Image
16.4.2018 8 Comments

Keď fyzika nepustí: Ultrarýchle nabíjanie elektromobilov – mýty a realita

Ak sa bavíme o elektromobiloch, takmer vždy sa dostaneme k otázke „tankovania“. Sme postavení pred dva problémy: Kde? A ako rýchlo?

Odpoveď na otázku „Kde? nájdeme napríklad na stránke kdenabijat.sk. Dostaneme tu aj čiastočnú odpoveď na otázku „Ako rýchlo?“ Na stránke nájdeme informácie o spôsobe nabíjania, ktorý nám tieto stanice ponúkajú – štandardný či rýchly. V prípade rýchleho nabíjania máme k dispozícii nabíjacie stanice s výkonom do 60 kW. Netreba žiadne komplikované výpočty, aby sme si dokázali aj v hlave spočítať, koľko času nám zaberie „tankovanie“.

Dobu v hodinách potrebnú na nabitie batérie získame, ak kapacitu batérie vydelíme výkonom nabíjačky.

Aj pri malých batériách s kapacitou okolo 20 kWh si pri rýchlo-nabíjačkách musíme rezervovať min. 20 minúť. S rastúcou kapacitou batérií samozrejme úmerne rastie aj doba potrebná na jej nabitie.

Spoločnosť Tesla ponúka svojim zákazníkom Supercharger. Táto nabíjačka dokáže dodávať až 120 kW pre jedno vozidlo. Bohužiaľ, sú určené iba pre vozidlá Tesla. Tesla plánovala vybudovať po svete sieť cca 7500 takýchto staníc. Aktuálne ich je vo svete inštalovaných približne 1050.

Pokiaľ ide o rýchlosť nabíjania, všetci dúfajú v zázrak. Snívajú o tom, že dokážu nabiť batériu tak rýchlo, ako sa dnes tankuje benzín či nafta. A aj dojazd bude podobný. Preto každá správa, hlásajúca skrátenie doby nabíjania, pôsobí povzbudivo. Je však možné tieto technológie reálne nasadiť do života? Ako mám v obľube, pokúsim sa na takéto správy pozrieť cez platné fyzikálne zákony. Vystačíme si pritom s pár vzorcami.

Výkon (príkon) nabíjacej stanice:

V prípade jednofázového pripojenia sa výkon počíta podľa nasledujúceho vzorca:

               P = U * I

V prípade trojfázového pripojenia použijeme vzťah:

               P = 1,73 * U * I

P – výkon vo Wattoch (W)

U – napätie vo Voltoch (V)

I – prúd v Ampéroch (A)

Množstvo energie dodanej do batérie vypočítame vzťahom:

               A = P * t

A – energia (práca) vo Watt sekundách (kWh = 3 600 000 Ws)

P – výkon vo Wattoch (W)

t – čas v sekundách (s)

Pozor, nemýliť si s kapacitou batérie. Kapacita batérie definuje maximálne množstvo energie, ktoré je schopná batéria uchovať.

Z kategórie „vysnívaných časov“ ma vlani zaujali dva články. V prvom prípade nám ponúkajú „Za 20 minút nabíjania dojazd 500 km“. Druhý je ešte ambicióznejší. „Minúta nabíjania a dojazd 800 km. Fisker chystá novú batériu“.

Pozrime sa teda, čo nám na to povie fyzika. Je to vôbec realizovateľné?

„Za 20 minút nabíjania dojazd 500 km“

Kapacita batérie vozidla bola 192 kWh. Netreba tu robiť komplikované výpočty, aby sme zistili, že na nabitie tejto batérie za deklarovaných 20 minút by sme potrebovali nabíjaciu stanicu s výkonom 576 kW. Toto číslo asi množstvu čitateľov veľa toho nepovie. Teda sa to pokúsim priblížiť trochu inak.

V bežnom 3 izbovom byte v paneláku máme k dispozícii jednofázovú prípojku s 25A ističom. Napätie siete je 230V. Z toho sa dá na základe vyššie uvedených vzťahov spočítať, že maximálny odoberaný príkon je 5750 W (5,75kW).

Ak by sme sa pokúsili túto batériu nabíjať z našej domácej zásuvky, trvalo by nám to 33,39 hod. (192 / 5,75) Ak by sme chceli túto batériu nabiť v časovom intervale 20 minút, zistíme, že na túto dobu musíme odpojiť od elektriny 100 bytov.

Relatívne dobre by sme dopadli, ak by sme vlastnili rodinný dom s 3-fázovou prípojkou. Tu už máme k dispozícii 3x400V. Ističe by mohli byť cca 50A. V tomto prípade môžeme pracovať so slušnými 34 600 W (34,6kW). S týmto výkonom sme schopní nabiť akumulátor na požadovanú kapacitu 192kWh približne za 5,55 hod, alebo by sme na 20 minút odpojili od elektriny ďalších 16 domov na ulici.

