Kable i złącza ładujące dla e-mobility

Raven Media

Najlepszy aparat to taki, który zawsze ma się przy sobie. Tak przynajmniej twierdzą pasjonaci fotografii. Podobnie jest w przypadku samochodów elektrycznych, a konkretniej ładowarek, od których działanie takich aut zależy. Nie zawsze jednak te dodawane fabrycznie są optymalne i najbardziej efektywne, dlatego warto zainteresować się ofertą dostępnego na rynku sprzętu. 

Producent samochodu elektrycznego najczęściej w fabrycznym zestawie dostarcza ładowarkę, czyli odpowiedni kabel i złącze do zasilania pojazdu. Nie przeszkadza to jednak w systematycznym rozwoju rynku profesjonalnych ładowarek samochodowych, zasilających prądem stałym i przemiennym. Różnią się one mocą ładowania, co przekłada się na czas potrzebny do napełnienia baterii. Jeśli wykorzystuje się do tego ładowarki ze standardowym gniazdem, to – w zależności od modelu samochodu – operacja taka może trwać nawet 12 godzin, co znacznie ogranicza funkcjonalność takiego pojazdu. Z pomocą przychodzą jednak profesjonalne ładowarki samochodowe, które potrafią skrócić ten czas co najmniej o połowę. Dla najbardziej niecierpliwych powstały systemy szybkiego ładowania, które mogą w pół godziny naładować baterię pojazdu do 80%. Różnica w efektywności ładowarek jest więc na tyle duża, że często warto zainwestować w produkt od niezależnego producenta.

Standardy
Rynek ładowarek do aut elektrycznych nie dzieli się wyłącznie na te od producenta samochodu i te od niezależnych dostawców. Istnieje tu kilka różnych standardów, z których użytkownicy mogą korzystać – różniących się budową złączy i liczbą pinów, wybieranych w zależności od regionu zamieszkania lub używanego samochodu.

Standard Typ 1 przeznaczony jest na rynek północnoamerykański, Typ 2 – na europejski, a standard GB/T i CHAdeMO – na rynek chiński. Nie oznacza to oczywiście, że nie można ich używać w regionie innym niż określono w ich domyślnym przeznaczeniu. Zdarza się na przykład, że producent spopularyzuje mniej znany standard w danym kraju – tak było w przypadku nissana leaf wykorzystującego standard CHAdeMO na rynku polskim. Warto zaznaczyć, że niezależnie od typu wtyku w samochodzie na stacji ładowania standard gniazda jest zawsze taki sam – jest to Typ 2.

Osobną kwestią są samochody Tesli, które mają własny standard ładowarek, obecnie najbardziej zaawansowany na rynku. Specyficzne złącze zastosowane w tych samochodach nie jest dostępne dla innych marek, jednak tesle sprzedawane na rynku europejskim mają zmodyfikowane gniazdo Typu 2 tzw. Mennekes.

Prąd stały i przemienny
Regionalne standardy wtyczek dzielą się dodatkowo na zasilane prądem stałym (DC) oraz prądem przemiennym (AC). Oczywiście każdy samochód może być ładowany jednym lub drugim źródłem prądu, ale różnica między nimi jest znacząca. Prąd zmienny dopiero po dotarciu do auta jest przetwarzany w wewnętrznym transformatorze samochodowym na prąd stały (to tzw. Mode 3), przez co wydłuża się proces ładowania. Natomiast w przypadku źródła z prądem stałym energia przekazywana jest bezpośrednio do baterii, co uważane jest za lepsze i efektywniejsze rozwiązanie, znane pod nazwą Mode 4.

W Europie zdecydowanie bardziej popularne są złącza z prądem przemiennym, gdyż taki właśnie można czerpać z domowych gniazdek 230 V z 3-bolcową wtyczką. W ten sposób ładować można m.in.: samochody z europejskim standardem ładowarek Typu 2 o mocy 3–43 kW, dopasowane do instalacji jedno- lub trójfazowych, samochody z amerykańskim standardem ładowania Typu 1 o mocy 3–7 kW dla instalacji jednofazowych oraz samochody ze standardem Industrial Commando o mocy 3–22 kW, dopasowane do instalacji jedno- lub trójfazowych.
Dla złącz zasilanych prądem stałym najpopularniejszym standardem jest japoński CHAdeMO, który oferuje moc ok. 62,5 kW i pozwala szybko naładować baterię samochodu na publicznych stacjach ładowania. Ten system wykorzystują tacy producenci jak: BD Otomotive, Citroën, Honda, Kia, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Peugeot, Subaru, Toyota i Tesla (z koniecznością użycia odpowiedniej przejściówki). Prądem stałym można także ładować samochód za pomocą standardu europejskiego, czyli Typu 2, zwanego „Mennekes” – w zależności od wykorzystanych pinów.

