(Foto: Stefan Ataman / Shutterstock.com )

HURTIGLADING AV BATTERIER

Derfor kan du ikke lade elbilen raskere

Å dytte på mer strøm i en vanlig elbil er en dårlig idé.

Dagens elbiler med sine forholdsvis små batterier hurtiglades med effekter på inntil 50 kilowatt.

Det gjør det mulig å lade de fleste biler nær fullt på rundt en halvtime, og er praktisk når man trenger et lite puff for å komme helt frem, eller vil ta med elbilen på lengre turer.

Et kvarter til en halvtime er trolig akseptabel ladetid for de fleste. Men når biler kommer med større batteripakker enn i dag, kan ladetiden bli en del lengre.

En titt på innsiden av Chevrolet Bolt viser en stor batteripakke, og motor på fremhjulene.
En titt på innsiden av Chevrolet Bolt viser en stor batteripakke, og motor på fremhjulene. General Motors

Ikke nødvendigvis høyere ladeeffekt

Chevrolet Bolt, eller Opel Ampera-e som den skal selges som her i landet, kommer til å ha et batteri på 60 kilowattimer.

Det er rundt to og en halv gang større kapasitet enn de fleste elbiler i dag. 

Bilen støtter hurtiglading via CCS, men det er ikke kjent hvor høy ladeeffekt den vil støtte. Den skal imidlertid kunne lade nok til å ta deg 145 kilometer på en halvtime. Oppgitt rekkevidde er mer enn 320 kilometer (200 miles).

Kjapp hoderegning tilsier da at du fyller på halv kapasitet på en halvtime, noe som burde tilsvare en ladehastighet på omtrent 50 kilowatt. Men detaljene er ikke kjent.

Sett at dette stemmer, betyr det at General Motors, som lager bilen, har valgt en batterikjemi som er optimalisert for lading med slike effekter. Det er det antakelig en god grunn til.

Ikke bare å dytte inn mer strøm

Det er nemlig ikke slik at det bare er et spørsmål om å øke effekten for å lade batteriet raskere.

Hadde du forsøkt å øke ladeeffekten til for eksempel en Nissan Leaf til det dobbelte, hadde det antakelig gått dårlig.

Doktor i batteriteknologi og teknologisjef i Grenland Energy, Lars Ole Valøen, sier til Teknisk Ukeblad at dette handler om batterikjemi og måten cellene er konstruert på.

– Det er et Solid Electrical Interface-lag (SEI) på anoden som det vil pletteres litium på om det er for kaldt, eller du putter på for stor ladestrøm, sier Valøen.

Det vil si at det legger seg et lag med litium på anoden, som i praksis betyr at litiumet ikke lenger kan bevege seg i batteriet. Redusert tilgjengelig mengde litium betyr i praksis at battericellen har fått lavere kapasitet.

Valøen forteller at det også kan ha med størrelsen på partiklene på elektrodene, og diffusjonshastighet til litium på anoden i cellen.

– Hvis det blir for fullt ytterst i partiklene og du får store konsentrasjoner, vil du plettere litium. Det handler om å ikke tape litiumet, sier han.

For å kunne lade et batteri veldig raskt, må det derfor designes med tanke på dette. At du kan lade en Tesla Model S med høyere effekt handler derfor ikke bare om å øke strømmen ut fra ladestasjonen.

Batteridesignen bestemmer

Batteriet må designes for høyere ladeeffekt om det skal tåle rask opplading.
Batteriet må designes for høyere ladeeffekt om det skal tåle rask opplading. Foto: Mario R Duran Ortiz / Creative Commons

Det er designen til battericellene som bestemmer dette, og avgjøres av partikkelstørrelse, hva slags elektrolytt som brukes og mye annet. Rundt 130 forskjellige parametere må justeres, og det gjelder å velge en balanse som gjør at cellene får de egenskapene man ønsker seg, enten det er høy kapasitet eller høy ladehastighet.

Større ladeeffekt vil dessuten bety at du må gjøre noen potensielt uønskede kompromisser. 

– Du kan legge på mye ekstra anodemateriale som buffer. Da får du et batteri som hurtiglader bedre. Da redusereres kapasiteten, siden du har mye ekstra materiale som tar plass, sier Valøen.

– For å komplisere det hele er det en forskjell på helt nye batterier, og batterier som har vært i drift en stund. SEI-laget kan vokse noe, og da får det en større tendens til å plettere litium, sier Valøen.

Raskere lading kan gi mindre kapasitet

Skal man designe et litiumionebatteri som kan lade veldig mye raskere enn i dag, må man altså akseptere mindre kapasitet, og dessuten ta hensyn til at det skal tåle å lades med høy effekt i lang tid.

Et alternativ er å benytte en annen batterikjemi. Litium-titanoksidbatterier har ikke slike SEI-lag som andre litiumionebatterier har, men har også lavere spenning. 

– Du kan lade det veldig raskt dersom du har riktig partikkelstørrelse og designer alle de andre parameterne slik at det passer til det, sier Valøen. 

Lavere spenning gir imidlertid lavere energitetthet. Dermed må man ofre kapasitet. 

Høyere effekt i fremtiden?

Flere bilprodusenter snakker imidlertid om høyere ladeeffekt i kommende biler. Porsche har for eksempel presentert konseptet Mission E, som skal gi deg 400 kilometer rekkevidde på 15 minutter ved å lade med 800 volt. Systemet kaller de Porsche Turbo Charging, skal kunne levere 300 kilowatt.

Også Audi snakker om høy ladeeffekt, men noe mer moderate 150 kilowatt, som ikke er langt over Teslas 135 kilowatt.

Porshce Mission E skal kunne lades med 300 kilowatt.
Porshce Mission E skal kunne lades med 300 kilowatt. Foto: Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG

For Porsches del forutsetter det antakeligvis at de har funnet på noe lurt.

Valøen tror slike effekter vil kreve nye materialer, ny batteridesign, større ledninger inn til og inne i batteriet, og antakelig at bilprodusentene må redusere vekt andre steder i bilen for å kompensere for høyere batterivekt.

Dyrere å produsere

– Vil det være mye dyrere å realisere?

– I utgangspunktet ja.  Det vil kreve mer kobber og mer aluminium for hver kilowatt ladeeffekt batteriet skal ha. Det vil øke kostnaden, med mindre noen finner på noe veldig smart, og det har jo skjedd før. Men det er som regel dyrere. Du må også opp i produksjonsvolum for å få ned kostnaden, og det er en dyr og komplisert verifiseringsprosess for batterier, sier Valøen.

Valøen forteller at det foregår utvikling på dette feltet, og at man blant annet forsøker å øke spenningen i cellene slik at man får mer effekt. 

– Men det blir ikke dobbelt, for å si det sånn. Nominell spenning kan gå opp fra 3,6 til omtrent 3,8 volt, men alle monner drar. 

CCS kan støtte 350 kilowatt

At det ikke nødvendigvis er en smal sak å lage batterier som kan lades veldig raskt, betyr uansett ikke at det ikke tenkes på høyere effekter i fremtiden.

De europeiske og amerikanske bilprodusentene er enige om å bruke CCS-standarden på sine biler. 

I tillegg til en- og trefase vekselstrøm, støtter denne kontakten likestrøm på 1000 volt og 200 ampere. Det gir en teoretisk ladeeffekt på 200 kilowatt. 

I dag er imidlertid 50 kilowatt den høyeste tilgjengelige effekten. Dessuten må bilen også støtte lading på høy effekt. Slike biler finnes ikke på markedet enda. 

Dermed spiller det foreløpig ingen rolle at Arctic Roads har installert en lader som har kapasitet til å levere 120 kilowatt, ettersom ingen biler med CCS-kontakt kan utnytte det. Men den har fordelen at den kan lade to biler samtidig.

50 kilowatt hurtiglading blir antakelig vanlig en stund til.
50 kilowatt hurtiglading blir antakelig vanlig en stund til. Foto: Håkon Jacobsen

Med mulighet 200 kilowatt med dagens kontakt, er det i bunn og grunn snakk om å lage ladere som kan levere nok effekt.

ChargeIN, arbeidsgruppen bak CCS-standarden, har som mål å kunne tilby lading med 350 kilowatt. Når dette i praksis skjer er dog ikke sikkert.

– I øyeblikket er det ingen offentlig informasjon tilgjengelig angående tidsperspektivene for oppgraderinger til 150 kilowatt eller 350 kilowatt, sier André Kaufung, administrerende direktør i CharIN e.V. til Teknisk Ukeblad.

Han sier at CharIN består av de store bilprodusentene, ladestasjonprodusenter og andre aktører i industrien, og at de har fokus på akkurat dette.

Konservative CHAdeMO

Den andre hurtigladestandarden er CHAdeMO, som brukes av asiatiske bilprodusenter.

Standarden stammer fra Japansk industri, og kontakten kan i motsetning til CCS kun brukes til lading med likestrøm.

CHAdeMO tilbyr imidlertid i praksis høyere ladeeffekt enn CCS i dag. I praksis kan den levere 62,5 kilowatt (500 volt, 125 ampere), men foreløpig er det bare Kia Soul EV som kan lade med denne effekten.

CHAdeMO er imidlertid spesifisert til å kunne levere 200 ampere, slik at standarden slik den ser ut i dag kan støtte 100 kilowatt en gang i fremtiden.

CHAdeMO Association påpeker imidlertid at høye ladeeffekter krever en robust strømforsyning. Derfor mener de av 50 kilowatt er en fornuftig effekt nå. 

Kia har imidlertid installert CHAdeMO-ladere som kan levere 100 kilowatt.

Kommentarer (20)

Kommentarer (20)