Pri výpočtoch predpokladáme 100% účinnosť nabíjacieho procesu.

Na záver iba porovnanie s nabíjačkou Supercharger. Potrebný výkon sa pohybuje na úrovni takmer 5 nabíjačiek tohto typu.

„Minúta nabíjania a dojazd 800 km. Fisker chystá novú batériu“

Informácie v tomto prípade pôsobia chaoticky. Po šokujúcom úvode sa o niečo nižšie dočítame, že 9 minút strávených na nabíjačke nám umožní prejsť 200 km. Zostaňme však pri pôvodných hodnotách, minúta – 800 km. Uvádzaná kapacita batérie je 200 kWh. Po dosadení do horeuvedeného vzorca zistíme, že ak by sa takáto batéria mala nabiť za 1 minútu potrebovali by sme 12 MW nabíjaciu jednotku. Je však problematické čo i len si to predstaviť. Ide o stonásobný výkon v porovnaní so Supercharger od Tesly. Aj v tomto prípade som pracoval so 100% účinnosťou.

Aby sme si dokázali predstaviť, o aký výkon/príkon v tomto prípade ide, tak na záver uvediem iba jedno číslo:

471 MW 

Ide o výkon jedného reaktoru atómovej elektrárne v Mochovciach. Názor o možnosti reálneho nasadenia takýchto nabíjacích staníc nech si spraví každý sám.

Otázka nabíjania je však oveľa komplikovanejšia. Pri týchto jednoduchých výpočtoch nebolo zohľadnených množstvo faktorov. Spomeniem aspoň pár z nich: účinnosť nabíjacie procesu, straty na vedení, prechodový odpor a s tým spojený ohrev batérie, či chemické procesy prebiehajúce v batérii počas nabíjania. O každom z nich by sa dal napísať samostatný obsiahly článok.

Zdroje: en.wikipedia.orgzive.sktechbox.dennikn.skauto.pravda.sk.

Zobrazit Galériu
Autor: Ivan Sokol

Nechajte si posielať prehľad najdôležitejších správ emailom

Mohlo by Vás zaujímať

Technológie

BMW predviedlo autonómnu motorku, ktorá sa vie aj bez šoféra naklánať v zákrutách a brzdiť (+video)

18.09.2018 00:15

Úmrtnosť motocyklistov pri nehodách je 28-krát vyššia ako u ľudí sediacich za volantom. Preto by vývoj asistenčných technológií pre motocykle mohol byť veľmi užitočný. Divízia jednostopových vozidiel ...

Technológie

Konkurencia pre smart hodinky. Nový prístroj dokáže sledovať zdravotný stav aj cez stenu

18.09.2018 00:05

Zariadenia ako Apple Watch či náramky Fitbit dokážu sledovať srdcovú frekvenciu či spánkové vzory používateľa a včas ho varovať pred možnými problémami so srdcom. Teraz však profesorka MIT Dina Katabi ...

Technológie 2

Startup Vertical Aerospace použil pri vývoji lietajúceho taxíka typu eVTOL technológie z Formuly 1

17.09.2018 15:47

Britský startup Vertical Aerospace postavil a odskúšal lietadlo type eVTOL (electric vertical takeoff and landing). Na tom nie je nič výnimočné, hybridy dron-helikoptéra sa testujú po celom svete. Iba ...

