HVORDAN VIRKER: HURTIGLADING AV ELBIL

Slik fungerer hurtiglading av elbil

Alt du bør vite.

Åpningen av hurtigladestasjon på Statoil Økern.
Åpningen av hurtigladestasjon på Statoil Økern. (Bilde: Håkon Jacobsen)

Alt du bør vite.

NB: Denne saken ble først publisert i 2016, og er senere oppdatert.

Etablering av hurtigladere er et viktig virkemiddel for å styre bilparken mot en større elbilandel.

Det sørger for at bilen i større grad kan brukes som en bil med forbrenningsmotor.

Mange bilmodeller er begrenset til en ladeeffekt på rundt 50 kilowatt. Nye biler kommer ofte med ladeeffekt fra 75 til 150 kilowatt.

De fleste elbiler trenger en halvtime til en time ved en hurtiglader for å lade batteriet nærmere fullt.

Om det skal legges til rette for elbilisme, trengs det derfor en hel del hurtigladere langs hovedveiene.

Selv om batteriene i elbilene blir større, må man med de fleste ha behov for lading underveis om man skal kjøre langt.

Å ha mange hurtigladere vil redusere sannsynligheten for kø ved laderne.

Det eneste som trengs er strøm

Å etablere en hurtiglader er i prinsippet ikke verre enn å ha tilgang til strøm, og et sted å plassere ladestasjonen.

Arne Sigbjørnsen, sjef for ladeinfrastruktur for elbiler i ABB, forklarer at kraftig nok elektrisitetsforsyning vanligvis er lett tilgjengelig. Da er det i prinsippet bare å lage et fundament laderen kan stå på, og koble det opp.

  Illustrasjon: Stein Jarle Olsen

 

Hurtig, semi og lyn

Det benyttes flere ulike begreper når det snakkes om hurtigladere.

En hurtiglader er enkelt forklart en enhet som forsyner en elbil med ladeeffekt på minst 40 kilowatt - i praksis 50 kilowatt.

Nå har det også kommet ladere som kan levere høyere effekter enn dette, opp til 150 eller 300 kilowatt.

Slike ladere kalles i industrien for HPC – High Power Charger. Vi kan kalle dem høyeffektladere på norsk. 

En annen måte å skille dem fra hverandre er å bare omtale maks ladeeffekt, og snakke om 50 kilowatt-ladere eller 150 kilowatt-ladere.

Enkelte bruker også begrepet «lynlader» for å beskrive ladere som leverer høyere effekt enn 50 kilowatt.

Semihurtigladere er ladere som leverer lavere effekt, i praksis 11 til 22 kilowatt vekselstrøm. På disse laderne må du ha med egen ladekabel.

Rent faktisk er ikke disse semihurtigladerne

ladere i det hele tatt, men strømforsyning til laderen som er om bord i elbilen. For enkelhets skyld omtales disse strømforsyningene som ladere.

Tesla Supercharger benytter i bunn og grunn samme teknologi som andre hurtigladere. Deres design plasserer imidlertid det meste av maskinvare i skap ved siden av ladeplassen, med kabler frem til ladepunktene.

Slik fungerer en hurtiglader

En hurtiglader krever tilgang til trefase 400 volt. Er det ikke dette på stedet, må det i tillegg installeres en trafo som transformerer opp spenningen.

Riktig spenning er dog ikke nok. Det kan tas ut store effekter, så det må også kunne leveres nok strøm. For én hurtiglader på 50 kilowatt kreves minimum 80 ampere.

Strømstyrken øker med effekten, så en hurtiglader på 150 kilowatt krever minimum det tredoble, 240 ampere.

Noen ladere kan også levere likestrøm og vekselstrøm samtidig, for eksempel til en Nissan Leaf og en Renault Zoe. Da anbefales det opp mot 160 ampere.

Da Enova lyste ut anbudskonkurranse for utbygging av ladenettverk langs hovedveiene i Sør-Norge, satt de som minimumskrav to hurtigladere per ladested.

Det måtte derfor tas høyde for at to biler skal kunne lade med full effekt samtidig. Dermed måtte hver ladeplass ha tilgang til trefase 400 volt og 160 ampere for å kunne operere to ladere med inntil 100 kilowatt til sammen. 

50 kW hurtiglader i Bergen. Foto: Marius Valle

På nye ladeplasser som har flere ladere som kan levere 150 kilowatt hver blir det derfor snakk om langt høyere strømmer. To ladestasjoner på 150 kilowatt hver vil kreve 400 volt trefase og 480 ampere.

For at en hurtiglader skal fungere, må strømnettet være stabilt. Den er laget for å kunne klare en spenningsvariasjon på inntil ti prosent, altså i området 360 til 440 volt. Ved lavere eller høyere spenning vil en sikkerhetsmekanisme slå ut, og laderen kobles fra nettet.

Dette kan skje ved variasjoner i nettet, eller om en bil trekker så mye strøm under ladestart at spenningen i nettet faller.

