Domowa stacja ładowania samochodów elektrycznych: rodzaje i ważne parametry

2020-03-30 18:47 Sebastian Malinowski
Domowa stacja ładowania smochodów elektrycznych
Autor: Gettyimages Domowe stacje ładowania samochodów elektrycznych można montować na ścianie np. garażu lub na dedykowanym do urządzenia słupku

Do ładowania samochodu elektrycznego ze zwykłego gniazdka 230 V wystarczy ładowarka, będąca elementem jego wyposażenia. Proces ten jest jednak długotrwały, gdyż przekazywana w ten sposób moc jest stosunkowo mała. Problem ten rozwiązuje zakup domowej stacji ładowania.

Naładowanie prądem z domowego gniazdka 230 V akumulatorów niedużego, miejskiego auta elektrycznego zajmuje około 12 godzin. Przez ten czas instalacja obciążona jest mocą 2,3 kW, co można porównać do pracującego non-stop czajnika elektrycznego. Przewody, a zwłaszcza ich połączenia, nagrzewają się tym bardziej, im dłużej płynie w nich prąd. Przy nowej, dobrze wykonanej instalacji nie powinno być z tym problemów. Jednak w przypadku starszych domów tak intensywna eksploatacja może prowadzić do przegrzewania się połączeń, w konsekwencji do awarii, a w sytuacjach ekstremalnych nawet do pożaru. Istnieje również drugi minus korzystania z fabrycznego kabla, jakim jest długi czas ładowania. Przy mocy 2,3 kW samochód wyposażony w akumulatory o większej pojemności może się ładować nawet dwie doby, co w przypadku konieczności codziennego wykorzystywania go do dłuższych przejazdów staje się bardzo uciążliwe.

Domowa stacja ładowania samochodu: czy jest potrzebna?

Aby rozwiązać ten problem, uchronić instalację elektryczną przed uszkodzeniem i co ważne, znacząco podnieść komfort użytkowania samochodu elektrycznego, potrzebna jest większa moc prądu ładowania, jaką może zapewnić domowa stacja ładowania pojazdów. Umożliwia ona szybkie i bezpieczne uzupełnianie energii w akumulatorach samochodu. Po powrocie z pracy właściciel podłącza samochód do stacji i ładuje w ciągu nocnego postoju, a rano auto jest gotowe do długiej drogi. Tego typu urządzenia montuje się zazwyczaj na ścianie garażu w miejscu umożliwiającym wygody dostęp (tzw. wallbox) lub na specjalnym słupku na terenie posesji. Taka domowa stacja ładowania jest niezbędna, by móc w pełni wykorzystywać możliwości, jakie dają samochody z akumulatorami dużej pojemności (Tesla, Audi).

Jeżeli jesteś zainteresowany zakupem stacji ładowania samochodu elektrycznego, przeczytaj nasz poradnik, w którym staramy się pokazać, czym kierować się przy jej wyborze. Opisujemy parametry techniczne złączy i ładowarek, na czym polega ich instalacja i jak dobrać konkretny model kompatybilny z posiadanym autem.

Proces ładowania akumulatorów

Ładowanie samochodu może być realizowane prądem przemiennym (AC) lub stałym (DC). W pierwszym przypadku czas ładowania jest uzależniony od źródła prądu oraz podzespołów zastosowanych w pojeździe. Elektronika sterująca przetwornicą auta, nazywaną też konwerterem mocy albo prostownikiem, decyduje, jaką maksymalną mocą mogą być ładowane akumulatory, aby nie uległy szybkiemu zniszczeniu. Prostownik przekształca prąd przemienny w stały i przekazuje go do baterii. Prąd przemienny pobierać można bezpośrednio z gniazdka 230 V lub poprzez domową stację ładowania.

Inaczej jest w przypadku prądu stałego. Akumulatory ładowane są wtedy znacznie większą mocą z pominięciem przetwornicy w samochodzie. Dzięki temu proces może przebiegać o wiele szybciej. Ładowarki do samochodów elektrycznych typu DC spotkamy w miejscach publicznych, przy autostradach, hotelach, na stacjach benzynowych czy na parkingach pod galeriami handlowymi.

Domowa stacja ładowania prądem przemiennym (AC)
Autor: materiały prasowe Kompaktowa i prosta w użyciu domowa stacja ładowania samochodów elektrycznych prądem przemiennym (AC) firmy GARO HC

Domowa ładowarka dopasowana do samochodu

Auta elektryczne różnią się między sobą. Standardowo na wyposażeniu samochodu elektrycznego znajdziemy przenośną ładowarkę podłączaną do gniazdka 230 V. Ma ona zazwyczaj małą moc 2,3 kW, jest wyposażona w sterownik kontrolujący parametry ładowania, zabezpieczenia elektryczne i diody sygnalizujące. Są one wolne, a ich obsługa jest niezbyt wygodna. Zastosowanie domowej stacji ładowania pozwala zwiększyć moc ładowania nawet dziesięciokrotnie - do 22 kW. Jeszcze większą moc, nawet 150 kW, mają już tylko szybkie, publiczne ładowarki wykorzystujące prąd stały.

Domowe stacje ładowania mogą być zasilane prądem jednofazowym o mocy od 3,6 do 7,4 kW lub trójfazowym o mocy od 11 do 22 kW. Wybierając domową stację należy pamiętać, że prostowniki oraz układy sterujące wbudowane w samochody elektryczne mają ograniczenia mocy ładowania prądem przemiennym. Najczęściej spotykane moce pokładowych prostowników w samochodach elektrycznych i hybrydach typu plug-in to 3,6 kW (jednofazowy na prąd o natężeniu 16 A), 7,4 kW (jednofazowy na prąd o natężeniu 32 A) i 11 kW (trójfazowy na prąd o natężeniu 16 A). Występują również warianty pośrednie np. 6,6 kW. 

Przykładowo, ładowanie Nissana Leaf II w słabszej wersji może się odbywać z maksymalną mocą 3,6 kW (w mocniejszej wersji jest to 6,6 kW). Mercedes EQC może być ładowany mocą 7,4 kW, ograniczenie prostowników Audi e-tron to 11 kW, Skoda CITIGO-e iV umożliwia ładowanie prądem przemiennym o mocy do 7,2 kW, a akumulatory Renault Zoe R można ładować z maksymalną mocą 22 kW.

Wybierając stację ładowania należy porównać jej parametry z możliwościami posiadanego pojazdu. Najpopularniejsze moce stacji ładowania są dopasowane do prostowników wbudowanych w auta i wynoszą:

  • 3,7 kW, zasilanie prądem jednofazowym 230 V o natężeniu 16 A
  • 7,4 kW, zasilanie prądem jednofazowym 230 V o natężeniu 32 A
  • 11 kW, zasilanie prądem trójfazowym 400 V (siła) o natężeniu 16 A
  • 22 kW, zasilanie prądem trójfazowym 400 V (siła) o natężeniu 32 A

Typy złącz do ładowania

Dostępne na rynku domowe stacje ładujące wyposażone są w gniazdo Typ-2 lub w zintegrowany kabel z 7-bolcową wtyczką Typ-2. Jest tak, ponieważ wszystkie auta elektryczne i hybrydowe typu plug-in produkowane od 2014 r. w Unii Europejskiej wyposażane są właśnie w gniazda Typ-2 (standard opracowany przez niemiecką firmę Mennekes). Także wielu producentów samochodów dostarczających je na nasz rynek spoza Europy (np. Tesla, Nissan, KIA) dostosowuje się do tego standardu.

Wybierając kabel do ładowania ważne są jego parametry techniczne. Powinien on umożliwiać przesyłanie prądu o jak najwyższym natężeniu. Samochody wyposażone w złącze Typ-2 mogą być ładowane prądem 1- lub 3-fazowym. Bolce w gnieździe Typ-2 oznaczone są symbolami PP, CP (komunikacja między samochodem a stacją) oraz PE, N, L1, L2 i L3 (zasilanie).

Złącze Typ-2 jest kompatybilne z rozpowszechnionym w Europie gniazdem CCS Combo 2 (Combined Charging System), służącym do ładowania zarówno prądem przemiennym, jak i stałym. Podłączając kabel z wtyczką Typ-2 do górnej części gniazda CCS, można ładować auto prądem przemiennym, natomiast dodatkowa dolna część gniazda służy do przesyłania prądu stałego. Samochody ze złączem Combo 2 mogą być ładowane prądem o dużej mocy (50 kW, 150 kW a w przyszłości nawet 350 kW). W Polsce na publicznych stacjach ładowania obowiązują złącza Typ-2 (dla prądu przemiennego) oraz CSS Combo 2 (dla prądu stałego).

W autach produkowanych w Azji, Stanach Zjednoczonych oraz w starszych modelach Europejskich wykorzystywane jest gniazdo Typ-1 (SAE J1772) pozwalające uzyskać moc 7,4 kW. W tym przypadku do ładowania potrzebny jest kabel zakończony z jednej strony wtyczką Typ-1, a z drugiej Typ-2, ewentualnie dodatkowy adapter.

Rzadkością są samochody elektryczne (np. Renault Twizy), których ogniwa można ładować wyłącznie z domowego gniazdka, wykorzystując standardowe złącze 230 V. Ładowarki publiczne wykorzystujące prąd stały mogą być również wyposażone w złącza typu CHAdeMO (CHArge de MOve) o mocy około 50 kW (powszechne w Azji). Na koniec można wspomnieć o Tesla Connector, czyli zmodyfikowanym gnieździe Typ-2 stosowanym w ładowarkach Tesla Supercharger. Są to ultraszybkie ładowarki prądu stałego (50-120 kW) przeznaczone do ładowania samochodów marki Tesla.

Wtyczki na kablu do ładowania mają dodatkowe zabezpieczenia (ryglowanie) uniemożliwiające odłączenie aż do zakończenia procesu. Jeżeli akumulatory nie są pełne, odpięcie kabla jest to możliwe tylko przy otwartym aucie.

warto wiedzieć

Typy gniazd w wybranych modelach samochodów

Gniazdo Typ-1 spotkamy m.in. w samochodach: Chevrolet Volt, Fiat 500e, Ford Focus Electric, C-Max Energi, Mitsubishi Outlander PHEV, Nissan Leaf I, NV200 SE Van, Toyota Prius, Opel Ampera

Gniazdo Typ-2 występuje m.in. w samochodach: Skoda CITIGO-e, Audi Q7 e-tron, A3 e-tron, BMW 225e, 330e, 328e, 40e, BMW i8, i3, Mercedes B Class Electric, C350e PHEV, GLE 500e, S500 PHEV, SLS EV, Vito E-Cell, Nissan Leaf II, Opel Corsa-e, Porsche Panamera S PHEV, Cayenne S E-HYBRID, Renault Zoe, Smart Electric Drive, Tesla Model 3, Model S, Model X, Volvo V60 PHEV, XC90 PHEV, Volkswagen ID 3, e-Golf, e-up!

Domowa stacja ładowania samochodu: ważne parametry

Naścienne stacje ładowania samochodów elektrycznych pozwala na pełne doładowanie auta na terenie własnej posesji. Są to proste w obsłudze urządzenia o nowoczesnym designie i trwałej konstrukcji. Obudowa wykonana jest zazwyczaj z PVC lub aluminium malowanego proszkowo i jest wyposażona w wyświetlacz lub wskaźnik LED umożliwiający odczytanie parametrów pracy. Wbudowana elektronika kontroluje komunikację między stacją a samochodem. Konstrukcja stacji ładowania umożliwia jej montaż na ścianie garażu lub na dedykowanym słupku (statywie).

Stację ładowania należy dobrać do posiadanego samochodu (możliwości pokładowego prostownika i pojemności jego akumulatorów). Dostępne na rynku domowe stacje występują w różnych wariantach mocy i wyposażenia. Droższe modele stacji ładowania mają rozbudowane możliwości komunikacji z użytkownikiem poprzez sieć Wi-Fi lub GSM. Umożliwia to zarządzanie stacją za pomocą smartfonu i dedykowanej aplikacji, wgląd w różne informacje np. czasy i koszty ładowania. Lepiej wyposażone ładowarki do samochodów elektrycznych pozwalają sterować obciążeniem i mają funkcje autoryzacji dostępu (możliwość obsługi wielu użytkowników).

Stacje ładownia sprzedawane są w dwóch wariantach:

  • z gniazdami
  • z kablem zainstalowanym na stałe

Stacja z przewodem może ładować pojazd wyposażony w gniazdo pasujące do wtyczki, natomiast stacja bez przewodu (tylko z gniazdem) umożliwia naładowanie każdego auta elektrycznego, pod warunkiem, że dysponujemy dedykowanym kablem lub odpowiednim adapterem. Stacja z zamocowanym kablem zapewniają większą wygodę użytkowania, natomiast modele z samym gniazdem gwarantują lepszą elastyczność - w przypadku zmiany auta na model z inną wtyczką konieczne będzie tylko dokupienie samego kabla. W obu przypadkach możliwe jest użycie złącz Typ-1 (auta amerykańskie, japońskie i koreańskie) lub Typ-2 (auta europejskie oraz Tesla).

Stacje z wbudowanym modułem EVSE mają większe moce ładowania. Tego typu urządzenia podłączone do instalacji 400 V mogą oddawać maksymalną moc 22 kW (zabezpieczający moduł EVSE pozwala na ładowanie prądem o większym natężeniu 32 A).

Stacje ładowania wyposażone są w zabezpieczenie nadmiarowoprądowe (zabezpieczają kabel i samo urządzenie przed pojawieniem się zbyt wysokiego prądu) oraz wyłączniki różnicowoprądowe (zabezpieczenie przed niepożądanym pojawieniem się napięcia na częściach metalowych, np. na karoserii samochodu). Podczas wyboru stacji istotna jest też długość kabla. Najlepiej jest zaopatrzyć się w przewód o maksymalnej długości 5 metrów. Pozwoli on na swobodną obsługę urządzenia bez konieczności specjalnego ustawiania auta względem stacji ładowania. Jeśli ładowarka zainstalowana jest wystarczająco blisko, można kupić krótszy przewód, np. długości 3 metrów.  

warto wiedzieć

Na co zwrócić uwagę wybierając stację ładowania

>> Możliwości domowej instalacji elektrycznej i przydzielona moc

>> Czy moc stacji dopasowana jest do pojemności akumulatorów

>> Jakie są parametry przetwornicy w aucie

>> Jaki jest typ gniazda w samochodzie

>> Wariant stacji - z zainstalowanym kablem lub z gniazdem

>> Długość kabla zasilającego

>> Funkcje dodatkowe stacji

Od czego zależy cena domowej stacji ładowania samochodu?

Na ostateczną cenę domowej stacji ładowania wpływ mają: jej moc (im stacja ma większą moc, tym jest droższa), funkcje dodatkowe np. możliwość łączenia się z siecią Wi-Fi lub GSM oraz usługa montażu, który powinien być wykonany przez uprawnionego elektryka. Sam koszt montażu będzie się różnił w zależności od zakresu prac jakie muszą być wykonane oraz od skomplikowania instalacji.

Instalacja elektryczna w domu

W domowej instalacji elektrycznej płynie prąd przemienny (AC), natomiast akumulatory pojazdu wykorzystują prąd stały (DC). Przekształceniem prądu przemiennego na stały zajmuje się wbudowana w samochód pokładowa przetwornica napięcia (prostownik).

W Polsce, przy wykorzystaniu jednofazowego prądu przemiennego, maksymalna moc ładowania może wynieść 7,36 kW, w przypadku prądu przemiennego trójfazowego maksymalna moc ładowania to 22 kW (przy natężeniu 32 A).

Ładowarki samochodów o mocy od 3,7 kW do 7,0 kW nie mają specjalnych wymagań, jeżeli chodzi o domową instalację elektryczną. Wystarczy zasilanie jednofazowe 230 V z zabezpieczeniem 16 A lub 32 A. Ładowarki samochodowe o większej mocy (do 22 kW) wymagają już zasilania z instalacji trójfazowej 400 V.

Istotne jest, czy instalacja elektryczna w garażu jest zdolna podołać dużemu obciążeniu. Do podłączenia naściennej stacji ładowania samochodu do instalacji domowej należy użyć przewodów o odpowiednim przekroju oraz izolacji, zapewniających bezpieczne użytkowanie w trakcie długotrwałej pracy urządzenia pod dużym obciążeniem. Niewystarczająca średnica przewodów oraz źle dobrane bezpieczniki mogą spowodować przegrzewanie instalacji i w rezultacie zagrożenie pożarem.

Zanim zainwestujemy w domową stację ładowania należy też sprawdzić, jaką mamy przydzieloną moc u operatora sieci. Może być ona zbyt niska, a jej zwiększenie (plus ewentualna modernizacja przyłącza) oraz zwiększenie prognozowanego rocznego zużycie energii to dodatkowe formalności i koszty. Prace związane z instalacją i podłączeniem stacji ładowania należy zlecić wykwalifikowanemu elektrykowi posiadającemu odpowiednie uprawnienia.

Pamiętajmy, że maksymalna moc ładowania samochodu jaką możemy uzyskać w warunkach domowych zależy od parametrów poszczególnych elementów składowych instalacji: typu i modelu stacji ładowania, mocy domowego przyłącza, jakości instalacji elektrycznej np. w garażu, typu przewodu zasilającego i możliwości prostownika wbudowanego w pojazd. Samochód będzie ładowany z taką mocą, do jakiej ograniczy nas najsłabszy z elementów. Nawet najmocniejszy wallbox nie pomoże, gdy np. zastosujemy słabej jakości, jednofazowy przewód zasilający lub gdy moc ładowania ograniczona jest przez wyposażenie auta.

Montaż domowej stacji ładowania samochodów

Samodzielny montaż stacji ładowania nie jest zalecany, powinien go przeprowadzić elektryk posiadający świadectwo kwalifikacyjne SEP. Instalacja ładowarki zajmuje od 1 do 2 dni roboczych. Przed przystąpieniem do montażu urządzenia, w pierwszej kolejności powinna być wykonana kontrola domowej instalacji elektrycznej w celu ustalenia, czy możliwe jest zainstalowanie stacji o wybranej mocy. Podczas takiego audytu weryfikuje się, czy przekrój żył kabla oraz zabezpieczenie w rozdzielnicy są wystarczające. Instalator doradzi również, w którym miejscu najlepiej zamontować urządzenie.

Następnie przeprowadzane są prace montażowe. Elektryk wykonuje okablowanie pod stację ładowania przeprowadzając odpowiednio dobrany przewód od rozdzielnicy np. do garażu. Przy natężeniu 16 A przekrój żył w przewodzie powinien wynosić nie mniej niż 4 mm2 a przy natężeniu 32 A, minimalny przekrój żył to 10 mm2. Można też wykorzystać istniejący przewód siłowy i w miejsce starego gniazda zainstalować wallbox. Po zamontowaniu ładowarki i podłączeniu żył kabla zasilającego stację następuje uruchomienie i ewentualnie programowanie, po którym można rozpocząć ładowanie samochodu.

Po zakończeniu instalacji właściciel powinien być przeszkolony w zakresie bezpiecznego użytkowania ładowarki. Wszelkie zalecenia co do prawidłowego użytkowania ładowarki znaleźć można w dołączonej do niej instrukcji obsługi.

warto wiedzieć
Stacje ładowania samochodów elektrycznych publiczne

Autor: Gettyimages

Stacje ładowania samochodów prądem stałym DC

Publiczne ładowarki wykorzystujące prąd stały (DC) umożliwiają bardzo szybkie ładowanie akumulatorów, np. na autostradowych MOP-ach lub na parkingach pod centrami handlowymi. Porównując je z domowymi stacjami na prąd przemienny (AC), urządzenia te są o wiele większe,