важна зимой. Автомобиль, способный на 250 кВт, может оказаться far от этого показателя, если подключиться после ночи на морозе без предварительной подготовки. Не все модели активируют её одинаково. Одни делают это автоматически при выборе зарядной станции в навигаторе, другие позволяют включить её вручную, а в некоторых автомобилях она вообще недоступна. Перед покупкой стоит это проверить.
• Ёмкость и химический состав батареи: Большая батарея может поглотить больше энергии в том же диапазоне процентов, что и маленькая. Переход с 10 до 80% у батареи полезной ёмкостью 100 кВт·ч означает примерно 70 кВт·ч; у батареи на 60 кВт·ч — около 42 кВт·ч. Поэтому сравнивать только время, не учитывая ёмкость, недостаточно. Два автомобиля могут тратить по 20 минут, но у первого будет добавлено гораздо больше потенциальных километров. Влияет и химический состав. Батареи NMC и LFP различаются по плотности энергии, тепловому поведению, долговечности и допустимой мощности. Однако нельзя утверждать, что одна химия всегда заряжается лучше другой: всё зависит от конкретной конструкции ячеек и всей системы.
• Ограничения зарядного устройства: Колонка на 350 кВт не гарантирует, что автомобиль получит эту мощность. Она может быть ограничена максимальным напряжением, силой тока, которую допускает кабель, или общей мощностью, доступной в установке. Некоторые станции делят мощность между двумя или более разъёмами. Если подъедет другой автомобиль, энергия, доступная каждому, может уменьшиться. Зарядные устройства также имеют системы тепловой защиты. В очень жаркие дни или после нескольких последовательных сессий на высокой мощности колонка может временно снизить силу тока, чтобы избежать перегрева. Разумеется, итоговая скорость всегда ограничена самым медленным элементом: автомобиль, допускающий 250 кВт, будет заряжаться максимум на 100 кВт, если подключён к колонке на 100 кВт.

На что обратить внимание при покупке электромобиля для поездок

Максимальная мощность зарядки по-прежнему важный показатель, но его следует анализировать вместе с другими параметрами.

• Реальное время с 10 до 80%: Это самый простой ориентир для сравнения автомобилей. Ещё лучше, если данные получены в независимых тестах при разных температурах, а не только из заявленных производителем значений.
• Средняя мощность зарядки: Позволяет понять, держится ли пик или он лишь кратковременный. Её получают делением добавленной энергии на затраченное время. Например, если автомобиль получил 56 кВт·ч за 20 минут, его средняя мощность за этот интервал составила около 168 кВт, хотя в какой-то момент он мог достигать и 250 кВт.
• Запас хода, восстанавливаемый за минуту: Для поездок этот показатель может быть полезнее, чем кВт. Очень эффективный автомобиль, потребляющий 17 кВт·ч/100 км, будет лучше использовать каждый добавленный киловатт-час, чем внедорожник, которому нужно 25 кВт·ч/100 км. Даже если второй заряжается с большей мощностью, он может восстанавливать километры с такой же или даже меньшей скоростью. Поэтому быструю зарядку и эффективность нужно анализировать вместе.
• Реальный расход на трассе: Запас хода по WLTP объединяет разные сценарии и не обязательно отражает то, что будет при движении со скоростью 120 км/ч. Для планирования поездок важно знать реальный запас хода по трассе, особенно зимой. Автомобиль может заявлять 600 км по WLTP, но требовать остановки раньше, чем другой с 520 км, если его аэродинамика или расход на высокой скорости хуже.
• Наличие предварительной подготовки: Она должна включаться автоматически, быть простой в активации и совместимой с базой данных зарядных станций навигатора. Также полезна ручная активация, поскольку она позволяет подготовить батарею, когда маршрут планируется во внешнем приложении.
• Планировщик маршрута: Хороший планировщик рассчитывает, где остановиться, с каким процентом заряда вы доберётесь, сколько нужно заряжаться и с каким уровнем заряда вы прибудете на следующую остановку или в пункт назначения. Самые продвинутые системы также учитывают мощность, доступность и оператора зарядных станций, а также перестраивают маршрут, если расход меняется в пути.
• Производительность при последовательных зарядках: В длительной поездке может понадобиться несколько быстрых зарядок за один день. Недостаточная система терморегулирования может привести к тому, что вторая или третья сессия будет медленнее из-за накопленного нагрева батареи.
• Совместимость с инфраструктурой: Также стоит проверить максимальное напряжение, которое принимает автомобиль, его поведение на зарядных станциях на 400 вольт, тип разъёма и наличие функции Plug & Charge — она автоматически идентифицирует автомобиль и организует оплату без дополнительных приложений и карт.

Стоит ли подъезжать к зарядке с низким зарядом?

Обычно да, поскольку автомобиль часто заряжается быстрее, если прибывает с низким уровнем заряда, при условии что батарея находится при подходящей температуре. Подъехать на станцию с 8 или 10% позволяет использовать самую мощную часть кривой. Прибытие с 35 или 40% сокращает запас до того, как начнётся участок, где мощность начинает падать. Остановка может быть короче, но энергии добавится меньше, и, вероятно, придётся остановиться снова раньше.