Les også

Likeretter

Japansk industri står bak CHAdeMO-standarden. Foto: Stefan Ataman / Shutterstock.com

Hurtigladeren består i prinsippet av tre ting: Likerettere, som omformer vekselspenning fra nettet til likespenning som lader bilen, og en datamaskin som styrer strøm og spenning ut fra ladestasjonen og kommuniserer med bilen som lades, og en kommunikasjonsmodul som kommuniserer med leverandør og operatør.

En vanlig hurtiglader med 50 kilowatt vil da trenge 50 kilowatts likerettere.

Hurtiglading vs bensinpumpe

En vanlig bensinpumpe leverer 40 liter i minuttet (kilde).

Det er en energimengde på 364 kilowattimer i minuttet.

Forutsatt at en hurtiglader leverer en konstant effekt på 50 kilowatt, og lader et batteri med 25 kilowattimer fra null til hundre prosent på 30 minutter, leverer hurtigladeren 0,83 kilowattimer i minuttet.

Regnestykket er kraftig forenklet. 

Bensinpumpen leverer uansett flere hundre ganger mer energi per minutt.

Om en hurtiglader skulle levert samme energimengde som bensinpumpen på samme tid, måtte den hatt en effekt på nesten 22 megawatt.

– Hos ABB består dette av moduler på ti kilowatt hver. Noen andre produsenter har én stor likeretter på 50 kilowatt. Fordelen med å heller bruke moduler er at dersom det oppstår en hardware-feil i en av likeretterne, vil hurtigladeren bare begrense effekten til 40 kilowatt. Har du kun én likeretter, har du ingen effekt om den feiler, sier Sigbjørnsen.

Likeretteren i ABBs hurtigladere er tilpasset denne bruken, men er ifølge Sigbjørnsen stort sett en standardkomponent.

Les også

Temperaturkontroll

Den har en virkningsgrad på omtrent 96 prosent ved full last. Resten avgis som varme. Hele veien fra strømnett til batteri anslår Sigbjørnsen at virkningsgraden er omtrent 85 til 90 prosent.

Varmen kan fjernes, men den kan også brukes til å holde temperaturen i hurtigladeren innenfor et ønsket optimalt intervall.

Hurtigladeren opererer i temperaturer fra 35 kuldegrader til 50 varmegrader, så avhengig av omgivelsestemperatur må den varmes opp eller kjøles ned. Temperaturen inni skapet er som regel mellom null og 15 grader. Om temperaturen faller, vil et varmeelement sørge for at temperaturen holdes oppe.

Dette er viktig for å sørge for at elektronikken i laderen har riktig driftstemperatur.

Ladeproblemer?

Man kan noen ganger oppleve problemer med hurtiglading. 

Ifølge Sigbjørnsen er de vanligste årsakene til at en elbil ikke kan starte lading på en hurtiglader:

Ikke godkjent betalingsbrikke, eller misforståelse om hva som kreves av betaling.

Mobilt nettverk eller server er nede, slik at betaling ikke kan registreres.

Brukerfeil - Nye elbileiere som ikke vet forskjell på for eksempel AC- og DC CCS-plugg.

Intern feil i elbil, for eksempel at sikkerhetssjekk feiler, at bil er i feil modus, eller at bilen har gammel firmware.

Intern feil i hurtiglader, som defekt kontakt, defekt likeretter, jordfeil, eller sikring. PC i lader kan også være rammet av feil.

Fra lader til bil

Fra likeretteren går likestrøm til bilen for opplading av batteriet. I tillegg er det sikkerhetsmekanismer som jordfeilbryter og overspenningsvern på inngang og utgang. Stort mer komplisert er det ikke.

Det er likevel ikke slik at det bare er å sette strøm på bilen for å lade batteriet. Det er tross alt store effekter involvert, og skadepotensialet er stort dersom noe skulle gå galt. Derfor sjekkes tilkoblingen før lading starter.

Tverrsnittet på likestrømsledningene i kabelen du kobler til bilen ligger typisk på rundt 35-40 kvadratmillimeter. Høyere effekt krever større tversnitt.

Spenningen over disse lederne er mellom 50 og 500 volt, alt etter hva bilen ber om.

Når ladekabelen settes i bilen, opprettes kommunikasjon mellom laderen og bilen. Bilen signalerer da til laderen informasjon som biltype og batteristørrelse.

Deretter utføres en sikkerhetssjekk med 24 volt, for å undersøke om det er lekkasjestrømmer og jordfeil, og at kontrollsignalet mellom bilen og laderen ser riktig ut. Om alt er i orden, gir laderen klarsignal til bilen. Om noe er galt, startes ikke ladingen.

Bilen har siste ord

Så sant laderen har gitt klarsignal, er det heretter bilen som styrer showet. Den kan nå sende forespørsel om ønsket ladeeffekt, og justere dette underveis i ladingen. Bilen vil aldri lade på full effekt hele tiden.

– Effekten er i snitt 30 kilowatt på en Nissan Leaf med 24 kilowattimers batteri, og toppeffekten omtrent 49 kilowatt, forutsatt at batteriet har driftstemperatur. Toppeffekten leveres bare i noen få minutter, sier Sigbjørnsen.

Jo større batteri bilen har, jo lenger tid vil bilen kunne lade med full effekt. Snitteffekten vil derfor være høyere på en Leaf med 30 kilowattimers batteri, eller en Tesla Model S med 100 kilowattimers batteri - enn en Leaf med 24 kilowattimers batteri. 

Når bilen har fått nok strøm, sender den beskjed til laderen om å avslutte ladingen.

Kommunikasjon

Les også

Alle hurtigladere er utstyrt med kommunikasjonsmulighet. Det skjer vanligvis via mobilt internett. ABBs hurtigladere kommuniserer med ABB, NOBIL som tilbyr sanntidsdata om status til hurtigladekart, og ladeoperatøren.

Kommunikasjonen med ABB lar dem overvåke driften av laderne. De kan da undersøke feil eksternt, og i mange tilfeller feilsøke og feilrette eksternt, eller sende ut en tekniker.

Ladeoperatøren kobler sine systemer til laderen via protokollen OCPP. Dette setter operatøren i stand til å identifisere kunder, overvåke hvor mye energi som er levert, ta betaling og annet.

Europeiske og amerikanske bilmerker bruker CCS-standarden. Foto: Volkswagen

CCS og CHAdeMO

For hurtiglading på offentlig tilgjengelige ladestasjoner er det i praksis to standarder: CCS og CHAdeMO.

Foruten forskjellig utformede ladeplugger, er det en del forskjeller i standardene. CHAdeMO er den eldste standarden, utviklet av japansk bilindustri.

Deretter kom CCS, også kjent som Combo, utviklet av europeiske bilfabrikanter sammen med amerikanske.

Dette gjør ikke bare at det må være to kabler ut, men også at hurtigladeren må utstyres med programvare som kan håndtere begge deler.

– Standardene har ulike sikkerhetssystemer. Et eksempel er Tesla, som har lagd en adapter til CHAdeMO. Sannsynligvis er standarden til Tesla mest lik CHAdeMO, og såpass ulik CCS at det krever mye mer arbeid å få den tilpasset. Men hardware-messig er det motsatt, siden pluggen passer bedre til CCS, sier Sigbjørnsen.

Kommunikasjonsprotokollene og –metodene er også forskjellige. CHAdeMO er basert på kommunikasjon over CANbus-protokollen, mens CCS er basert på PLC-protokoll.

–  Språket i protokollene er skrevet forskjellig. Det beste hadde vært om alle biler kunne tilpasse seg én standard, sier Sigbjørnsen.

Tesla har nylig lansert en CCS-adapter for sine biler. I tillegg er Model 3 utstyrt med en vanlig CCS-kontakt, og kan bare hurtiglade over denne.

Foto: Renault

Vekselstrømslading kreves

En stund ble hurtigladere også utstyrt med hurtiglading med vekselstrøm (AC) opp til 43 kilowatt.

Siden de første årsmodellene av Renault Zoe er den eneste bilen som støtter det, og Renault senere sluttet å importere biler med mulighet for AC-hurtiglading til Norge, blir det i praksis ikke lenger bygget ladestasjoner med slike uttak i Norge. 

Les også

43 kW AC-lading har enkelte fordeler, blant annet at en hurtigladestasjon kan forsyne en bil med vekselstrøm samtidig som en annen bil hurtiglader med likestrøm, så sant det er nok tilgjengelig effekt inn til stasjonen.

En hurtiglader fra BKK i Bergen.
En AC-hurtiglader fra BKK i Bergen. Foto: Marius Valle

Enova har imidlertid satt 22 kilowatt vekselstrøm som krav på nye hurtigladestasjoner som mottar støtte, slik at alle biler med type 2-kontakt kan lade med vekselstrøm der.

Dermed er 22 kilowatt i praksis høyeste tilgjengelige vekselstrømeffekt på hurtigladere. 

Renault har for øvrig lansert en ny versjon av Zoe, som har CCS-kontakt. 

Oppgradering til høyere effekter

Det har kommet mange biler som støtter ladeeffekter på over100 kilowatt, og en rekke hurtigladere på 150 til 300 kW er på plass eller på vei ut i det norske markedet.

Det er imidlertid fortsatt behov for 50 kilowatt-ladere. Disse er bygget ut i start antall, og alle elbiler kan benytte disse. 50 kilowatt blir i praksis de nye bilenes semihurtigladere.

Det blir neppe aktuelt å bytte ut alle landets 50-kilowattladere med 150- til 300 kilowatt-ladere. Det koster penger å oppgradere eksisterende utstyr, og det koster penger å sette opp nye ladere. 

En 150 kilowatt-lader koster gjerne det dobbelte av en 50 kilowatt-lader, og en 300 kilowatt-lader det dobbelte av det igjen. Det vil si 60-70.000 euro, har Wolfgang Ademmer i ladeoperatøren Alpitronic tidligere fortalt til TU.

Da må trafikkgrunnlaget være av en slik art at en investering lønner seg. Det er slett ikke sikkert at det skjer mange steder med det første.

Les også

Kommentarer (35)

Kommentarer (35)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå