Na elektriko: Polnilne izgube pri polnjenju električnih avtomobilov

Ali veste, koliko električne energije porabite za polnjenje vašega električnega avta? Če menite, da toliko, kot prikazuje potovalni računalnik, se motite. Pri polnjenju električnih avtov namreč pride do izgube energije, ki jo sicer (tako ali drugače) plačate, a ne konča v celoti v akumulatorskem sklopu vašega avtomobila. Polnilne izgube so neizbežne in se jih ne da preprečiti, razlikujejo pa se po tem, ali polnimo z izmeničnim tokom ali z enosmernim, odvisne so moči oziroma hitrosti polnjenja, od kakovosti pretvornika v avtu, od kakovosti polnilnih postaj, kablov in še česa. 

Polnjenje z izmeničnim tokom: iz domače vtičnice ali stenske polnilnice?  

Marsikateri uporabnik električnega avta polni svoj avto kar s posebnim polnilnim kablom, vtaknjenim v domačo 220-voltno vtičnico. Moč takšnega polnjenja je zelo omejena in običajno ne presega nekaj kW. Polnjenje prek domače polnilne postaje običajno poteka z nekaj večjo močjo (do 11 kW ali v redkejših primerih do 22 kW), čeprav sodobne domače polnilnice pogosto zmanjšujejo polnilno moč glede na obremenjenost domačega omrežja. Preskus partnerskega kluba ADAC je pokazal, da je učinkovitost domačih stenskih polnilnic boljša od polnjenja iz gospodinjske 220-voltne vtičnice oziroma da so takrat izgube manjše. 

Ker lahko akumulator električnega avta shranjuje le enosmerni tok, električno omrežje pa dobavlja izmenični tok, mora vgrajeni polnilnik ta tok pretvoriti v enosmerni tok. Že tu nastanejo znatne izgube. Dodatne izgube nastanejo v 12-voltnem električnem omrežju avtomobila; med polnjenjem je aktivnih več krmilnih naprav, ki za delovanje svojih komponent zahtevajo električno energijo. Samo za delovanje komponent za krmiljenje postopka polnjenja je potrebnih 100 do 300 W električne moči. Če je vozilo pri počasnem polnjenju dlje časa priključeno na vtičnico, se s pretečenim časom povečujejo tudi izgube pri polnjenju. Nekaj odstotkov k skupnim polnilnim izgubam prispeva tudi (dolga) električna napeljava do vtičnice v garaži ali na zunanjem parkirišču pred hišo; to je treba upoštevati zlasti pri starejših hišnih napeljavah. 
Nasprotno pa so izgube zaradi hišnega razdelilnika, polnilnega kabla, visokonapetostnih kablov v avtomobilu in samega visokonapetostnega akumulatorskega sklopa zanemarljivo majhne. Pri polnjenju na gospodinjski vtičnici zaradi majhnih tokov odpade na primer tudi uravnavanje temperature akumulatorskega sklopa. 

V povprečju izgube pri polnjenju na gospodinjski vtičnici znašajo od 10 do 30 odstotkov. Povedano drugače: čeprav nam avto kaže, da smo vanj “pretočili” za 10 kWh energije, smo v resnici lahko porabili tudi 13 kWh. 

Kot rečeno, so polnilne izgube pri polnjenju na domačih stenskih polnilnih postajah (“wallboxih”) praviloma manjše kot pri polnjenju iz gospodinjske vtičnice. Polnjenje na domači stenski polnilnici običajno poteka trifazno (namesto enofazno) in zato z večjo polnilno močjo. Poleg tega so sodobne stenske polnilnice na domače omrežje povezane z močnejšimi napajalnimi kabli, ki skoraj povsem izničijo izgube v napeljavi. Ostanejo izgube pri pretvarjanju izmeničnega toka v enosmernega. Najpomembnejša razlika je v lastni porabi elektronskih naprav v vozilu. Ta je v primerjavi s porabo pri polnjenju iz gospodinjske 220-voltne vtičnice precej manjša, saj se akumulatorsku sklop prek stenske polnilnice polni bistveno hitreje, zato je čas delovanja stranskih porabnikov precej krajši. 
V povprečju izgube pri polnjenju na trifazni stenski polnilnici znašajo od 5 do 10 odstotkov, kar pomeni, da smo za 10 kWh energije v našem avtu porabili do 11 kWh energije iz omrežja. 

Polnjenje z enosmernim tokom: izgube zaradi neprimernih temperatur

Ob primerjavi polnjenja z izmeničnim ali enosmernim tokom je treba najprej opozoriti, da pri polnjenju z enosmernim tokom odpade pretvorba izmeničnega v enosmerni tok. Kot smo že zapisali, akumulatorski sklop elektrilčnega avta shranjuje enosmerni tok,  ki v tem primeru prihaja iz enosmernega polnilnega kabla, pretvorba omrežnega izmeničnega toka v enosmerni tok pa poteka v polnilni postaji - in ne v našem avtu. To znatno zmanjša izgube, saj “pretočeno” električno energijo merimo (in plačamo) od polnilne postaje do avtomobila. 

Ali hitro polnjenje škodi akumulatorskim sklopom električnih avtomobilov?

Zato pa izgube energije pri hitrem enosmernem polnjenju nastanejo drugje. Razlog za to je toplota, ki zaradi visokih polnilnih tokov nastaja v batrijskih celicah akumulatorskih sklopov. Litij-ionske baterijske celice ne marajo mraza, pa tudi ne vročine. Zato mora električni avtom pri visokih polnilnih močeh pogosto vklopiti hlajenje akumulatorskega sklopa, da se baterijske celice ne pregrejejo. Električni avto energijo, ki jo potrebuje za hlajenje, dobi neposredno iz polnilne postaje, kar pomeni, da ta energija ne konča v akumulatorskem sklopu - pa čeprav nam števec na polnilni postaji kažem da smo jo porabili in da jo moramo plačati.  
Še večje so izgube energije, če je treba akumulatorski sklop ogrevati pri izrazito nizkih temperaturah okolice. V nasprotnem primeru se baterijske celice slabo polnijo in postopek polnjenja traja bistveno dlje. Tudi energija za ogrevanje se črpa neposredno iz polnilne postaje.
Preskus je pokazal, da polnilne izgube pri hitrem polnjenju z enosmernim tokom pri štirih preskusnih avtomobilih znašajo v povprečju 3 odstotke, a se tudi hitro povečajo za dodatnih 2 do 8 odstotkov, če je treba akumulatorske sklope v avtih predhodno ogrevati - na primer v zimskem času pri nizkih zunanjih temperaturah. V tem primeru gre na začetku polnjenja kar nekaj kilovatov moči za ogrevanje akumulatorskih sklopov. 

V povprečju znašajo izgube energije pri polnjenju z enosmernim tokom med 5 in 15 odstotki.

AMZS priporočila za uporabnike električnih avtov