Det er en del tekniske forskjeller på de forskjellige ladepluggene til elbiler. (Bilde: Eirik Helland Urke. Illustrasjon: Kjersti Magnussen)

HVORDAN VIRKER: LADING AV ELBIL

Slik fungerer de forskjellige ladepluggene til elbil

Hva er en billader?

  • Batteriet i elbilene lades opp ved hjelp av likestrøm. Vekselstrøm, som du får fra strømnettet, må derfor likerettes før den kan mates inn i batteriet.
  • Dette gjøres i laderen, som er bygget inn i selve bilen. Hvor effektiv denne er avgjør hvor raskt bilen kan lade med vekselstrøm.
  • For eksempel kan den interne laderen i en tidlig modell av Nissan Leaf kun lade med en effekt på 3,3 kW, mens Renault Zoe kan lade med 43 kW.
  • Hurtiglading foregår som regel med likestrøm. Da er laderen flyttet ut av bilen. Det er selve ladestasjonen som er laderen. Det gjør det mulig å levere høy effekt, og forenkler konstruksjonen av laderen i bilen, ettersom den ikke trenger å håndtere høy effekt.
  • Ulempen med å plassere laderen i selve ladestasjonen er at det åpenbart krever en større investering å sette opp en slik kontra å tilby en ladestasjon som leverer trefase 400 V 63 A til laderen i bilen.
  • Å sette opp en hurtigladestasjon med CHAdeMO og CCS kan koste opp mot en million kroner.

Hvilken mode?

I tillegg til de forskjellige pluggene, er det også forskjellige moduser å forholde seg til – eller «modes» som det kalles.

Dette er ikke noe du trenger å ta aktiv stilling til, da alle moderne elbiler støtter de aktuelle modusene.

  • Mode 1: Tilkobling til jordet stikkontakt. Mode 1-lading er begrenset til en ladestrøm på 16 A, via 250 V enfase eller 480 V trefase. Mode 1-kontakter har ingen kommunikasjon mellom strømkilde og lader.
  • Mode 2: Tilkobling til jordet stikkontakt, med en kontrollenhet på kabelen. Mode 2-lading er begrenset til 32 A, via 250 V enfase eller 480 V trefase. Kontrollenheten på kabelen kommuniserer med laderen i bilen, og sikrer blant annet at jording er på plass, og bestemmer hvor stor ladestrøm laderen i bilen skal trekke.
  • Mode 3: Tilkobling til ladepunkt med kontrollenhet innebygget. Mode 3-lading forutsetter kommunikasjon mellom ladepunkt og bil. Lading kan ikke starte før kommunikasjon mellom bil og ladepunkt er opprettet. For å ta i bruk ladestrøm over 32 A kreves en kabel som støtter dette. Mode 3-hurtigladere har kabel integrert. Fastmonterte hjemmeladere er typisk mode 3-ladere.
  • Mode 4: Tilkobling til en likestrømlader. Sørger for kommunikasjon mellom bil og lader i CHAdeMO- og CCS-oppsett. Støtter ladestrøm på inntil 400 A.

De fleste lader i stikkontakten hjemme. Det er mange farer forbundet med dette, ifølge danske Sikkerhetsstyrelsen.

Stikkontaktene i boliger er ikke dimensjonert for vedvarende høy belastning, og det er fare for overoppheting og brann. Selv om danske forhold ikke er direkte overførbare til norske, kan det være lurt å gå for en fastmontert hjemmeladeløsning.

Det gir deg blant annet fordelen at du kan få høyere ladehastighet, og du bruker en sikker løsning med ladekontakt.

Ingen enhetlig standard

I en idéell verden hadde alle elbilfabrikanter vært enige om én standard for lading av alle biler. Slik er det dessverre ikke.

I dag er det i praksis tre forskjellige systemer, og varianter av disse, som i større eller mindre grad er kompatible med hverandre.

Hva slags kontakt elbilen har avgjør blant annet hvor hurtig bilen kan lades.

Les også: Stor oversikt: Her er rekkevidden til alle elbilene du kan kjøpe i Norge

Type 1-kontakten er vanlig på japanske biler, og er standard i Nord-Amerika.
Type 1-kontakten er vanlig på japanske biler, og er standard i Nord-Amerika. Kjersti Magnussen

Type 1

Type 1 er kontakten som brukes til normallading av blant annet Nissan Leaf. Kalles også Yakazi-plugg.