q

8 Comments

  1. Eeem --Doména je zaregistrovaná, jej obsah sa pripravuje. ??? reakcia na: Keď fyzika nepustí: ultrarýchle nabíjanie elektromobilov – mýty a realita
    29.4.2018 22:04
    Na stránke kdenabijat.sk, sme našli akurát tento text: Doména je zaregistrovaná, jej obsah sa pripravuje.
    Taakže treba kontrolovať funkčnosť linkov trošku dôslednejšie ;) :).
    Reagovať
  2. magori pc_hnoj reakcia na: Keď fyzika nepustí: ultrarýchle nabíjanie elektromobilov – mýty a realita
    16.4.2018 19:04
    kde je zvyšok diskusie, čo tu bola na obed?
    Reagovať
  3. Doplnim.. reakcia na: Keď fyzika nepustí: ultrarýchle nabíjanie elektromobilov – mýty a realita
    16.4.2018 15:04
    Co sa tyka ludi z panelakov. Podla mna to je smutne byvanie ale toto dajme stranou. Povedzme ze bude treba vybudovat nabijacky, alebo vybudovat podzemne parkoviska s nabijacimi miestami. To je zase tak zlozite? Ano, stoji to peniaze, mozno dost, ale z dlhodobeho hladiska to su zanedbatelne naklady. Ak by sa to stavalo na dlh, jedneho dna to bude splatene - kludne by sa mohlo nabijanie + parkovanie spoplatnit, tak ako sa tak ci tak vsade ide parkovne zaviest. Samozrejme nie slovenskym stylom "zarobime vyzmykame podojime", to ze sa to takto na Slovensku praktizuje neznamena ze to nejde spravit.
    A ak by sme mali byt dosledni, tak ak by fungovala normalne verejna doprava, cele tie hordy aut po sidliskach by sa pomaly zmensovali, lebo ludom by sa neoplatilo kupovat auta do miest kde je doprava komfortna, lacna a rychla. Nas sposob zmyslania je uz otraveny tym ako to roky zle funguje, len to uz ludia zabudli ze to je vlastne cele zle a beru tento stav ako standard.
    Reagovať
  4. Rozmyslam... reakcia na: Keď fyzika nepustí: ultrarýchle nabíjanie elektromobilov – mýty a realita
    16.4.2018 15:04
    Preco je tak dolezite rychle nabijanie. Ci preto ze do klasickeho auta tankujem na benzinke asi 5 minut, musi to teda zvladnut aj elektromobil? Pozrime sa na to inac, ak budem nabijat pomalicky povedzme rychlostou 10km/hod, co si myslim ze je ultra pomaly. Pridem domov z prace, pichnem auto na nabijacku. Trebars ten den nejdem na nakup. Od cca 18tej hodiny do rana 7:00 je 13 hodin. cize som nabil 130km. Za den prejazdim tych priemernych 50km, co sa zhruba uvadza. Postupne ked nie som hlupak si takto auto nabijem do 100%, nech robim co robim, a pripadnu spicku v dennych kilometroch potom hravo pokryjem - predpokladajme ze auto ma aspon dojazd 300km, co nie je velmi nerealne uz teraz. V com je teda problem? Tieto rychlonabijacky vyuzijem raz za cas ked pojdem dlhsiu trasu, aj to ak by ich bolo vsade hojne, nemusim predsa vsade dobit do plnej. Chce to zmenu pristupu.
    Nieco podobne nastalo s mobilmi. Pred rokmi nabity mobil vydrzal v pohode tyzden. Dnes tak den. Stazuje sa niekto? Ci sa ludia prisposobili a vedia sa zriect ciastocneho diskomfortu pre ovela viac benefitov ktore dostanu zo smartfonu?
    Reagovať
  5. Nie je to také zlé reakcia na: Keď fyzika nepustí: ultrarýchle nabíjanie elektromobilov – mýty a realita
    16.4.2018 13:04
    Podla mojich výpočtov pri objeme osobnej dopravy na slovensku (38 000 mil. osobo km.) by dva bloky Mochoviec utiahli celú slovenskú osobnú dopravu. Taktiež prepodkladám, že pri nabíjaní takouto rýchlosťou (pri 12MW) musia byť aj "čerpačky" uspôsobené a ukladať energiu do ďalších batérií aby vykryli špičky. Nie je to problém triviálny ale ani neriešiteľný :)
    https://www.enviroportal.sk/indicator/detail?id=761&print=yes
    Reagovať
    • RE: Nie je to také zlé reakcia na: Nie je to také zlé
      16.4.2018 14:04
      Pri 12MW a 400 Voltovej technológii batérií tam potečie prúd 30 000 Ampérov. To si už vyžaduje slušný prierez vodičov. Taktiež by ma zaujímali straty na spojoch medzi jednotlivými článkami batérie. Pri takomto prúde totiž nie je žiaden problém aby prišlo k ich prehriatiu. A čo na to povedia chemické procesy? Dokážu to množstvo energie v tak krátkom čase „vstrebať“? Má niekto k tomu viac informácií?
      Reagovať
  6. pre lepsiu predstavu reakcia na: Keď fyzika nepustí: ultrarýchle nabíjanie elektromobilov – mýty a realita
    16.4.2018 12:04
    Motoristi maju blizsie k mernej jednotke kone/HP .
    12 MW je cca 16 000 HP co je priblizne 16 aut Bugatti Veyron.
    Alebo este inak bezne elektricke lokomotivy na SK/CZ maju vykon 4 MW.
    Takze hypoteticka 12 MW nabijacka by teoreticky mala utiahnut cca 3 lokomotivy zaroven.
    Reagovať
  7. Drobne doplnenie... reakcia na: Keď fyzika nepustí: ultrarýchle nabíjanie elektromobilov – mýty a realita
    16.4.2018 08:04
    Pekny clanok jasne hovoriaci o tom, ze ak sa nezmenia zakony fyziky tak nam neostava len zmenit nosic energie alebo sa uspokojit s nizsim dojazdom, ci vymenou bateriek po ceste.

    Len ako drobne doplnenie, bolo by dobre k "jednemu cislu" doplnit aj to, ze je to v MW, pretoze cislo 471 bez jednotiek je len cislo.
    Reagovať

Vyhľadávanie

IWAYDAY_2018

Najnovšie videá



PC forum button