Życie kierowcy

Jak wybrać kabel do ładowania aut elektrycznych i hybrydowych plug-in?

Z wielu źródeł otrzymujemy informacje na temat aut elektrycznych, ich możliwościach, szybkości ładowania i zasięgach. O ile w przypadku aut spalinowych chyba najczęściej zadawane pytania dotyczą spalania czy przyspieszenia, o tyle w przypadku pojazdów elektrycznych myślimy zazwyczaj o zasięgu oraz szybkości ładowania. Oba te parametry podlegają zarówno normom, jak i ograniczeniom. Nie da się precyzyjnie określić ile czasu auto będzie ładowane oraz ile kilometrów przejedzie po naładowaniu. Zasięg zależy głównie od pojemności pakietu akumulatorów auta, lecz w dużej części również od naszego stylu jazdy i umiejętnego odzyskiwania energii podczas hamowania. Natomiast czas jaki samochód spędzi podłączony do ładowania zależy głównie od tego w jaki sposób będziemy go ładować. Jak zatem dobrać odpowiedni kabel do ładowania?

shutterstock_548313280-2.jpg

Kupując używane auto elektryczne warto upewnić się czy w bagażniku znajduje się kabel do ładowania. Z drugiej strony pamiętajmy również o tym, że też niekoniecznie ten, który znajdziemy w bagażniku zakupionego auta będzie optymalnym modelem, dzięki któremu nasze auto naładuje się możliwie najszybciej. Nawet w przypadku zakupu nowego auta, otrzymamy z wyposażeniem standardowym zazwyczaj tylko ładowarkę przewodową niskiej mocy zasilaną z gniazdka. Natomiast właściwy kabel pozwalający uzyskać maksymalną moc ładowania z ładowarki garażowej lub publicznej jest dostępny w większości producentów za dopłatą. Warto wiedzieć, że podobnie jak w przypadku innych części zamiennych samochodu, również kable do ładowania są produkowane przez niezależnych producentów elektrotechniki dla producentów aut. Nie koniecznie musimy zatem kupować kabel od razu z autem. Czasem warto rozeznać rynek, aby zakupić kabel o takich samych parametrach jak zaleca producent auta, lecz o funkcjonalności i długości dostosowanej do naszych potrzeb i warunków.

Wybierając zatem jedno z poniższych typów aut z napędem alternatywnym, które mogą być ładowane z zewnętrznej ładowarki, niezbędny będzie również zakup odpowiedniego kabla. Wśród aut z „gniazdkiem” dostępnych na rynku wyróżniamy następujące rodzaje:

BEV (lub EV) – (Battery) Electric Vehicle – auto elektryczne bez silnika spalinowego, np.; Nissan Leaf, Renault Zoe, BMW i3s, Opel Ampera-e (Chevrolet Bolt), auta marki Tesla.

EREV - (Extended Range) Electric Vehicle – auto elektryczne z generatorem spalinowym (tzw. range extenderem), np.; BMW i3 Rex, Opel Ampera (Chevrolet Volt).

PHEV (lub PEV) – Plug-In (Hybrid) Electric Vehicle – auto hybrydowe z gniazdkiem ładowania, tzw. plug-in, np.; Toyota Prius Plug-In, Hyundai Ioniq Plug-In, BMW 225xe, Honda Clarity Plug-In.

Kable do ładowania nie przydadzą się natomiast kierowcom hybryd bez możliwości doładowania przewodowego:

HEV (lub HV) – Hybrid (Electric) Vehicle – auto hybrydowe (bez gniazda ładowania), np.; Toyota Prius, Lexusy z oznaczeniem „h”, Honda Insight, Honda CR-Z.

Sposoby ładowania aut elektrycznych i hybryd plug-in 

Jeśli mówimy o ładowaniu pojazdów zasilanych energią elektryczną należy przede wszystkim rozróżnić tak zwane „tryby ładowania”. W specyfikacjach producentów są one często oznaczane jako „Mode”. Ogólnie mówiąc określają one sposób podłączenia pojazdu, oraz wynikającą z tego funkcjonalność – szybkość ładowania. Aktualnie nie stosuje się już prawie ładowania w trybie 1, czyli bezpośredniego podłączenia stałym kablem wtyczką. Współcześnie rozróżniamy następujące tryby ładowania pojazdów:

Tryb 2 (mode 2) – od 2,3 do 22 kW mocy – prąd przemienny AC - ładowanie poprzez ładowarkę znajdującą się na przewodzie 230V AC włączaną do zwykłego gniazdka elektrycznego, która za urządzeniem posiada już odpowiedni wtyk do auta. Ładowarkę tego typu dołącza każdy producent jako wyposażenie seryjne nowego „elektryka”. Niezależni producenci oferują tego typu urządzenia w wersjach o wyższej mocy, i większej funkcjonalności, np.; z komunikacją Bluetooth.

Tryb 3 (mode 3) – od 3,7 kW do 22 kW mocy – prąd przemienny AC – ładowanie ze stacji naściennej tzw. „wallbox” lub wolnostojącej, poprzez kabel zakończony obustronnie wtykami do stacji i auta. Oba wtyki są blokowane na czas procesu ładowania. To właśnie w tym trybie w domu lub na mieście najczęściej będziemy ładować auto, zatem będziemy potrzebowali też odpowiedniego kabla.

Tryb 4 (mode 4) – od 43 kW - szybkie ładowanie DC. Wtyk do ładowania znajduje się zawsze na kablu zamontowanym na stałe do stacji ładowania. Proces następuje pośrednio przez zewnętrzną ładowarkę prądu stałego DC, która na bieżąco monitoruje swój stan. Z racji wysokich mocy zamontowany kabel ma dużą średnicę przekroju i jest zauważalnie cięższy od kabla AC.

Ilustracja przedstawiająca podłączenie w poszczególnych trybach ładowania. Źródło: Schneider Electric

Jaką wybrać wtyczkę? 

Pod klapką „tankowania” auta elektrycznego lub hybrydowego plug-in możemy znaleźć wyłącznie jeden rodzaj gniazda ładowania AC. Określa ono rodzaj wtyku, który pasuje do naszego auta - jest to wtyk typu 2 lub rzadziej spotykany typu 1. Natomiast od strony stacji gniazdo wejściowe zawsze będzie takie samo – typ 2. Różnicę widać na poniższych przykładach – niezależnie od typu wtyku w aucie, typ standardu gniazda od strony stacji jest taki sam.



na górze: przykład kabla typ 1 - Phoenix Contact PHX1628021           
na dole: przykład kabla typ 2 - Jazzy2Go - JAZ632328C

Komercyjne punkty ładowania posiadają zazwyczaj kabel, jednak wiele stacji do ładowania zwłaszcza bezpłatnych i tych postawionych przy sklepach, posiadają z reguły wyłącznie gniazda typu 2. Oznacza to, że zarówno od strony auta i od strony stacji mamy gniazdo, które będziemy musieli połączyć własnym kablem - odpowiednim dla posiadanego modelu samochodu. Nie ma chyba nic gorszego dla kierowcy auta elektrycznego, niż wybrać się na stację posiadającą gniazdko…bez kabla w bagażniku. Dlatego właśnie warto pomyśleć o zakupie własnego kabla AC, gdyż nawet publiczna stacja AC może być wyposażona wyłącznie w gniazda. Ponieważ dystrybutory paliwa dla aut spalinowych zawsze występują z przewodem zakończonym pistoletem, nie jesteśmy do tego przyzwyczajeni.

Niezależnie od tego nasze auto może posiadać dwa wejścia do ładowania pod klapką. Jedno wolniejsze do ładowania AC, drugie DC do ładowania szybkiego z publicznej ładowarki wysokiej mocy. Osobny kabel przyda się wyłącznie do tego pierwszego - do ładowania prądem przemiennym AC (tryb 3). Ładowanie DC (tryb 4) odbywa się wyłącznie przy użyciu znacznie grubszego i cięższego kabla zamontowanego do stacji.

Nissan Leaf 2017 - Podłączony wtyk AC Typu 2, i wolne gniazdo DC standardu CHAdeMO

Podstawowe standardy wtyków AC do ładowania to właśnie Typ 2 dla aut europejskich, oraz Typ 1 dla aut amerykańskich oraz japońskich. W przypadku wtyków ładowania szybkiego – prądem stałym DC rozróżniamy standardy CHAdeMO oraz CCS (Combined Charging System). Ten drugi potocznie jest nazwany „combo”. O ile standard ładowania CHAdeMO posiada ten sam kształt od wielu lat, o tyle w przypadku gniazd CCS występuje podział na CCS Typ 2 dla Europy oraz CCS Typ 1 w większości dla aut amerykańskich. Oba standardy są cały czas rozwijane pod kątem wzrostu maksymalnej mocy ładowania.

Gniazda „combo” są coraz powszechniej montowane w autach ponieważ ich funkcjonalność pozwala ładować zarówno z domowego gniazdka AC 230V, jak i w trasie – z szybkiej stacji prądu stałego DC. Inaczej mówiąc możemy ładować auto pośrednio przez ładowarkę pokładową (ang: („onboard charger”) prądem AC z niższą mocą (do 22 kW), lub bezpośrednio prądem DC (od 43 kW). W tym drugim przypadku prąd DC z ładowarki trafia bezpośrednio do baterii z pominięciem przekształtnika AC/DC w aucie. Wszystko dzieje się automatycznie - jednostka sterująca ładowaniem w aucie, sama rozpozna jaki wtyk podłączymy, i w zależności od tego energia będzie przekazywana włąśnie poprzez ładowarkę wbudowaną w układ elektryczny samochodu lub bezpośrednio do baterii.




                             

Gniazda standardu CCS – Combined Charging System – CCS Typ 1 oraz CCS Typ 2


Hybrydy plug-in nie posiadają obecnie złącz ładowania szybkiego DC, ponieważ większość aut tego typu dostępnych obecnie na rynku posiada pakiety akumulatorów o „pojemności” zaledwie do ok. 10 kWh - kilowatogodzin. Zatem kable do ładowania hybryd plug-in to zazwyczaj najtańsze jednofazowe warianty o mocy 3,7 kW np.; (Phoenix Contact PHX1404876, czy Jazzy2Go JAZ616115). Ładowarki pokładowe montowane w plug-inach i tak w większości przypadków nie obsłużą wyższych mocy, więc stosowanie mocniejszych kabli jest pozbawione sensu.

Trochę teorii – moc a kompatybilność kabla 

Moc elektryczna wyrażana w Watach (1 kW = kilowat = 1000 Watów) zależy od wartości natężenia prądu i napięcia w obwodzie. Moc maksymalną kabla określa zatem ilość faz 230V AC (jedna lub trzy) oraz nominalna wartość natężenia prądu wyrażana w Amperach (16A lub 32A), którą też warunkuje średnica przekroju poprzecznego wewnętrznych przewodów kabla (2,5 mm2 lub 6 mm2). Występuje zatem kilka zupełnie różnych konfiguracji mocy. Tu należy postawić pytanie – skąd stacja „wie” jaki kabel podłączyliśmy do gniazda?

Do rozpoznania kabla służą oporniki podłączone wewnątrz wtyków Typ 1 i 2, których wartość rezystancji – oporu elektrycznego „informuje” układ ładowania o maksymalnej wartości prądu, która może zostać przepuszczona przez przewody fazowe kabla. Niezależnie od tego komunikacja pomiędzy ładowarką a autem, zachodzi poprzez styki sygnałowe kabla, dzięki któremu układ dostaje informacje, że może zablokować wtyki przed rozpoczęciem ładowania. Również dzięki komunikacji w przypadku zbyt wysokiej temperatury moc ładowania może zostać ograniczona, nie powodując przerwania procesu. W awaryjnych sytuacjach proces zostanie jednak zatrzymany nie dopuszczając do spowodowania uszkodzeń lub pożaru.

W tabeli pokazano standardowe poziomy mocy ładowania prądem przemiennym AC, wynikające bezpośrednio ze wspomnianych wcześniej parametrów.