Den brukes til å mate bilens lader med enfase vekselstrøm. Denne tilkoblingen er spesifisert til å håndtere 120 og 240 V, opp til 80 A.

Type 1 støtter effekter opp til 19 kW, men i praksis brukes den bare til normallading. Det er kun støtte for enfase i type 1-kontakten, og den er mest utbredt i Nord-Amerika og Japan.

Den har fem stikk, hvor to er spenningsledere, en er jord, og to til signaloverføring.

Sikkerhetsmekanismer

Så lenge det er kontakt på tilkoblingssignalet, vil bilen ikke kunne settes i bevegelse. Pilotsignalet sørger for kommunikasjon mellom kontrollboks og laderen i bilen.

Pluggen er utformet slik at stikkene til kontrollsignalene vil miste kontakt først om kontakten trekkes ut. Dermed vil spenningen kuttes før kontakten er trukket ut.

Det er også en sikkerhetsmekanisme i den fysiske utløsermekanismen i stikket, som bryter tilkoblingssignalet umiddelbart om den trykkes inn.

Type 1-kontakten kan brukes med et type 2-uttak ved hjelp av en kabel som har type 1-kontakt på kjøretøysiden og type 2-kontakt på strømuttaksiden.

Type 1-kontakt finner du i praksis kun i biler som har CHAdeMO-tilkobling i tillegg.

Type 1 brukes blant annet på: Nissan Leaf, Nissan EV200, Peugeot/Citroën/Mitsubishi-«trillingene», Kia Soul EV, Ford Focus Electric.

Les også: Slik får du batteriet i elbilen til å vare

Type 2-kontakten er en forholdsvis enkel kontakt med mange muligheter. Den støtter trefase, men kan også brukes til likestrøm.
Type 2-kontakten er en forholdsvis enkel kontakt med mange muligheter. Den støtter trefase, men kan også brukes til likestrøm. Kjersti Magnussen

Type 2

Type 2-kontakten er svært fleksibel. Den støtter like- og vekselstrøm, og en- og trefase. I tillegg er en relativt liten i størrelse.

Kontakten har sju stikk. Tre er faseledere, en er nøytralleder, og en er jord. De to siste stikkene brukes til kommunikasjon mellom bil og ladepunkt når det kobles til et mode 2- eller 3-ladepunkt (se faktaboks).

Type 2-pluggen er spesifisert til å kunne levere inntil 500 V vekselstrøm og 63 A trefase, eller 70 A enfase. Hurtiglading med Type 2-kontakt er i praksis basert på trefase vekselstrøm.

Pluggen kan også levere likestrøm, inntil 500 V 140 A, ved at to eller fire faseladere benyttes til dette avhengig av strømstyrke. Tesla benytter denne metoden, men har en proprietær løsning som er forsterket til å tåle 250 A.

Les også: Elbilen er langt mindre effektiv enn mange tror

Ingen kontakt, ingen strøm

Som på type 1-kontakten, er den utformet slik at fasene ikke spenningssettes før stikkene til kontrollsignalene er på plass. Disse sitter dypere i kontakten, og vil derfor brytes først om pluggen trekkes ut.

Faselederne vil dermed ikke være strømførende om pluggen skulle trekkes ut, så det kan ikke oppstå lysbue.

Type 2 har også en mekanisk lås på bil- og uttaksidene, som styres av bilen. Dette hindrer at noen kan stikke av med kabelen selv om lading er avsluttet, og at pluggen kan trekkes ut mens den er spenningssatt.

Det er ikke mulig å sette bilen i bevegelse mens den er koblet til.

Mange biler støtter Type 2-kontakten, men ikke alle kan hurtiglade med den. I praksis er det kun Renault Zoe og Tesla Model S som hurtiglader med Type 2 i dag.

Bare en kontakt nødvendig

Fordelen med type 2 er at det bare er behov for én ladekontakt. Selve kontakten er dessuten relativt liten, og enkelt konstruert.

Offentlige hurtigladere som benytter Type 2, leverer som regel inntil 400 V 63 A over trefase. Det gir en effekt på 43 kW.  Det krever at ombordladeren i bilen klarer å håndtere så stor effekt.

Det er per nå kun Renault Zoe som har en slik ombordlader, og da kun på modeller frem til og med 2014. Dette fjernet de fra den nye modellen, så i realiteten blir ingen nye biler solgt med støtte for hurtiglading med vekselstrøm akkurat nå.

