Τι είναι η αρχιτεκτονική ενός EV-Γιατί έχει διαφορά το 400V απο το 800V;

Αν υπάρχει ένας όρος που έχει αρχίσει να εμφανίζεται ολοένα και περισσότερο στις παρουσιάσεις νέων ηλεκτρικών αυτοκινήτων, αυτός είναι η αρχιτεκτονική υψηλής τάσης. Οι κατασκευαστές μιλούν για συστήματα 400V, 800V, ακόμη και 1.000V, παρουσιάζοντάς τα ως σημαντικό τεχνολογικό πλεονέκτημα.

Για τον οδηγό, όμως, όλα αυτά μπορεί να ακούγονται λίγο σαν ηλεκτρολογική διάλεξη, οπότε προκύπτει το ερώτημα αν χρειάζεται να μας ενδιαφέρει αυτό το σκέλος των νέων ηλεκτρικών αυτοκινήτων ή όχι; 

Στην πραγματικότητα, η βασική ιδέα είναι αρκετά απλή. Η ηλεκτρική αρχιτεκτονική καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο το αυτοκίνητο παράγει, μεταφέρει, αποθηκεύει και διαχειρίζεται την ηλεκτρική ενέργεια. Και όσο αυξάνεται η τάση του συστήματος, τόσο περισσότερη ισχύς μπορεί να μεταφερθεί με μικρότερο ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία στην ταχεία φόρτιση, αλλά επηρεάζει και αρκετά ακόμη σημεία ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου.

Τι σημαίνει "αρχιτεκτονική" σε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο;

Στην καρδιά των ηλεκτρικών αυτοκινήτων βρίσκεται η μπαταρία υψηλής τάσης, η οποία συνδέεται με μια σειρά από εξαρτήματα που πρέπει να συνεργάζονται μεταξύ τους. Σε αυτά περιλαμβάνονται οι ηλεκτροκινητήρες, οι inverter που μετατρέπουν το ηλεκτρικό ρεύμα ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους κινητήρες, οι φορτιστές, οι μετατροπείς DC/DC, η καλωδίωση υψηλής τάσης και φυσικά τα ηλεκτρονικά συστήματα που ελέγχουν ολόκληρη τη διαδικασία.

Όλα αυτά αποτελούν μέρος της ηλεκτρικής αρχιτεκτονικής του αυτοκινήτου. Επομένως, όταν ένας κατασκευαστής λέει ότι ένα μοντέλο χρησιμοποιεί 800V αρχιτεκτονική, δεν εννοεί απλώς ότι "η μπαταρία έχει 800 Volt". Μιλά για το ονομαστικό επίπεδο τάσης στο οποίο λειτουργεί το βασικό ηλεκτρικό σύστημα υψηλής τάσης του αυτοκινήτου.

Γιατί υπάρχουν τα 400V και τα 800V;

Μάλλον το πιο ενδιαφέρον αλλά και ενδεικτικό για να καταλάβει κανείς την αξία της γνώσης πάνω στην αρχιτεκτονική είναι ο τρόπος που λειτουργεί το ρεύμα. Η ηλεκτρική ισχύς υπολογίζεται με τον τύπο που αφορά την τάση επί το ρεύμα. Δηλαδή για να μεταφέρουμε μεγάλη ισχύ μπορούμε είτε να αυξήσουμε την τάση, είτε να αυξήσουμε το ρεύμα.

Αυτό σημαίνει πως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με αρχιτεκτονική σε υψηλότερα Volt απαιτούν πολύ μικρότερο φορτίο ρεύματος για να αποδώσουν την απαιτούμενη ισχύ.

Για παράδειγμα ένα αυτοκίνητο που αποδίδει 325 ίππους, δηλαδή 240 kW ηλεκτρικής ισχύος, αν έχει κατασκευαστεί με αρχιτεκτονική 400V θα απαιτεί 600 Ampere ρεύματος, την στιγμή που το ηλεκτρικό αυτοκίνητο των 800V θα απαιτεί 300 Ampere.

Γιατί το χαμηλότερο ρεύμα είναι πλεονέκτημα;

Το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί θερμότητα όταν περνά μέσα από αγωγούς και ηλεκτρικά εξαρτήματα. Όταν το ρεύμα θερμαίνεται χάνεται ενέργεια. Εάν μπορούμε να πετύχουμε την ίδια ισχύ με υψηλότερη τάση και χαμηλότερο ρεύμα, περιορίζουμε αυτές τις απώλειες.

Αυτό μπορεί να έχει αρκετές συνέπειες. Μπορεί να μειωθεί η θερμότητα που πρέπει να διαχειριστεί το σύστημα, να περιοριστούν οι απώλειες κατά τη μεταφορά ενέργειας και να γίνει ευκολότερη η διαχείριση πολύ υψηλών επιπέδων ισχύος.

Δεν σημαίνει ότι ένα αυτοκίνητο 800V δεν έχει απώλειες. Σημαίνει ότι η υψηλότερη τάση δίνει στους μηχανικούς ένα σημαντικό πλεονέκτημα όταν θέλουν να μεταφέρουν πολύ μεγάλη ισχύ.

Η μεγάλη διαφορά φαίνεται στη φόρτιση

Τα τελευταία χρόνια οι ταχυφορτιστές συνεχίζουν να αυξάνουν την ισχύ τους. Από τους φορτιστές των 50 kW περάσαμε στους 100 και 150 kW, στη συνέχεια στους 250 και 350 kW, ενώ πλέον υπάρχουν συστήματα που ξεπερνούν κατά πολύ αυτά τα επίπεδα.

Για να μπορεί ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο να αξιοποιήσει τέτοια ισχύ χωρίς να αυξηθεί υπερβολικά το ρεύμα, η υψηλότερη τάση είναι ιδιαίτερα χρήσιμη.

Ένα αυτοκίνητο 800V μπορεί, θεωρητικά, να δεχθεί 300 kW με περίπου 375 A. Για να δεχθεί την ίδια ισχύ ένα σύστημα 400V, θα χρειαστούν περίπου 750 A.

Αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε 800V αυτοκίνητο φορτίζει με 300 kW ή ότι κάθε 400V αυτοκίνητο περιορίζεται σε χαμηλότερη ισχύ. Η πραγματικότητα είναι πιο σύνθετη γιατί για να φορτίσει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο πολύ γρήγορα πρέπει να συνεργάζονται σωστά αρκετά διαφορετικά συστήματα και δεν αρκεί η υψηλή αρχιτεκτονική.

Σημαντικό ρόλο παίζουν η χωρητικότητα και η χημεία της μπαταρίας, η θερμοκρασία της, το σύστημα ψύξης, το λογισμικό διαχείρισης της φόρτισης, ο inverter, ο φορτιστής και φυσικά η πραγματική δυνατότητα του σταθμού φόρτισης.

Τι σχέση έχει η αρχιτεκτονική με την αυτονομία;

Όχι αυτή που θα περίμενες. Δηλαδή, ένα αυτοκίνητο 800V δεν έχει αυτόματα μεγαλύτερη αυτονομία από ένα αντίστοιχο 400V. Η αυτονομία εξαρτάται κυρίως από τη χωρητικότητα της μπαταρίας, την αποδοτικότητα του συστήματος κίνησης, την αεροδυναμική, το βάρος, τα ελαστικά, τη θερμοκρασία και τον τρόπο οδήγησης.

Η υψηλότερη τάση μπορεί όμως να βοηθήσει στη συνολική αποδοτικότητα του ηλεκτρικού συστήματος, καθώς μειώνει τις απώλειες που συνδέονται με τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας. Μπορεί να βοηθήσει δηλαδή στην κατανάλωση και στις χαμηλές απώλειες, ώστε η ενέργεια που εξασφαλίζεται από το σύνολο του συστήματος να αξιοποιείται σωστά. 

Και τι γίνεται με τις επιδόσεις;

Εδώ κάτι γίνεται. Η υψηλή τάση μπορεί να βοηθήσει σημαντικά. Οι ηλεκτροκινητήρες των σύγχρονων ηλεκτρικών αυτοκινήτων μπορούν να απαιτήσουν πολύ μεγάλη ηλεκτρική ισχύ, ιδιαίτερα όταν το αυτοκίνητο επιταχύνει έντονα. Η δυνατότητα μεταφοράς υψηλής ισχύος με μικρότερο ρεύμα μπορεί να διευκολύνει τον σχεδιασμό του συστήματος κίνησης και τη διαχείριση της θερμότητας.

Ωστόσο, ούτε εδώ πρέπει να θεωρούμε ότι ένα αυτοκίνητο 800V είναι υποχρεωτικά ταχύτερο από ένα 400V. Η τελική απόδοση εξαρτάται από τον ηλεκτροκινητήρα, τον inverter, την μπαταρία, το λογισμικό και φυσικά από το πόση ισχύ είναι σχεδιασμένο να αποδίδει συνολικά το αυτοκίνητο.

Τι σημαίνουν όλα αυτά για τον οδηγό;

Στην καθημερινότητα ο οδηγός δεν πρόκειται να αισθανθεί ότι οδηγεί ένα "800V αυτοκίνητο". Δεν υπάρχει διαφορετικός ήχος, ούτε κάποια ένδειξη στην οδήγηση που να αποκαλύπτει από μόνη της την αρχιτεκτονική.

Το πλεονέκτημα εμφανίζεται κυρίως όταν το αυτοκίνητο συνδεθεί σε έναν ισχυρό DC ταχυφορτιστή. Εκεί μια καλά σχεδιασμένη αρχιτεκτονική υψηλής τάσης μπορεί να επιτρέψει πολύ υψηλή ισχύ φόρτισης και, κυρίως, να μειώσει τον χρόνο που χρειάζεται ο οδηγός για να συνεχίσει το ταξίδι του. Και αυτό είναι σημαντικό όφελος στην πράξη, τελικά.

Για έναν οδηγό που φορτίζει σχεδόν αποκλειστικά στο σπίτι, η διαφορά μεταξύ 400V και 800V μπορεί να είναι πολύ λιγότερο σημαντική. Για κάποιον που κάνει συχνά μεγάλα ταξίδια και χρησιμοποιεί ταχυφορτιστές, όμως, η διαφορά μπορεί να είναι ουσιαστική.

Άρα, αξίζει να αγοράσω 800V;

Η σύντομη απάντηση είναι ναι, εφόσον όλα τα υπόλοιπα δεδομένα του αυτοκινήτου είναι αντίστοιχα καλά. Η αρχιτεκτονική υψηλής τάσης είναι ένα πραγματικό τεχνολογικό πλεονέκτημα, ειδικά για αυτοκίνητα που έχουν σχεδιαστεί να αξιοποιούν πολύ υψηλές ισχύς φόρτισης.

Δεν πρέπει όμως να γίνει το νέο "μαγικό νούμερο" της αγοράς ηλεκτρικών. Αν για παράδειγμα, ένα νέο ηλεκτρικό αυτοκίνητο είναι αρχιτεκτονικής 800V αλλά δεν έχει μεγάλη μπαταρία, inverter, ή κάποια από τα υπόλοιπα εξαρτήματα, δεν θα είναι καλύτερο από ένα αυτοκίνητο 400V.