Hvordan virker elbillading og elbilbatteriet

Slik fungerer lading til elbil

En elbil trenger strøm, slik fossilbilen trenger drivstoff. Strøm har man både hjemme, på jobben og langs veien.

Bilene må ha to typer kontakter; en for vekselstrøm med lav effekt og en for likestrøm med høy effekt.
Bilene må ha to typer kontakter; en for vekselstrøm med lav effekt og en for likestrøm med høy effekt. (Foto: Mathias Klingenberg )

En elbil trenger strøm, slik fossilbilen trenger drivstoff. Strøm har man både hjemme, på jobben og langs veien.

Elbilen går ikke lenge om den ikke har tilgang på strøm. Heller ikke fossilbilen går så langt om den ikke får bensin eller diesel, men i motsetning til denne kan elbilen fylle både hjemme, på hytta og mange andre steder hvor det er en stikkontakt eller hurtigladestasjon. Det er en utfordring for bensinstasjonene som har mye av omsetningen i form av drivstoff. Heldigvis har mange skjønt at de må kunne tilby hurtiglading også.

Tall fra Elbilforeningen viser at av all energien som lades kommer rundt 78 prosent fra hjemmelading, 9 prosent fra hurtiglading og resten fra jobb- og annen lading. Det er et dramatisk skifte i hvordan elbilister skaffer seg energi.

Det er verdt å huske at strømmen skal ende opp i batteriet som likestrøm uansett hva slags lader den kommer fra, mens laderen får strømmen levert som vekselstrøm (AC). Derfor må den likerettes et eller annet sted.

Vanlige hjemmeladebokser gjør ingen likeretting. De er bare en avansert stikkontakt og leverer vekselstrøm fra nettet videre til bilen. Det er ombordladeren i bilen som gjør om vekselstrømmen til likestrøm med riktig ladespenning. De har vanligvis begrenset kapasitet, ellers ville de tatt for mye plass og veid for mye.

En hurtigladestasjon likeretter strømmen. Den blir koblet direkte på framdriftsbatteriet i bilen.  Hvilken effekt og spenningsnivå hurtigladeren skal arbeide på blir kontrollert av elektronikken i bilen. Slike stasjoner er normalt koblet opp mot nettet via en trefaset  400 volt TN linje.  Effekt ut på de fleste hurtigladere i Norge er 125amp.  Spenningen ut må variere for å møte spenningen i hovedbatteriet i bilen (bilen har også et vanlig 12 volt batteri), men spenningsområde synes å ligge fra rundt 300 volt til 500 volt.

Dette betyr at bilene må ha to typer kontakter; en for vekselstrøm med lav effekt og en for likestrøm med høy effekt.

Les også

Standarder

En av elbilene som har solgt i store antall er Nissans Leaf. De tidlige modellene hadde en type 1 ladeplugg i bilen, mens alle hjemmeladere, og ladere man finner i gater og kjøpesentre har type 2-kontakt.

Det er med andre ord type 2 som blir standarden i fremtiden. Det er det et par grunner til. Type 2 er en svært utbredt standard for AC-lading i seg selv. I tillegg har den fått en slags «kjeller» i form av to godt dimensjonerte kontakter som støtter likestrøm (DC) hurtiglading.

Den større kontakten, som kalles CCS – Combined Charging System. Denne standarden støtter effekter på opptil 350 kW, men det kan bli høyere i fremtiden.

Hurtigladernes jobb er å levere likestrøm direkte til batteriet i bilen med den spenningen som trengs. Da trenger man en kontakt som passer i bilen, slik som CCS.

Ren type 2 kan også brukes til hurtiglading, men det er bare Tesla som bruker den i Modell S og X og bare opp til 150 kW.  Nyere modeller bruker CCS som kan lade på mye høyere effekt. Det betyr at Tesla Model 3 kan lade både på Teslas egne og andre ladestasjoner.

Den japanske standarden Chademo «Charge de move» som er benyttet i noen japanske biler, fremfor alt Leaf, er mindre utbredt, selv om de fleste hurtigladere har en kabel for slike. Nissan har bestemt seg for å bytte til CCS i sin neste elbil, som kommer neste år. Ulempen med Chademo er at den kan lade maks 50 kW på de fleste hurtigladere i dag, selv om det jobbes med en utgave som i praksis gir opptil 100 kW.

Fra venstre ser vi et Chademo ladestøpsel. Dette er en utgående standard, men finnes i noen japanske biler slik som Leaf. I midten ser vi et CCS Combo 2 hurtigladerstøpsel. De to kraftige kontaktene er til likestrøm. Batteriet kommuniserer med hurtigladeren gjennom pinnene øverst. Til høyre er den utbredte type 2 ladekontakten som vanligvis kobles til bilen fra en ladeboks, men som også Tesla bruker til å hurtiglade Modell S og X.

Ladehastighet

Det er flere ting som påvirker hvor raskt det er mulig å lade en elbil. For det første må hurtigladeren ha kapasitet nok. Den har ikke alltid det hvis det er mange biler som lader samtidig. Da er begrensningen hvor mange biler som kommer inn til stasjonen. Dessuten påvirkes hastigheten av hvor fullt batteriet er. Typisk vil ladehastigheten reduseres når man nærmer seg 80 prosent på batteriet. Den påvirkes også at temperaturen. Er batteriet for kaldt, går det sakte i starten.

Ombordladeren

Les også

Laderen som er bygget inn i bilen har to jobber. Den skal ta imot AC, transformere den til rett spenning og likerette den til DC. I tillegg skal den regulere ladeprosessen. I teorien kunne dette vært gjort veldig billig ved å bruke noen dioder, men det ville skape harmoniske og overharmoniske frekvenser på nettet, og ført til varmgang og tap og skader på nett-transformatoren. Derfor må ombordladeren være mye mer avansert. Den utnytter hele sinuskurven ved at den i praksis flytter den delen av strøm og spenningskurven som er under aksen opp, slik at begge halvdelene blir liggende over.

Laderne som er bygget inn i bilene, som denne luftkjølte laderen, kan se veldig forskjellig ut. Jobben er å ta imot vekselstrøm og transformere, likerette og jevne ut den kan lade batteriet som oftest vil ha 400 volt likestrøm.

Strømmen fra likeretteren ledes inn i en kondensator som jevner den ut før den går inn i batteriet. Batteriet forteller så hvor på ladekurven det er, og hvor mye effekt det kan ta imot. Laderen vil da justere effekten dynamisk etter det. Grensesnittet mellom laderen og batteriet er ren DC.

Men utførelsen til ombordladere har variert. Tidligere utgaver av Renault Zoe var kjent for dårlige ladere som belastet nettet.

En ombordlader og en hurtiglader har samme jobb. Nemlig å likerette vekselstrømmen og tilpasse likestrømmen til det batteriet trenger. Mange moderne elbiler kan ta imot svært mye høyere effekt enn det en ombordlader kan prestere, og det får de på en hurtiglader. For å levere høy effekt trengs det tungt utstyr som trenger mye plass. Ikke bare til ladingen, men også til utstyr for å ta betalt for strømmen.

Spørsmålet er om man får det man betaler for. Hurtigladeren tar betalt for all strømmen den bruker til å lade, men de som følger med i bilen ser at det ikke er ladet like mye som den sier. Det skyldes at transformering, likeretting og tilpasning av strømmen genererer varme, altså tap.

Ladeledningen

Den aller enkleste formen for billading er den ladekablen som følger med bilen. Det er en slags mini-ladestasjon. Det er en kabel med et shuko-støpsel i den ene enden og et type 2-støpsel i den andre. Det sitter en boks på ledningen som passer på at det du kobler til er en elbil ved å lytte på pilotsignalet fra ombordladeren. Når bilen er ladet opp sier den fra, og da bryter boksen alle lederne til bilen – utenom jord. Noen slike har også en temperatursensor i støpslet som kan sjekke at det ikke blir varmgang i shuko-kontakten. Da er det viktig at man ikke bruker skjøteledning, for da kan ikke sensoren måle temperaturen i den fastmonterte kontakten.

De aller fleste slike ladekabler begrenser strømmen til 10 A. Noen går til 16 A, men shuko-kontakten er ikke beregnet på så stor kontinuerlig belastning. Det frarås å bruke slike.

Slik ser det ut inne i ladekabelen som følger med elbilen. I prinsipp en skjøteladning med elektronikk som skrur av og sikrer ladingen når batteriet er fullt.

Ladeboksen

Les også

En elbil med stort batteri trenger vanligvis mer el enn det en enfaset ladekabel med schuko oppkobling mot nettet kan tilby. Da er det på tide å montere en ladeboks. Hovedjobben til slike er å overføre strømmen fra en litt heftigere kabel fra sikringsskapet via boksen til en type 2 kontakt og til laderen i bilen og å håndtere signalering.

Men noen slike bokser kan også utføre mye mer.

Alle boksene kan kobles til en 10 A kurs på 230 volt, men da gir de ikke mer enn én ladeledning. Derfor kan de kobles til på mange ulike måter, og de hvasseste kan kobles til med trefase 32 A på 400 volt. Da gir de 22 kW til billaderen, om den kan ta imot så mye. Det kan de aller færreste og det er sjelden nødvendig.

Det vanlige er å koble dem til på en 16 eller 25 A 230 volt enfase kurs, men noen velger en på 32 A. Da får de 7,2 kW og det holder for de fleste. Mange prøver å koble dem til på størst mulig effekt og heller begrense effekten i programvaren. Det gjelder også med trefase. Har man en bil som kan lade med enfase i dag kan man få en med trefase-mulighet senere. Det beste er om man har et hus med TN-nett, men de fleste i Norge er koblet til med IT-nett. De som produserer elbiler er mer glade i moderne TN-nett enn i gammeldagse IT-nett, som er mest brukt i Norge og Albania.

B-vern

Skulle en halvleder i likeretteren i bilen svikte kan det maskeres av AC-vernet i bilen. Det betyr at man kan få et voldsomt støt om man tar på bilen. Derfor trengs et B-vern som beskytter mot både AC- og DC-feil. Har ikke ladeboksen B-vern må man få et montert i sikringsskapet. Ladeboksen overvåker også jordfeil. Man kan se på ladeboksen som en smart stikkontakt som overvåker lading og sikkerhet.

Etter hvert blir det aktuelt å lade flere biler samtidig. Den norske Easee-laderen kan ha tre bokser koblet til samme kurs, og de vil fordele ladestrømmen mellom seg. I borettslag med svært mange ladere kan de også håndtere avregning til den enkelte lader. Disse laderne har både WiFi og 4G, og de kan snakke seg imellom på den langtrekkende lisensfri frekvensen 868 MHz.

De har også NFC-kontakt som gjør at man kan tillate andre å lade ved at de legger på betalingskortet sitt.

Hovedkilde: Teknisk sjef i Easee, Kjetil Næsje

Les også

Kommentarer (11)

Kommentarer (11)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå