איך לטעון רכבים חדשים של אנרגיה בצורה נכונה?

הבנת רמות הטעינה והתנאים התקניים לרכב אנרגיה חדשה

טעינה ברמה 1, טעינה ברמה 2 וטעינה מהירה בזרם ישר: מקרי שימוש וביצועים בעולם האמיתי

לכלי רכב חשמליים (EV) יש בדרך כלל שלוש אפשרויות עיקריות לטעינה, שכל אחת מהן מתאימה למצבים ו לצרכים שונים. הרמה הראשונה פועלת עם שקעים רגילים של 120V שקיימים ברוב הבתים (עוצמת הספק כ-1–2 קילוואט). עם זאת, טעינה זו איטית יחסית, ונותנת כ-5–20 קילומטרים של טווח כל שעה. לכן היא מתאימה בעיקר לטיפול מהיר בלילה או כאשר יש זמן רב להזדמנות. המעבר לרמה השנייה דורש מעגלים מיוחדים של 240V שמותקנים בבית או במקום העבודה (עוצמת הספק של 3–19 קילוואט). בעזרת תצורה זו, הנהגים מוסיפים בין 15 ל-80 ק"מ לטווח בכל שעה — מה שמתאים היטב לצרכים היומיומיים של טעינה, הן בבית, בהחניות של המשרדים או בתחנות ציבוריות הפזורות ברחבי הערים. לאחר מכן יש את טעינת ה-DC המהירה, שהיא הרמה השלישית, שבה החשמל מדלג על הממיר הפנימי של הרכב ונכנס ישירות לאריזת הסוללות בקצבים גבוהים בהרבה (50–350 קילוואט). רוב כלי הרכב החשמליים מרחיבים את טווחם ב-100 ק"מ ועד למעלה מ-300 ק"מ בתוך פחות מ-20 דקות באמצעות מטענים מהירים אלו — דבר שמיועד במיוחד לנסיעה בכבישים ארוכים, אך בהחלט לא נועד לשימוש קבוע. מחקרים מצביעים על כך שתלות מתמדת בטיחות מהירה גורמת לבלאי מהיר יותר של הסוללות בגלל הצטברות חום. לפי ממצאים שפורסמו על ידי משרד האנרגיה של ארצות הברית, רכבים שנטענים באופן קבוע במהירויות גבוהות מאבדים כ-10–15% מהקיבולת הכוללת שלהם מדי שנה, לעומת רכבים שמשתמשים בעיקר בשיטות טעינה איטיות יותר ברמה השנייה.

טעינה AC לעומת טעינה DC: כיצד יעילות ההמרה והאינטגרציה לרשת משפיעות על רכבים אנרגיה חדשה

כשמדובר בתהליך הטעינה בזרם חילופין (AC) לרכב חשמלי (רמות 1 ו-2), הרכב עצמו מבצע את רוב העבודה בהמרת הזרם החילופין מהרשת לזרם ישר הנדרש לאחסון הסוללה. תהליך ההמרה המובנה הזה מאבד למעשה כ-10–15% מהאנרגיה בדרך, ויש גבול מוחלט לכמות ההספק שניתן לעבד, מכיוון שרוב המהמרים מגיעים למקסימום של כ-11 קילוואט. מה שהופך גישה זו לפופולרית כל כך הוא שהיא מתאימה היטב למה שכבר זמין בבתים ובעסקים ברחבי המדינה. אך נודה בזה: אם מישהו רוצה לטעון את רכבו החשמלי במהירות, טעינה בזרם חילופין פשוט לא תענה על הדרישה. כאן נכנסות לשימוש תחנות טעינה מהירה בזרם ישר (DC). מערכות אלו מבצעות את כל תהליך ההמרה במקום הטעינה עצמו, כלומר אין איבוד אנרגיה בתוך הרכב במהלך התהליך. והרי זה באמת טעינה מהירה! עם זאת, יש לכך מחיר. להפעלת תחנות טעינה בעוצמה גבוהה זו דרושה רשת חשמל מקומית חזקה, מערכות קירור מיוחדות עבור הכבלים עבים של הטעינה, ולפעמים אף ציוד חדש בתחנות משנה. קהילות ישנות במיוחד נתקלות בקושי רב באינטגרציה של מטענים מתקדמים אלו, מכיוון שהתשתיות שלהן לא תוכננו לשאת עומסים כה כבדים. מצד שני, הפצת נקודות טעינה בזרם חילופין עוזרת לנהל טוב יותר את ביקוש החשמל, למשל באמצעות תזמון הטעינה לשעות לא עמוסות. לעומת זאת, התקנת מספר רב מדי של מטעני DC מהירים באזור אחד מחייבת לעיתים קרובות את חברות החשמל לבצע שדרוגים יקרים כדי לשמור על יציבות המתח ולמנוע שריפת מחשבות.

אשכול תאימות של חיבורים ופרוטוקולים ברכבים חדשים לאנרגיה

האמינות של הטעינה תלויה בהתאמת חיבורים פיזיים ופרוטוקולי תקשורת דיגיטליים — לא רק בצורת המברגה, אלא גם באינטראביליות בין הרכב, התחנה והמערכות האחוריות.

CCS, CHAdeMO, NACS ו-Type 2 – התאמת הסטנדרטים למותגי רכבים ולאזורים גאוגרפיים

הנוף הגלובלי של טעינה לרכב חשמלי (EV) מושלט על ידי ארבעה סוגי מחברים עיקריים. ראשית, יש את CCS, אשר הפך לאופציה המועדפת הן לטעינה חשמלית זורמת מתמדת (AC) והן לטעינה חשמלית זורמת ישרה (DC) ברוב צפון אמריקה ואירופה. לאחר מכן יש את CHAdeMO, אשר עדיין נפוץ למדי ביפן, שם הוא עובד עם רכבים חשמליים ישנים של ניסאן ומיצובישי. השחקן החדש ביותר בסצנה הוא NACS, שפותח בתחילה על ידי טסלה, אך כעת אומץ גם על ידי פורד, GM, ריוויין ואפילו וולבו, מה שמסייע לייצר עקביות מסוימת בשוק האמריקאי. ולבסוף, מחברי הסוג 2, שהוגדרו תחת התקן IEC 62196-2, נשארו האמצעי העיקרי לטעינה חשמלית זורמת מתמדת (AC) בכל רחבי אירופה. התבוננות במפות תחנות טעינה אזורייות מספרת את הסיפור בבירור בנוגע לחלוקה הזו. כשני שלישים מתחנות הטעינה הציבוריות באירופה יקבלו מחברים מסוג CCS או סוג 2, בעוד שמדינות אסיה ממשיכות להשתמש בעיקר בתשתיות CHAdeMO. למרות שרכבים בעלי מספר יציאות טעינה הופכים זמינים יותר, כל מי שמתכנן נסיעה בדרך בין אזורים שונים יעשה טוב אם יבדוק מראש אילו סוגי מחברים הם אכן זקוקים לו לפני יציאה לדרך. הסתמכות בלעדית על הנחות עלולה להוביל להפתעות לא רצויות לאורך הדרך. עם זאת, יישומים כמו PlugShare או ChargePoint יכולים לעזור לסדר את העניין מראש.

התקנה וטעינה, אימות וזהות, ולמה לא כל היציאות מספקות את הספק החשמלי המדורג ב-DC

תכונת הפלג והטעינה פועלת באמצעות מה שנקרא התאמה דיגיטלית לתקן ISO 15118 בין רכבים ותחנות. זה מאפשר למכוניות החשמל לזהות את עצמן אוטומטית וליהנות מחישוב תקין ללא צורך באפליקציות הטלפון המטריחות או בכרטיסי RFID שאנשים שוכחים כל הזמן. עם זאת, קיים כרגע בעיה אחת גדולה. לפי מחקר שנערך לאחרונה על ידי המועצה הבינלאומית להובלה נקייה (ICCT) בשנת 2023, כ־35 אחוז ממקלחות הטעינה המהירה בזרם ישר (DC) הציבוריות פשוט לא מסוגלות לשמור על עוצמת הפליטה המודעת שלהן ברוב הזמנים. למה זה קורה? ובכן, כמה גורמים עומדים במפתח. ראשית, כאשר ביקוש החשמל ברשת עולה באופן חדה, מתח החשמל נוטה לרדת, מה שמשפיע על הביצועים. שנית, מערכות ניהול הסוללות (BMS) מאטת את מהירות הטעינה כאשר הסוללות מגיעות לכ־90 אחוז מהקיבולת שלהן. ואל נ забывать את ציוד הטעינה הישן שלא מסוגל להתמודד עם סטנדרטי האבטחה המודרניים או לתקשר כראוי עם דגמים חדשים של רכבים. גם הטמפרטורה משחקת תפקיד. כאשר החום בחוץ ממש גבוה, למשל מעל 35 מעלות צלזיוס, או קריר מאוד – מתחת למינוס 10 מעלות – חיישני החום נכנסים לפעולה ומפחיתים את מהירות הטעינה עד ב־40 אחוז. הם עושים זאת משום שהבטיחות חשובה יותר ממהירות הטעינה, לעיתים קרובות.

התקנת טעינה בטוחה ויעילה בבית למכוניות אנרגיה חדשה

דרישות חשמל: קיבולת הלוח, מימוד מעגלים והתאמה לתקנות NEC ליחידות טעינה של רכב חשמלי (EVSE)

בעת התקנת מטען ביתי רמה 2, הצעד הראשון כולל שכרת חשמלאי מורשה שייעשה מה שנקרא 'חישוב עומס מלא' בהתאם למאמר 220 של קוד החשמל הלאומי (NEC). בימינו, רוב הבתים מגיעים עם לוחות שירות שקיבולתיהם נעה בין 100 ל-200 אמפר, אך כאשר מוסיפים מטען לרכב חשמלי (EVSE) בעוצמה של 40–50 אמפר, סך העומסים המחוברים בדרך כלל מתקרב מאוד לגבול העומס הרציף של 80% שהוגדר על ידי קוד החשמל הלאומי. אם העומסים הנוכחיים כבר עולים על 80% מהקיבולת הכוללת של הלוח, יש צורך או לעדכן את הלוח או לרכוש מטען חכם לרכב חשמלי (smart EVSE) המסוגל להפחית חלק מהעומס. בנוגע לגודל המעגל החשמלי, יש לזכור כי גם כאן חל כלל ה-80% של קוד החשמל הלאומי (NEC). כלומר, למרות שהמעגל מוגן על ידי מפסק של 50 אמפר, הוא יכול לתמוך בפועל רק בערך ב-40 אמפר עבור טעינה רציפה של רכב חשמלי. גם החיווט חייב להתאים באופן תקין. עבור מעגלים של 50 אמפר, נהוג להשתמש בחוט נחושת בגודל 6 AWG. ואל תשכחו את הגנת ה-GFCI, אשר נדרשת בהחלט לפי מאמר 625.21 של קוד החשמל הלאומי (NEC), ללא קשר למקומו של ההתקן – בתוך הבית או מחוץ לו.

התקנות מחוברות ישירות לעומת התקנות מפיחות: תקנות אישור UL, GFCI וסידורים אופטימליים למניעת חדירה של מים ואבק

תחנות טעינה קבועות לרכב חשמלי (EV) נוטות להחזיק לאורך זמן ולשאת אבטחה גבוהה יותר כאשר מותקנות באופן קבוע בחוץ, מכיוון שאין בהן שקעים שמתלישים עם הזמן עקב שימוש מתמיד. הן גם מקטינות את מספר המקומות שבהם עלולים להתגלות תקלות. מצד שני, דגמים הניתנים להתקנה דרך שקע הם בדרך כלל מחוברים דרך יציאות סטנדרטיות מסוג NEMA 14-50, מה שנותן למשתמשים מגוון גדול יותר של אפשרויות למיקום ההתקנה. אך גם כאן קיימת בעיה שמרבית האנשים מתעלמים ממנה: לאחר מאות פעולות חיבור והסרה, במיוחד בעונות הגשם, החיבורים האלה עלולים לפתח בעיות כגון התפרצויות ניצוץ או חימום יתר בתוך השקע. עם זאת, לשני הסוגים יש לעמוד בתקן UL 2594, כלומר הם חייבים לכלול הגנות מפני תקלות חשמליות, כיבוי אוטומטי במקרה שהטמפרטורה עולה מדי, והגנה מפני עליות מתח פתאומיות. בעת התקנת כל מערכת בחוץ, יש לבחור ציוד שדורג כ-NEMA 4, עם איטום תקין סביב הצינורות, ולהבטיח שנקודות ההרכבה ממוקמות בגובה של לפחות 30 ס"מ מעל פני הקרקע. וזכרו דבר חשוב עבור גראז'ים או מדרכות הטעונות לחות: יש להתקין מפסקים מסוג GFCI ולא רק מפסקים רגילים. מפסקים מיוחדים אלו פוסקים את זרימת החשמל באופן מיידי במקרה של תקלה – זהו אמצעי בטיחות חיוני באזורים הנמצאים תחת השפעת גשמים או שלגים באופן קבוע.

השגת בריאות מקסימלית של הסוללה באמצעות משמעת טעינה חכמה לרכב אנרגיה חדשה

סוללות ליתיום-יון ברכבים לאנרגיה חדשה מדרדרות באופן צפוי — אך ניתן לשלוט בכך — כאשר הן נחשפות לקיצוניות מתח, לחץ תרמי וטעינה זורמת חזקה. משמעת אסטרטגית — לא רק טכנולוגיה — קובעת את הבריאות הארוךת-טווח.

כלל ה-20–80%, ניהול תרמי והשפעת טעינה מהירה מסוג DC

החזקת סוללות ליתיום-יון בטווח טעינה של 20% עד 80% תורמת למעשה להפחתת המתח על הכימיה הפנימית בתאים הללו. מחקר שפורסם בכתב העת Nature Energy הראה שאנשים שממנעים את הסוללות שלהם מלהגיע למקסימום ולמינימום (מטעינה מלאה ועד פגיעה מלאה) זוכים לתקופת חיים של הסוללה ארוכה פי שניים עד שלושה בהשוואה לאלו שמבצעים באופן קבוע מחזורי טעינה מלאים. עם זאת, גם הטמפרטורה משפיעה באותה מידה. כאשר הטמפרטורה עולה על 25 מעלות צלזיוס (כ-77 פרנהייט), התגובות הכימיות הלא רצויות מתחילות להתרחש מהר יותר. גם מזג אוויר קריר יוצר בעיות, מאחר שמערכת ניהול הסוללה חייבת להשקיע אנרגיה נוספת בחימום הסוללה לפני שהיא יכולה בכלל להתחיל לטעון אותה כראוי. לשם תוצאות מיטביות, נסו לעצור את הרכב במקום קריר ומאוורר ככל האפשר. ואל תשכחו להפעיל את תכונות הקדמה (preconditioning) אם הן זמינות, במיוחד כאשר הטמפרטורות החיצוניות גבוהות מאוד או נמוכות מאוד.

הגיוני לשמור את הטעינה המהירה בזרם ישר (DC) לשעות שבהן אנחנו באמת צריכים אותה, כמו במהלך נסיעות ארוכות יותר ברחבי העיר או מחוץ למדינה. הבעיה היא שבכל פעם שמחברים את הרכב לטעינה מהירה בזרם ישר, הסוללה חמה מאוד מבפנים, מה שלא תורם לאריכות חייה לאורך זמן. לפי מחקר שנערך במעבדת אידاهו נשיונל, רכבים שמשתמשים בעיקר בטעינה ברמה 2 שומרים על כ-92% מהקיבולת המקורית של הסוללה גם לאחר נסיעת כ-160,000 קילומטר. אך ראו מה קורה כאשר מישהו משתמש בטעינה מהירה בזרם ישר יותר מ-רבע מהזמן — סוללות אלו שומרות בממוצע רק על כ-83% מהקיבולת שלהן. לכן, לנהיגה יומיומית בעיר, שימוש בטעינה ברמה 2 הוא בהחלט הגיוני. שמروا את הטעינות המהירות למקרים חירום או בעת תכנון נסיעת דרך, והרכב החשמלי שלכם יחזיק מעמד זמן רב יותר, בלי לוותר על נוחות רבה מדי.