Producenci złącz i ładowarek
Niezależni producenci złącz i ładowarek nie ograniczają się wyłącznie do jednego standardu ładowania. Na przykład Phoenix Contact oferuje produkty przeznaczone zarówno do ładowania prądem stałym, jak i przemiennym we wszystkich najpopularniejszych światowych standardach: Typu 1, Typu 2 oraz GB/T. Oferta firmy obejmuje gniazda do montażu na stacji ładowania prądem przemiennym, które można wykorzystać na skrzynkach naściennych lub słupkach ładowania, kable ładowania AC z wtykiem do ładowania pojazdu i jednym wolnym końcem do montażu na stacji ładowania, kable przenośne do przewożenia w bagażniku, a także kable i złącza do ładowania prądem stałym. Systemy ładowania Phoenix Contact można także uzupełniać akcesoriami, które służą do testowania ładowania lub dodatkowo chronią przed czynnikami atmosferycznymi. Są to m.in. uchwyty do wtyków, klapki, uszczelki i ramki montażowe do gniazd do montażu na stacji ładowania czy siłowniki blokady. Niektórzy producenci przewidują też takie dodatkowe funkcjonalności złącz jak czytniki RFID, moduł łączności GPRS czy połączenie Wi-Fi.

Z kolei oferta firmy Delta oprócz klasycznych złącz i ładowarek z prądem stałym i przemiennym we wszystkich światowych standardach obejmuje miniładowarki na prąd przemienny. Ich zaletą jest łatwość instalacji, dzięki czemu można ich używać w domu lub w miejscach publicznych. Profesjonalne i specjalistyczne złącza oferuje także Harting, który na swojej stronie prezentuje nie tylko bogatą ofertę produktów, ale także konfigurator złączy, który ułatwia dobór odpowiedniego rozwiązania.

Różne punkty ładowania
Największe pole do popisu w kwestii kabli i złącz do ładowania samochodów elektrycznych producenci mają w odniesieniu do punktów wolnego ładowania, czyli tych domowych, zasilanych prądem zmiennym. Praktycznie wszystkie obecne na rynku elektryki mogą korzystać ze standardowej 3-bolcowej wtyczki podłączonej do gniazdka i odpowiedniego złącza samochodowego – europejskiego Typu 2 lub amerykańskiego Typu 1. Są to m.in. auta producentów: Mitsubishi, Nissan, KIA, Hyundai, BMW, Volkswagen, Renault czy Volvo.

Jak sama nazwa takiego punktu zasilania wskazuje, oferuje on stosunkowo wolne ładowanie, dlatego producenci proponują tu specjalistyczne ładowarki, które znacznie redukują czas potrzebny do naładowania baterii.

Punkty szybkiego ładowania natomiast najczęściej można spotkać na komercyjnych i ulicznych stacjach ładowania w Europie, które zasilają prądem stałym i wyposażone są w zamontowane na stałe kable, bez możliwości podpięcia własnych ładowarek. Oczywiście zdarzają się takie, na których potrzebny jest własny kabel, jednak najczęściej na stacjach takich najważniejsza jest zgodność samochodu elektrycznego z oferowanym przez daną stację standardem. Na szczęście większość stacji obsługuje najpopularniejsze z nich, czyli Typ 2, CHAdeMO i CCS (Combo).

Kable
Podobna sytuacja jak ze złączami dotyczy kabli do ładowania samochodów elektrycznych. Nie zawsze te oferowane przez producenta samochodu są najbardziej wydajne i optymalne – w wyposażeniu standardowym najczęściej znajdują się przewody o niskiej mocy zasilania. Często inwestycja w specjalne oprzyrządowanie jest więc konieczna do uzyskania odpowiedniej szybkości i jakości ładowania. Nowy kabel dobiera się przede wszystkim pod względem zgodności z typem gniazda w samochodzie, czyli Typem 1 lub Typem 2.