Niezależnie od mocy wbudowanej ładowarki pokładowej auta, można zastosować kabel zawierający pasujący wtyk typu 1 lub typu 2, o dowolnej mocy maksymalnej. Zatem nawet jeśli ilość faz kabla, czy maksymalny prąd ładowania, który jest w stanie przepuścić, są inne niż może obsłużyć ładowarka pokładowa naszego auta, ładowanie będzie możliwe. Moc maksymalna ładowania prądem przemiennym AC, zależy w pierwszej kolejności od dopuszczalnej mocy urządzeń uczestniczących w procesie - każdego z osobna: mocy stacji ładującej, mocy kabla oraz mocy ładowarki pokładowej auta. Należy tu przypomnieć, że podczas szybkiego ładowania prądem stałym DC, nie jesteśmy ograniczani mocą ładowarki pokładowej. Natomiast przy ładowaniu wolnym i pół-szybkim dochodzącym do 22 kW, prąd przemienny AC jest zamieniany przez przekształtnik auta na prąd stały DC i zostaje „zmagazynowany” w ogniwach akumulatora trakcyjnego pojazdu.

Czas ładowania będzie zatem tym krótszy, im większa moc. Jednak dla każdego przypadku - moc maksymalna procesu ładowania będzie równa maksymalnej mocy jaką dysponuje najsłabsze ogniwo w „łańcuchu” ładowania. Przykładowo nawet jeśli ładowarka i kabel do ładowania są trójfazowe o mocy maksymalnej 22 kW, a ładowarka pokładowa auta ma zaledwie 3,7 kW, to właśnie z taką mocą maksymalną będzie można naładować auto. Analogicznie gdy stacja ładowania dysponuje mocą 22 kW i ładowarka pokładowa w aucie również może pracować z taką mocą, lecz zastosujemy kabel jednofazowy o mocy 7,4 kW – ograniczymy moc do wartości minimalnej w układzie - czyli do wartości mocy maksymalnej kabla. W każdym przypadku jednak będziemy w stanie rozpocząć ładowanie, bez obawy, że uszkodzimy kabel lub układ po stronie auta lub stacji ładowania. Poza wydłużonym czasem ładowania, nic złego się nie stanie.

Czasem podawana nominalna wartość mocy jest trochę niższa lub wyższa, jednak analogicznie określa ww. wariant przyłącza pod kątem ilości faz i wartości natężenia prądu. Przykładowo znany producent kabli do ładowania Phoenix Contact podaje wyższe poziomy - analogiczne: 5 / 8 / 16,63 i 26,6 kW. Jest to zamienne z pokazanymi w zestawieniu poziomami mocy. Jednak w przypadku gdyby np.; ładowarka auta pozwalała na ładowanie z mocą np.; 4,6kW – kabel tego producenta o mocy maksymalnej 5kW będzie lepszym rozwiązaniem niż kabel innego producenta o deklarowanej mocy 3,7kW. W drugą stronę podobnie - jeśli np.; ładowarka pokładowa auta miałaby np.; 3,3kW mocy, kupowanie mocniejszego i tym samym droższego kabla – nie przyspieszy ładowania. 

Jak wybrać odpowiedni kabel?

Poznaliśmy już techniczne zagadnienia związane z doborem właściwego typu kabla do naszego auta. Warto wiedzieć, że katalog Inter Cars zawiera kompletne i aktualne informacje na temat poziomu mocy dostępnego dla danego auta. Można to sprawdzić podglądając produkty znajdujące się z zakładce „Układ elektryczny napędowy” dostępnej dla każdego auta z opcją ładowania. Poniżej znajduje się zestawienie najważniejszych kryteriów doboru, na które warto zwrócić uwagę przy wyborze:

