Kommende hurtigladere vil være avhengige av væskekjølt kabel og tilkobling for å møte behovet for høyere effekt. (Bilde: Kjersti Magnussen)

Væskekjølt ladekabel til elbil

Slik skal væskekjøling sikre at de kommende elbilene kan lades med høy effekt

Blir nøkkelteknologi.

Om fremtidens skal kunne lades betraktelig raskere enn i dag, må også hurtigladerne levere langt høyere effekt.

Biler som Audis kommende Q6 e-tron skal kunne lades på 150 kilowatt. Porsche Mission-E skal kunne lades med 300 kilowatt.

Problemet er at det ikke bare er å pøse på med mer strøm. Jo høyere effekt, jo større krav stilles til selve ladekabelen.

Om tverrsnittet på de strømførende kablene ikke økes, blir varmegang et problem. 

Om tverrsnittet økes, går også vekten opp, kablene blir lite bøyelige, og dermed uhåndterlige.

Når ladeeffektene skal økes, trengs derfor væskekjølte ladekabler slik at varmen kan fraktes vekk fra selve kabelen.

Dette gjør det mulig å holde temperaturen i kabelen nede, og å velge et kabeltverrsnitt som sikrer at ladekabelen fortsatt er mulig å håndtere.

ABB er blant hurtigladerprodusentene som jobber med å utvikle løsninger for dette. 

De tror fremtidens ladestasjon kan servere 400 kilometer rekkevidde på et kvarter, ved å ta i bruk inntil 920 volt og 350 ampere. De ser for seg en praktisk makseffekt på 300 kilowatt. 

Blir nødvendig i fremtidens ladestasjon

– Væskekjøling blir en nødvendighet i fremtidens ladestasjoner. Men det er i dag ingen standard for dette. Dette vil være et krav i den kommende CCS2-standarden, sier Arne Sigbjørnsen, sjef for ladeinfrastruktur for elbiler i ABB.

CCS-standarden utvikles av samarbeidsgruppen CharIn. Sigbjørnsen tror at de nye CCS2-ladestasjonene vil komme i forbindelse med at Porsche og Audi lanserer sine elbiler om to til tre år. 

Tesla har eksperimentert med væskekjølt ladekabel.
Tesla har eksperimentert med væskekjølt ladekabel. Foto: Flickr/Steve Jurvetson

Grensen for ladeeffekt uten væskekjøling går ved omtrent 150 kilowatt, forteller han. Teslas Supercharger-ladere har i dag en effekt på i underkant av dette.

Supercharger opererer med en spenning på 450 volt, og leverer inntil 335 ampere. Tesla testet ut væskekjølte ladekabler på sin Supercharger-stasjon ved hovedkvarteret i Mountain View i California i 2015. Dette gjorde det mulig å gå for en tynnere ladekabel enn ellers.

De avsluttet forsøket i år, men det betyr ikke at de har lagt teknologien på hylla. Ifølge Electrek, som viser til Tesla-kilder, skal væskekjølte ladekabler være en nøkkelteknologi for Tesla fremover.

Sørger for håndterbare kabler

Det blir det for de andre bilprodusentene også. CCS2 skal sørge for at kabelen mellom ladestasjonen og bilen ikke blir stort tjukkere enn kablene som brukes på Supercharger-stasjonene i dag. 

– Du kan redusere ganske kraftig på diameteren. Selv med høyere ampere kan du få kjølt ned så mye at du ikke trenger den høye diameteren for å få transportert varmen. 

Nøyaktig hvilken diameter det blir, er foreløpig under test og godkjenning. Men Sigbjørnsen anslår at det blir omtrent halvparten av det man har i dag. Teslas kabel kan for eksempel halveres i diameter på den effekten de bruker i dag.

Væskekjølte ladekabler vil bli vanlig i fremtidige ladestasjoner som skal lade med både dagens 50 og fremtidens 350 kilowatt, må nødvendigvis være samme standard, og ha væskekjøling. 

CHAdeMO fortsatt uviss

Slik fungerer en hurtiglader.
Slik fungerer en hurtiglader. Foto: Stein Jarle Olsen

Hvorvidt det går mot væskekjølte ladekabler for CHAdeMO-standarden, som brukes av asiatiske bilprodusenter, er fortsatt ukjent. Det er ikke avgjort hvilke effekter neste generasjon av denne standarden skal kunne levere.

Om den holder seg i området 150 kilowatt, kan det tenkes at det ikke blir nødvendig med væskekjølte kabler. Effekten er nemlig ikke konstant så høy. Full effekt har man gjerne bare i noen minutter.

For CCS legges det ikke opp til å ha høyere strømstyrke enn omtrent 350 ampere. Dagens ladere opererer i området 400 volt, slik at det er mulig å oppnå 150 kilowatt.

Høyere spenning tar laderne til neste nivå

Porsche har annonsert at de kommer med et 800 volts ladesystem i Mission-E.
Porsche har annonsert at de kommer med et 800 volts ladesystem i Mission-E. Foto: Porsche

Et alternativ vil være å øke ladespenningen. Ved å øke spenningen til opp mot 1000 volt, kan man nå 350 kilowatt. Dette vil vi få se i andre generasjon luksusbiler, fra produsenter som Porsche, tror Sigbjørnsen.

Dette testes av bilprodusentene i dag, og ABB leverer testutstyr til de store bilfabrikantene til utvikling av slike systemer.

– Vi har prototyper som testes ute hos bilfabrikantene i dag. Men det er ikke en del av standarden enda, og det vil nok ta et år til før det er på plass. Disse må være kompatible for 400-500 volt og 900-1000 volt. Laderen må kunne gjøre begge deler. Samtidig må bilene med 900 volts ladesystem ha en veksler i bilen som gjør at den kan lade på 400 voltsystemer. Men dette kommer i forbindelse med høyere effekter.

ABB har allerede et system med høy effekt i drift. Dette brukes til lading av busser via en pantograf. 

Dette tilpasses personbiler, og vil i prinsippet være samme teknologi. Men det må utvikles en kontakt som kan håndtere høy effekt. Fysisk blir pluggen den samme CCS-koblingen som i dag.

Men selve ladepluggen må også kjøles ned, i tillegg til kabelen frem til den. 

Voldsomme kabler

At væskekjølte kabler og høy spenning blir nødvendig, er åpenbart når man begynner å regne på tverrsnittet.

Om du for eksempel vil ha en effekt på 500 kilowatt, må tverrsnittet på kabelen være stort, eller så må spenningen være svært høy.

Ved 500 kilowatt og 400 volt, er strømstyrken 1250 ampere. Det gir et kabeltverrsnitt på to ganger 70 kvadratmillimeter for en fem meters ladekabel dersom den ikke skal kjøles.

Bare de to likestrømslederne ville veid omtrent sju kg i en slik kabel. Det blir svært upraktisk, både å løfte på og å håndtere. I kulde blir dessuten ladekablene mindre tøyelige. I praksis er ikke dette aktuelt.

Alternativet er å øke spenningen og få lavere strømstyrke, slik at kabeltverrsnittet kan reduseres. Porsche jobber med et slikt system, som skal operere på 800 volt.

Et system med 800 volt vil kreve en strømstyrke på 625 ampere for å levere 500 kilowatt. Da kreves det 16 kvadratmillimeter kabel, med totalvekt på rundt 1,6 kg for ledningene om de ikke kjøles.

Flere utvikler ladesystemer

ABB er langt fra den eneste ladestasjonsprodusenten som utvikler løsninger for væskekjøling. ITT Cannon og Phoenix Contact er blant de andre som jobber med dette.

ITT Cannons system legger opp til en spenning på 1000 volt DC med 400 ampere. Det gir inntil 400 kilowatt ladeeffekt. 

I en pressemelding skriver selskapet at systemet vil være i stand til å lade opp biler med 100 kilometer rekkevidde på tre til fem minutter. Det vil i så fall kunne gjøre mye for oppfattelsen av hvor praktiske elbiler er.

Løsningen skal gi lav kabelvekt, og gjøre kabelen enkel å håndtere. 

Phoenix Contact kan også levere et slikt system, som gir tynne ladekabler med høy effekt. Denne løsningen kan kjøles direkte fra ladestasjonen, eller via en kjølestasjon som distribuerer kjølevæsken til ladestasjoner.

Her vil systemet automatisk overvåke temperaturen, og kjøle ved behov. 

  • Les flere saker om elbil
Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.

Kommentarer (30)

Kommentarer (30)