Najważniejsze w tym wypadku jest bezpieczeństwo – moc prądu płynąca przez kable podczas ładowania baterii samochodu jest wielokrotnie większa od dawki śmiertelnie niebezpiecznej dla człowieka. Dlatego koniecznie trzeba zwracać uwagę na zgodność z założeniami norm IEC 62196 (SAE J1772 dla Typu 1 i IEC 62196-2 dla Typu 2), a także klasę ochronności IP oraz palności materiałów V0. Warto pamiętać, że nie da się tanio wyprodukować dobrego i bezpiecznego kabla, a używany lub naprawiany może generować spore ryzyko.

Drugą najważniejszą cechą jest maksymalna moc kabla i ilość faz. Jeśli samochód będzie zasilany ładowarką jednofazową, to nie warto przepłacać za kabel trójfazowy. Chociaż zadziała on z gniazdkiem jednofazowym, to jego możliwości nie będą wykorzystywane, a samo ładowanie przebiegać będzie trzykrotnie wolniej, niż powinno. Kabel trójfazowy będzie też bardziej problematyczny w użytkowaniu, ponieważ jest grubszy, sztywniejszy i cięższy (nawet 6 kg dla modeli o najwyższej mocy).

Na rynku dostępne są kable spiralne i proste. Te pierwsze sprawdzają się w deszczu i śniegu, gdyż nie trzeba ich czyścić z brudu, zajmują mniej miejsca i są poręczniejsze, a ich standardowy rozmiar to 4 m. Kable proste natomiast oferują większą swobodę i długość – nawet do 10 m.

Niełatwy wybór
Rozwiązania kablowe oferuje na polskim rynku m.in. polski producent Technokabel, który specjalizuje się w wytwarzaniu przewodów różnego rodzaju, także do samochodów elektrycznych i transportu. Firma Lapp Kabel z kolei oferuje autorski system ładowania, opracowany we współpracy z BMW, dla hybryd typu plug-in – obejmuje on spiralny kabel szybkiego ładowania wraz ze złączem. Ponadto niemiecki producent wspiera ideę carsharingu i udostępnia złącze z wbudowanym czytnikiem etykiet RFID, dzięki któremu dane użytkowników mogą być zbierane i przypisywane do nich na stacji ładowania.

Elektromobilność nie jest jednak przeznaczona wyłącznie dla firm i osób prywatnych, dlatego wśród producentów źródeł zasilania warto wskazać Medcom – przedsiębiorstwo specjalizujące się w dostarczaniu rozwiązań dla elektrycznego transportu publicznego.

Niektórzy producenci, tacy jak Phoenix Contact czy Leoni, oferują kable do ładowania prądem stałym o dużej mocy – nawet do 500 A. Jest to technologia zwana High Power Charging, która pozwala na naładowanie samochodu w kilka minut i wydłuża czas jazdy. Takie przewody mają mniejszą średnicę, co jednak mogłoby powodować przegrzanie. Dlatego też kable w tym standardzie wyposażone są w specjalny system płynnego chłodzenia.

Mnogość dostępnych na rynku rozwiązań w obszarze ładowarek do samochodów elektrycznych powoduje, że nie można mówić o jednym uniwersalnym sposobie zasilania samochodu. Sprawę komplikuje fakt, że na proces ten składa się wiele dodatkowych czynników zewnętrznych, takich jak np. dostęp do gniazdka czy ilość dostępnego czasu na ładowanie. Do tego użytkownicy elektryków stoją przed jeszcze jednym dylematem – oszczędzając na czasie ładowania muszą się liczyć z tym, że żywotność akumulatora trakcyjnego i parametr SoH (State of Health) będą mniejsze niż w przypadku zasilania prądem przemiennym z domowego gniazdka. Jak widać, ładowanie samochodu elektrycznego wymaga nie tylko wiedzy i znajomości rynku, ale też zdrowego rozsądku.

Tagi artykułu

MM Magazyn Przemysłowy 4/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę