Ladeguiden: Hurtiglading av elektriske kjøretøy
Hva er egentlig hurtiglading, semi-hurtiglading og normallading?
Forskjellen som skiller disse ulike begrepene er hovedsakelig effekten (antall kW) som blir tilført bilbatteriet per tidsenhet og hvor laderen befinner seg. Bildet illustrerer forskjellen mellom AC og DC lading.
Hurtiglading: Ved hurtiglading så tilfører du vesentlig mye mer strøm til batteriet sammenlignet med normal lading. En ekstern ladestasjon tilfører bilen likestrøm (DC) direkte til batteriet og betegnes som (mode 4), og fyller normalt batteriet opp fra 0-80% på 30-60 minutter. Hurtiglading er klassifisert som en effekt på 43kW eller mer. I Europa finnes det hovedsakelig tre standarder som er beskrevet nedenfor. Hurtigladingstasjonene finner du omkring matbutikker, bensinstasjoner og andre praktiske lokasjoner og du trenger ikke egen kabel for å hurtiglade ettersom ladekabelen er allerede fastmontert. Bruk nettsider og applikasjoner for å lokalisere hvor hurtigladingstasjonene er der.
Hurtigladestasjon med Type 2 (AC), CHAdeMO (DC) og CCS Combo 2
Semi-hurtiglading: Tilfører bilen vekselspenning (AC) til laderen i bilen og lader opp bilen på 3-4 timer (tiden er avhengig av batteristørrelse og bilens interne lader). Semi-hurtiglading er klassifisert som en effekt fom. 22kW til 43kW, dvs fra 32A/3-fas/400V og mer. Merk at høyere effekter ved AC-lading er svært lite utbredt i Norge. Semi-hurtiglading oppnåes normalt via mode 2 eller mode 3 lading.
Mode 3 ladestasjon m/ type 2 kontakt - AC lading med inntil 22kW (400V/3-fas)
Normallading: Effekter som er mindre enn 22kW kalles for normallading. Det er dette majoriteten av eiere av elektriske kjøretøy benytter seg av hjemme. Ladeboksen (ladestasjonen eller ladekabelen) tilfører laderen i bilen vekselstrøm (AC) som blir omgjort til likestrøm (DC) som fyller opp batteriet. Dette kan være fra 6-32A både 1-fas og 3-fas og defineres som mode 2 eller mode 3 lading.
Standarder for hurtiglading
Det finnes per dags dato tre standarder for hurtiglading i Europa, henholdvis CHAdeMO, Combined Charging System (CCS) og Tesla sin modifiserte type 2 (Supercharger / SuC).
CHADEMO
Ladestøpsel / ladeplugg til bilen
Ladekontakten i bilen
CHAdeMO er en forkortelse for «CHArge de MOve» og kan oversettes til «lading på farten». Biler som leveres med type 1 ladekontakt i bilen leveres ofte med mulighet for å hurtiglade via en kontakt kalt CHAdeMO. Denne standarden leverer per dags dato opptil 100 kW DC (likestrøm). Dermed vil lading av elbiler med denne standarden i de fleste tilfeller ta omkring 30 minutter (0-80%). CHAdeMO-støpselet er fastmontert på ladekabelen på hurtigladestasjonen, og man trenger derfor ikke å kjøpe en ladekabel for å hurtiglade. Følgende produsenter tilbyr elektriske biler som er kompatible med CHAdeMO støpselet: BD Otopmotiv, Citroën, Honda, KIA, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Peugeot, Subaru, Tesla (med adapter) og Toyota.
COMBINED CHARGING SYSTEM (CCS) - COMBO 1/2
Ladestøpsel / ladeplugg til bilen
Ladekontakten i bilen
Combined Charging System (CCS) ble utviklet av europeisk og amerikansk bilindustri som et alternativ til japanske CHAdeMO. Ladekontakten i bilene i Europa består av en kombinasjonsplugg med type 2 støpsel (øvre del) med to ekstra pinner/ledere (nedre del) for hurtiglading. I Amerika kalles den CCS Combo 1 (Type 1) og i Europa kalles den CCS Combo 2 (Type 2). Ved hurtiglading blir typekontaktene (type 2 kontakten) en integrert del som kommuniserer med ladestasjonen under hurtiglading. Lading av elbiler med denne standarden vil også ta omkring 30 minutter (0-80%), ettersom den kan levere inntil 350 kW per dags dato. Dermed er det kun én ladekontakt i bilen i motsetning til to på enkelte andre biler (biler med CHAdeMO). Ladekabel med CCS-støpselet vil være fastmontert på kabelen på en hurtigladestasjon, og man trenger derfor ikke kjøpe en ladekabel for å hurtiglade.