  • Po pierwsze – Bezpieczeństwo

Zgodność z założeniami norm IEC 62196 (SAE J1772 dla Typu 1 i IEC 62196-2 dla Typu 2). Ważny jest sprawdzony i przebadany, a nie tylko deklarowany przez producenta poziom bezpieczeństwa. Zarówno jeśli mówimy o zgodności ze standardami, jak i klasą ochronności IP oraz palności materiałów V0. Ponieważ wewnątrz kabla płynie prąd wielokrotnie większy od tego, który stanowi śmiertelne zagrożenie dla człowieka, nie warto kupować tanich kabli „no-name” na portalach aukcyjnych. Nie da się bowiem wyprodukować kabla z dobrych i trwałych materiałów, gwarantujących wieloletnie bezpieczeństwo użytkowania, który spełniając ww. wymogi będzie jednocześnie tani. Również używany lub naprawiany kabel to ryzyko - mieć naruszoną izolację lub nie zapewniać już odpowiedniej klasy ochronności jak wtedy gdy był nowy. Kabel z niesprawdzonego źródła po jakimś czasie może powodować błędy podczas ładowania na skutek niespełniania parametrów elektrycznych, zwłaszcza przy publicznych ładowarkach stacjonarnych.

  • Typ wtyku auta

Jak wspomniano wcześniej – kabel dobieramy przede wszystkim pod kątem typu gniazdka w naszym aucie. Do wyboru mamy typ 1 lub typ 2.

  • Moc maksymalna i ilość faz

Podstawowe kryterium doboru kabla. Warto wiedzieć, że głównym parametrem, według którego dobiera się kable do danego modelu auta jest moc ładowarki pokładowej AC. Jeśli będziemy używać kabel wyłącznie dla auta z ładowarką jednofazową np.; 3,7 kW, nie warto przepłacać za trójfazowy kabel 22 kW. Oprócz tego, że nie wykorzystamy w pełni jego możliwości, będzie on zauważalnie bardziej problematyczny w użytkowaniu. Grubszy przekrój wpływa na sztywność, co sprawi więcej problemów podczas zwijania do bagażnika. Kabel o wyższej mocy będzie jednocześnie cięższy – waga kompletnych kabli waha się od 1,5 kg dla mocy 3,7kW do nawet 6 kg, dla niektórych modeli o najwyższej mocy.

  • Prosty czy spiralny?

Prosty kabel to większa swoboda i dłuższa możliwa odległość od ładowarki przy podłączaniu. Można go ułożyć wg uznania, niezależnie od tego jak wjechaliśmy w miejsce parkingowe względem ładowarki. Alternatywą jest kabel spiralny, który podłączony będzie wisiał w powietrzu pomiędzy gniazdami. Ma to swoje zalety przy ładowaniu podczas deszczu lub śniegu, ponieważ nie będzie trzeba go często czyścić z brudu czy błota. Wersja spiralna zajmuje również mniej miejsca i znacznie ułatwia ponowne schowanie całości do torby lub pokrowca.

  • Długość

Przewody proste (nierozciągliwe) dostępne są w długościach od 4 do nawet 10 metrów, natomiast przewody spiralne (rozciągliwe) zazwyczaj występują tylko w jednej wersji długości – 4 metrów. W dobrych kablach spiralnych zakres roboczy wynosi połowę długości ukształtowanego w sprężynę kabla. Tzn. 8 metrowy spiralny przewód będzie rozciągał się na długość 4 metrów. Jest to cecha, która różni markowe kable od tanich chińskich zamienników, które nie są w stanie bez odkształceń/uszkodzeń rozciągnąć się na odpowiednią długość. Jeśli zastosowano znaczne krótszy odcinek kabla, nie rozciągnie się go na kilka metrów bez uszkodzenia. Natomiast w niskich temperaturach będzie on po prostu pękał, gdyż izolacja wykonana z mniej odpornego tworzywa nie wytrzyma długo regularnych naprężeń. Nierozciągnięty kabel spiralny będzie miał zazwyczaj ok. 1 metra długości, przez co łatwo nad nim zapanować wkładając do bagażnika.

* Jakość a cena

Wysoka jakość kabla do ładowania jest nie do przecenienia, gdyż używane niemal codziennie przewody są regularnie zgniatane, zwijane, przycierane, a czasem też upuszczane na ziemię, deptane czy nawet najeżdżane przez auto korzystające z ładowarki obok. Żywotność kabla wyrażaną przez producentów jako minimalna ilość podłączeń, dla wiodących producentów dostępnych w Polsce, np.; Phoenix Contact, Schneider Electric czy Jazzy2Go wynosi przynajmniej 10 tysięcy cykli. Zatem nawet ładując auto codziennie przez cały rok, jego wytrzymałość sprawi, że nowy kabel wystarczy nie tylko na cały okres użytkowania auta, ale nada się również przy eksploatacji następnego.

Mieć czy nie mieć?

Jeśli ładujemy auto wyłącznie we własnym garażu, prawdopodobnie korzystamy najczęściej z ładowarki podłączanej do gniazdka 230V AC, którą otrzymaliśmy od producenta auta. Jeśli ładujemy auto regularnie przez całą noc, niższa moc ładowania takiego rozwiązania nie będzie nas ograniczała. Z czasem jednak auta zasilane energią elektryczne EV i hybrydowe Plug-In (PHEV) staną się bardziej popularne. Przybędzie też stacji do ładowania przy sklepach czy biurowcach. Zarówno płatnych jak również tych bezpłatnych. Koszt zakupu osobnego kabla wydaje się spory, jednak rozkładając to na całkowitą ilość podłączeń -  cykli ładowania, a także biorąc pod uwagę możliwość darmowego ładowania w niektórych lokalizacjach, może się okazać, że inwestycja zwróci się szybciej niż mogłoby się wydawać. Nie ulega wątpliwości, że przynajmniej przez jeszcze jakiś czas tańsze kable o najniższej dostępnej mocy 3,7kW będą najlepszym wyborem właśnie dla starszych elektryków oraz hybryd z gniazdkiem „plug-in”. Co więcej nawet jeśli nasze auto, posiada mocniejszą ładowarkę pokładową, a i tak mamy czas na jego ładowanie np.; w czasie pracy, w domu po pracy – warto za stosować kabel niższej mocy. Niektóre auta posiadają również funkcję ograniczenia mocy ładowarki pokładowej. Ładowanie prądem przemiennym AC w stosunku do szybkiego ładowania DC, to niższa moc ładowania, która na pewno przyczyni się do dłuższego utrzymania lepszego parametru SoH (State of Heatlh) pakietu akumulatorów. Ładując z niższą mocą na pewno wydłużymy żywotność ogniw akumulatorowych, i znacznie wolniej będzie on tracił swoją pojemność na skutek degradacji. Zatem ładowanie z niższą mocą, na pewno przyczyni się do utrzymania większej sprawności akumulatora trakcyjnego.

Warto jeszcze pamiętać, iż żaden z producentów aut oraz wyposażenia elektrycznego do ładowania aut, nie dopuszcza stosowania jakichkolwiek przedłużaczy, adapterów czy ”przejściówek” gniazd lub wtyków. Niedozwolone jest również stosowanie „rozgałęziaczy” elektrycznych podczas ładowania w trybie 2. Oprócz tego, iż możemy stracić gwarancję zarówno na auto jak i na wyposażenie, pamiętajmy o tym jak wiele ryzykujemy, stosując tego typu „dodatki”. Nie zapewnią one wymaganego stopnia ochronności IP, a także nie będą w stanie zablokować mechanicznie układu przez przypadkowym rozłączeniem. Używajmy zatem wyłącznie dedykowanych produktów znanych firm zgodnie z ich przeznaczeniem. Dobrą praktyką jest od razu zainwestowanie w kabel wysokiej jakości, zwłaszcza gdy wiemy, że kolejne auto za parę lat również będzie elektryczne lub hybrydowe plug-in. Biorąc pod uwagę, że standard wtyków do ładowania nie zmieni się jeszcze przez wiele lat, tym bardziej warto wybrać dobrej jakości przewód do ładowania auta o żądanej funkcjonalności i wytrzymałości. Zapewnimy sobie tym samym trwałe, bezproblemowe i bezpieczne podłączanie naszego „elektryka” na co dzień.

Artykuły powiązane