Конечно, не стоит доводить до предела без запаса. Процент прибытия следует подбирать с учётом надёжности станции, наличия альтернативных зарядок, погоды и опыта водителя. Правильно настроенный планировщик может закладывать запас безопасности в 8 или 10%, но в районах с малой инфраструктурой разумнее оставить больше.

Лучше зарядиться до 100% или сделать две более короткие остановки?

В большинстве поездок быстрее делать короткие остановки в благоприятной зоне кривой, чем оставаться подключённым до 100%.

Допустим, автомобиль очень быстро заряжается с 10 до 70%, начинает снижать мощность с этого момента и становится особенно медленным выше 80%. Последние 20 процентных пунктов могут потребовать почти столько же времени, сколько первые 50 или 60. В этом случае эффективнее:

1. Приехать с низким уровнем заряда.
2. Зарядить только ту энергию, которая нужна, чтобы добраться до следующей станции с запасом.
3. Продолжить поездку, когда мощность заметно упадёт.
4. Повторить операцию на следующей остановке.

Две сессии с 10 до 60 или 70% могут позволить покрыть то же расстояние за меньшее время, чем длительная зарядка до 100%. Кроме того, раннее отключение освобождает зарядное устройство для другого пользователя и позволяет избежать нахождения в диапазоне, где цена за восстановленный километр может быть менее выгодной, если оператор применяет почасовой тариф или штрафы за занятость.

Когда зарядка до 100% может иметь смысл

Универсального правила нет. Полная зарядка может быть разумной в определённых обстоятельствах:

• Перед началом поездки, при медленной зарядке дома.
• Когда следующий участок превышает доступный запас хода.
• Если последующая сеть зарядки редкая или ненадёжная.
• Во время длительной остановки, которая всё равно бы состоялась.
• По прибытии в пункт назначения, если автомобилем вскоре мало пользоваться.
• Когда зарядное устройство предлагает особенно выгодную цену и других пользователей нет.

Ключевое — различать ситуацию, когда 100% достигается перед выездом, и ситуацию, когда это происходит посреди маршрута. Дома не так важно, что последний участок медленный, поскольку автомобиль может оставаться подключённым несколько часов. На дорожной зарядке каждая дополнительная минута имеет значение, и обычно ожидание полной зарядки не оправдывает себя.

Также стоит учитывать, что длительное поддержание литий-ионной батареи при очень высоком уровне заряда может способствовать её деградации. Для повседневного использования многие производители рекомендуют установить лимит около 80%, оставляя 100% для поездок или ситуаций, когда нужен весь запас хода. Точные эффекты зависят от химии и от управления, реализованного каждым брендом.

Лучшая стратегия — не заряжаться больше, а заряжаться ровно столько, сколько нужно

В поездке на электромобиле оптимальная остановка не всегда та, что оставляет батарею на уровне 80%. Иногда достаточно доехать до 55 или 60%, чтобы добраться до следующей зарядки, где автомобиль снова воспользуется быстрой частью своей кривой. Именно этот баланс обычно и оптимизируют планировщики. Остановки в десять минут могут оказаться достаточными, чтобы продолжить путь до лучше расположенной станции, с большей мощностью или большим количеством разъёмов.

Самая быстрая стратегия обычно заключается в том, чтобы выехать из дома с заряженной батареей, доехать до первой станции с низким уровнем и делать короткие зарядки, используя наиболее благоприятную часть кривой. Но важен и человеческий фактор. Семья может предпочесть одну 30-минутную остановку на обед двум по 15 минут. Другой водитель будет рад останавливаться каждые два часа, даже если автомобиль мог бы ехать дальше. А кто-то будет отдавать приоритет станциям с сервисами, туалетами и едой, а не абсолютному времени в пути.

Лучшая быстрая зарядка — не обязательно та, что показывает наибольший пик мощности, а та, что вписывается в маршрут, не заставляя менять обычные перерывы.

Пять ключевых показателей для сравнения быстрой зарядки

Выбирая электромобиль для поездок, стоит проверять в таком порядке:

1. Реальный расход на трассе и полезный запас хода между остановками.
2. Время зарядки с 10 до 80% в реальных условиях.
3. Форма кривой и средняя мощность, а не только максимальный пик.
4. Предварительная подготовка и качество планировщика маршрута.
5. Поведение на холоде, в жару и при последовательных быстрых зарядках.

Архитектура на 800 вольт — важное техническое преимущество, особенно в автомобилях с большими батареями и очень высокой мощностью. Но она не делает автомобиль автоматически хорошим для поездок. Эффективный электромобиль с батареей разумного размера, стабильной кривой и хорошо откалиброванной термосистемой может оказаться быстрее на трассе, чем другой с большим заявленным запасом хода и более высокой максимальной мощностью.

Вывод простой: покупая электромобиль, нужно спрашивать не только, на сколько кВт он заряжается, но и сколько километров он позволяет восстановить за те минуты, которые мы готовы провести в остановке. Именно эта цифра в итоге определяет разницу, когда приходит время ехать.