TESLA TYPE 2 / SUPERCHARGER (SUC)
Foreløpig er det kun Tesla sine biler som benytter type 2 kontakten til både vanlig lading (AC) og hurtiglading (DC). Hurtigladingen må gjøres gjennom Tesla sitt «supercharger» nettverk. Tesla bruker en modifisert løsning basert på type 2 kontakten, som også kan ta likestrøm med en effekt på 150 kW. Her leveres inntil 500V og 250A.
Tesla sine superladere får nå CCS type 2 som følge at CCS Type 2 er vedtatt som den europeiske hurtiglade-standarden. Eksempelvis har Tesla Model 3 i Europe CCS ladekontakt i bilen og kan lade med inntil 250 kW. Det er egne kabler for disse på ladepunktene.
Hvilke faktorer innvirker på ladehastigheten ved hurtiglading?
Faktorene som er avgjørende for hvor fort ladingen kan foregå, er hvor fult batteriet er (State of Charge / SoC) og temperatur. Elektronikken i bilen har kontroll på dette og basert på rapporteringen og kalkulasjonene i batterikontrollsystemet vil bilen bestemme hvor raskt batteriene kan ta imot strøm.
1. Hvor fullt batteriet er - ofte referert til som State of Charge (SoC)
Grafen under viser et eksempel på ladekurve, med ladehastighet uttrykt i antall kW (vertikale aksen) og hvor fult batteri er i prosent (horisontale aksen).
Dette eksempelet viser at ladehastigheten reduseres når batteriet er omkring 70% fult og at ladeeffekten reduseres ytterligere ved 80% og 90% SoC. Ladekurven for hver enkelt bil er forskjellig og er avhengig av produsentens valg og konfigurasjon i deres batterikontrollsystem.
2. Hvor kalde eller varme batteriene er (temperaturen)
Batteriet sitt optimale driftstemperatur er omkring 20-30°C. Om vinteren beveger litiumionene/elektronene seg saktere i elektrolytten og elektrokjemiske prosesser er følsomme for temperatur endringer. Ved samme ladeeffekt (antall kW) vil cellespenningen kunne bli høyere ved lave temperaturer enn ved mer ideelle batteritemperaturer. Dermed kan høy ladeeffekt ved lave batteritemperaturer potensielt ødelegge battericellene. Derfor reduseres ladeeffekten for å beskytte batteriet og batterikontrollsystem i elektriske kjøretøy vil derfor redusere strømstyrken fra ladepunktet. Likeledes kan et batteri bli for varmt ved lading som også kan skade battericellene og vil dermed begrense ladeeffekten for å beskytte batteriet.
Mange elbiler er derfor utstyrt med termisk styring av batteriet og slik kan batteriet avkjøles eller oppvarmes avhengig av omgivelsene. Dermed er effekten av temperaturen mindre og gjør det lettere å opprettholde optimal driftstemperatur ved lading.
Hurtiglading i kulda - hvor lang tid tar det?
Elektriske kjøretøy med dagens batteripakker i intervallet 0-80% har omtrentlig ladetid ved de ulike temperaturene:
• 10ºC : 30 minutter
• 0ºC : 45 minutter
• -10ºC : 90 minutter
• -20ºC : 90 minutter med batterioppvarming eller 3 timer uten
Ladetiden er avhengig av temperatur ute og i batteriet ved hurtiglading. Hvis bilen og batteriet har stått ute lenge i mange minusgrader anbefales det å kjøre i forkant før man hurtiglader for å varme batteriet eller benytte seg av vanlig normallading (AC) for å varme batteriet. Sistnevnte fordrer også at bilen kan nyttiggjøre seg av en viss ladeeffekt for å kunne generere varme i batteriet. Det er også derfor mange biler har batterivarme i nordiske strøk.
Hvorfor hurtiglades ikke bilen fra 80-100%?
Det er uproblematisk å lade batteriene med høy effekt når det er romslig med plass til elektroner. Det kan sammenlignes som å fylle et vannglass hvor du i starten kan helle mye vann, og når glasset nærmer seg fult, så er du nødt til å helle saktere for å ikke søle. Derfor reduseres ladeeffekten når batteriet har nådd et visst spenningsnivå i battericellene. Vanligvis er dette rundt 80% og etter dette senkes ladeeffekten slik at at litiumionene får mer tid til å utnytte arealet på katoden.
Dette er grunnen til at ladetid ved hurtiglading oppgis for 0-80%. For etter 80% fullading vil farten reduseres betraktelig – i verste fall helt ned til det vi er vant til ved normallading. Det er nødvendigvis ikke heller en effekt på 50 kW eller mer fra 0-80%. De fleste erfarer en snitteffekt på rundt 35 kW som tilsvarer omlag 20-30 minutter avhengig av batteristørrelse (målt i kWh). Samtidig vil snitteffekten være høyere ved større batteristørrelser, ladeeffekten til hurtigladeren og batteristyringsenheten i bilen (Battery Management System - BMS).