Praktisk talt alle alle elbiler som selges i Europa kan bruke type 2 til normallading.

CCS-kontakten er basert på type 2-kontakten, og tar vekselstrøm i den delen av kontakten som har lik form som type 2-kontakten.

Type 2 brukes blant annet på: Alle biler med CCS, MB B-klasse Electric Drive, Renault Zoe/Kangoo, Tesla Model S, kompatibelt med alle biler med type 1-kontakt.

Les også: Omstridt oppfinner står bak elbil med superbatteri

Teslas Type 2-variant

Den europeiske varianten av Tesla Model S støtter ikke hurtiglading med vekselstrøm over type 2 – kun semi-hurtig lading, inntil 22 kW. Det kreves dessuten dobbeltlader i bilen for å oppnå denne effekten.

I stedet benytter Tesla en modifisert løsning basert på type 2-kontakt, som også kan ta likestrøm med en effekt på 120 kW. Her leveres inntil 500 V 250 A. Du finner disse på Teslas Supercharger-stasjoner.

I dette oppsettet brukes fire av faselederne til likestrøm, slik det i utgangspunktet er mulig på type 2. Tesla har imidlertid forsterket leddene, slik at de kan levere langt større strømstyrker. Dette gjør Teslas løsning proprietær.

Det er ikke mulig å lade annet enn Tesla-modeller på Supercharger-stasjonene, tross likt uformet plugg. Kommunikasjonen mellom laderen og bilen vil i så fall sørge for at lading ikke startes.

Brukes på: Kun Tesla Model S. Skal brukes på kommende Model X og andre kommende modeller.

Les også: Bli med inn i denne helt unike Tesla-en

CCS-kontakten er en videreutvikling av den vanlige type 2-kontakten, med egne stikk for likestrøm. Jord og kommunikasjoin går over kontaktene i type 2-delen.
CCS-kontakten er en videreutvikling av den vanlige type 2-kontakten, med egne stikk for likestrøm. Jord og kommunikasjoin går over kontaktene i type 2-delen. Kjersti Magnussen

CCS-Combo

Combo Charging System, eller CCS som det forkortes, er et system utviklet i et forsøk på å harmonisere lading verden over. Den er en videreutvikling av de eksisterende type 1- og type 2-kontaktene.

Mens man i Europa og Kina ønsker å benytte trefase vekselstrøm til lading, er ikke dette utbredt i Japan og USA. Derfor har man basert den på de eksisterende kontaktene, og lagt til likestrømkontakter som tåler høy effekt.

Over disse ekstra to stikkene kan det leveres inntil 500 V 200 A, som gir en effekt på 100 kW. I praksis leveres 50 kW på offentlige ladestasjoner i dag.

Identisk med type 2

CCS-kontakten i bilen er helt identisk med den vanlige type 2-kontakten. For hurtig likestrømslading benyttes den nederste kontakten. Da brukes kommunikasjonsstikkene i type 2-kontakten til kommunikasjon mellom bil og lader.

Sikkerhetsmekanismene er de samme som på type 2.

Stikk i den øverste delen, type 2-kontakten, brukes for å koble til vekselstrøm når bilen ikke skal hurtiglades. Dermed trenger du bare en type 2-kabel for å normallade en bil med CCS-kontakt.

Fordelen med CCS er dermed at biler i teorien kan bygges for å støtte hurtiglading med vekselstrøm og likestrøm.

I praksis benyttes imidlertid kun likestrøm til hurtiglading i biler med CCS.

CCS brukes blant annet på: VW eUP, VW eGolf, BMW i3.

Les også: Denne Golfen har rallymotor og to elmotorer

CHAdeMO-kontakten brukes til hurtiglading av hovedsaklig japanske biler. Den har et omfattende kommunikasjonssystem med både analog og digital signalering mellom bil og lader.
CHAdeMO-kontakten brukes til hurtiglading av hovedsaklig japanske biler. Den har et omfattende kommunikasjonssystem med både analog og digital signalering mellom bil og lader. Kjersti Magnussen

CHAdeMO

CHAdeMO er standard utviklet av hovedsaklig japanske bilfabrikanter og Tokyo Electric Power Company. I dette systemet benyttes kun likestrøm.

Derfor må biler som benytter CHAdeMO ha en separat kontakt for å ta vekselstrøm. Siden CHAdeMO kun brukes av biler fra japanske og koreanske produsenter, benyttes type 1-kontakten til dette formålet.

Opererer på inntil 500 V, og kan levere inntil 125 A. Det gir en effekt på 62,5 kW. I praksis leverer de fleste CHAdeMO-hurtigladere i Norge inntil 50 kW.

CHAdeMO-spesifikasjonene muliggjør imidlertid strømstyrker på inntil 200 A i fremtiden.

Redudant system

Sikkerhet ivaretas ved at tilkoblingen er fysisk låst. Det settes ikke spenning på stikkene før bilen ber om det. Under lading overvåkes jordfeil, slik at eventuelle feil umiddelbart stanser ladingen.

CHAdeMO-kontakten har ti stikk. To av disse er til likestrøm, to er til kommunikasjon mot bilens CAN-bus-system, og resten er til analog kommunikasjon.

Dette er et redudant system. Den analoge kommunikasjonen benyttes for å gi signal om at lading er i ferd med å starte. Informasjon om batterikapasitet og ladestrøm sendes deretter fra bilen til ladestasjonen via CAN-bussen.

Om alt er i orden, ber bilen om at lading settes i gang via et analogt signal. Deretter låses kontakten på plass, og det testes for blant annet jordfeil før ladingen startes.

Det er mulig å konfigurere ladere til å kun benytte digital kommunikasjon over CAN-bus, men det brukes en kombinasjon for å utelukke feil informasjon fra CAN-bussen. Om det analoge signalet skulle bli avbrutt, vil ladingen stanse umiddelbart.

Det er ikke mulig å sette bilen i bevegelse mens den er koblet til.

Selv om både CHAdeMO og CCS benytter likestrøm, er de ikke kompatible med hverandre. Dette fordi de bruker forskjellige kommunikasjonsprotokoller mellom bil og lader.

Mens CCS bruker GreenPHY-protokollen, bruker CHAdeMO en egenutviklet protokoll i tillegg til CAN bus-protokoll.

CHAdeMO brukes blant annet på: Nissan Leaf, Kia Soul EV, Mitsubishi/Peugeot/Citroën-«trillingene», Peugeot Partner. Tesla Model S støtter også CHAdeMO via overgang.

Les også: – Nissan Leaf-batterier viser ingen svekkelse etter 100.000 kilometer

Industrikontaktene, også kalt rundstift, finnes i flere varianter. De kan levere enfase eller trefase, og større strømstyrker enn en kurs med Schuko-kontakt.
Industrikontaktene, også kalt rundstift, finnes i flere varianter. De kan levere enfase eller trefase, og større strømstyrker enn en kurs med Schuko-kontakt. Kjersti Magnussen

Industrikontakt

I tillegg til de nevnte kontakttypene, kan biler også lades i en industrikontakt med en- eller trefasespenning.

Her vil du trenge en overgang eller en passende kabel, avhengig av hva bilen din støtter.

I de fleste tilfeller trenger du en kontrollboks på kabelen, slik at du får mode 2-lading. Det finnes også portable ladere du kan koble til industrikontakter, og noen gir deg mode 3-lading.

Det finnes flere typer industrikontakt enn de som er vist her. Fargen forteller hvilken spenning kontakten har. Blå er 230 V, og rød 400 V.

Man kan se på industrikontakten som en kraftigere utgave av den vanlige stikkontakten med to stikk. Hvor stor effekt bilen kan ta ut av den avhenger av ombordladeren i bilen.

Vanlig stikkontakt

De aller fleste biler kan lades fra en vanlig stikkontakt. Kalles gjerne Schuko-kontakt. Den har fordelen  at den er tilgjengelig mange steder, men har også begrensninger på hvor mye effekt som kan leveres.

Som regel får du høyst 10 A over en slik kontakt. Og skal du lade bilen din hjemme med en slik kontakt, kan det være greit å tenke over at du bør ha en egen kurs til den.

Spesielt i gamle installasjoner med mange koblingsbokser mellom sikringsskap og stikkontakt kan det være problematisk å trekke 10-16 A over lengre perioder, ettersom varmgang kan være et høyst reelt problem. Også i selve stikkontakten.

Til normallading fungerer imidlertid Schuko-kontakt greit så lenge denne og infrastrukturen tilbake til sikringsskapet er i orden.

Den beste løsningen er som regel å gå for en ladestasjon. Da får du høyere effekt, og dermed raskere lading.

Les også: Kjøreledningen sparer lastebilene for 80-90 prosent drivstoff

Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.