Annonse

Hvorfor er hurtiglading så treigt i kulda? Er det laderne som er stivfrosne, kabelen eller batteriene? ABB har delt kunnskap med oss for å forklare hva som skjer. Og vi har tenkt litt over hva det betyr.

Vi har tidligere skrevet om hurtiglading i kulda. På tide nå med et lite påfyll. Mange nye elbileiere har allerede gjort seg erfaringer i desemberkulda. Greit å vite hva du kan forvente i vintermånedene som ligger foran oss.

Hvordan virker litiumbatterier?

blogg121219sjefelektroder

Battericellene består av en positiv og en negativ elektrode og en elektrolytt som gir litiumionene mulighet til å forflytte seg mellom elektrodene. I den ene eller andre retningen, avhengig av om vi lader eller utlader batteriet. Når batteriet lades, dyttes positive litiumioner til den negative elektroden helt til det er fullt der, og batteriet dermed er å anse som fulladet.

Hva er egentlig hurtiglading?

Forskjellen er sjølsagt at du tilfører langt mer strøm enn ved vanlig lading. Energimengden måles i kilowattimer (kWt) og er en funksjon av spenning (Volt), strømstyrke (Ampere) og tid (timer).

Ved hurtigladingen som vi kjenner idag, likestrøm med CHAdeMO-løsningen, er spenningen ca 400V istedenfor ca 230V som er i de vanlige ladeuttakene våre. Størst forskjell er det derfor på strømstyrke. Ved normallading er den 10-13A varierende med biltype, mens ved hurtiglading kan den være opptil 125A.

Da kan vi få en ladeeffekt (målt i Watt) som er 20 ganger høyere enn ved normallading. Og da teoretisk sett forkorte ladetiden til 1/20.

Hvem har kontrollen på ladingen?

Avgjørende for hvor fort ladingen kan foregå, er batteriets tilstand målt som cellespenning og temperatur. Dette er det elektronikken i bilen som skal ha kontroll på. Basert på rapporteringen til og kalkulasjonene i batterikontrollsystemet vil bilen bestemme hvor raskt batteriene kan ta imot energi.

Ved mer avanserte ladeformer enn normalladinga vi idag er vant med, vil elbilen kommuniserer med ladepunktet for å avstemme maksimum ladeeffekt. Som oftest blir dette begrensa av hva ladepunktet er istand til å avgi – ikke batterienes evne til å ta imot.

Ved DC hurtiglading hvor ladeeffekten kan være opptil 50 kW, kan dette være strømstyrker høyere enn hva batterienes helse har godt av. Derfor er det elbilen, dens elektronikk og batterier, som avgjør hvor fort du får hurtiglade. Dette begrenses av to særlige forhold:

  • Hvor fullt batteriet er (spenningen)
  • Hvor kalde eller varme batteriene er (temperaturen)

Hvorfor er det ikke hurtiglading til 100%?

Hurtiglader

Det er uproblematisk å lade batteriene med høy effekt når det er romslig med plass på elektroden hvor litiumionene skal flyttes over til. Men nærmere du er fullada, jo trangere og vanskeligere blir det for litiumionene å finne en plass. De trenger mer tid for å frigjøre plass til ionene som er på vei over.

Derfor reduseres ladeeffekten når du har kommet til et visst spenningsnivå på battericellene. Gjerne rundt 80%. Etter dette senkes ladeeffekten slik at at litiumionene får mer tid til å utnytte arealet på katoden. Litt sånn tetrisspill hvor du må snike deg til en plass. Hvis laderen istedenfor å redusere farten fortsetter å dytte mange ioner over, risikerer du at det vil skade battericellene.

Dette er grunnen til at ladetid ved hurtiglading oppgis for 0-80%. For etter 80% fullading kan farten reduseres vesentlig – i verste fall helt ned til det vi er vant til ved normallading. Nå er det nødvendigvis heller ikke full pupp fra 0-80%. De fleste erfarer en snitteffekt på rundt 35 kW. Noe som tilsvarer 20-30 minutter ladetid avhengig av batteripakkas størrelse (målt som energimengde som kan lagres).

Hvorfor er hurtiglading litt sirup i kulda?

Vi bruker «sirup» fordi det uttrykker årsaken godt. Litiumionene beveger seg saktere i elektrolytten. Elektrokjemiske prosesser er følsomme for temperaturen.

Ved samme ladeeffekt vil cellespenningen kunne bli høyere enn ved mer ideelle temperaturer. Dette har et potensial for å ødelegge cellene. Konsekvensen er at ladeeffekten må reduseres. Noe batterikontrollsystemet i elbilen tar ansvar for. Klar beskjed til ladepunktet: Vær så snill, reduser strømstyrken. Skyld derfor ikke på ladepunktet for dette. Herren sitter i elbilen, ladestasjonen er bare en slave av den.

Hvor hurtig går det?

ABB har lagd noen grafer som viser forskjell på lading opptil 90% for en Nissan LEAF, under nærmest optimale forhold med 20 varmegrader og lett vinter med 2 minusgrader. Selv uten at gradestokken har krøpet så mye under null, er forskjellen påtagelig.

I grafene har de sammenligna ladetid for en hurtiglader (opptil 50 kW) og en semihurtiglader (opptil 22 kW). Vertikal akse viser resultatet for ladetid i minutter. Søylene er for ulik restkapasitet før lading. Blå er med hurtiglader, rød er med semihurtig.

Hurtiglading sommer

Hurtiglading kaldt

I første grafen kan vi se at forskjellen er markant sommerstid. Fra 0-90% kan det ta ca 30 minutter med hurtig og 60 minutter med semihurtig. Ser vi derimot på søylene i nederste grafen for minus 2 grader, langt ifra grisekaldt, er forskjellen langt mindre. Henholdsvis knappe 58 minutter mot 77 minutter. Kaldere det blir, mindre vil denne forskjellen bli.

ABB har en liten oversikt som viser hva du for intervallet 0-80% kan forvente av ladetid for forskjellige utetemperaturer:

  • 10ºC : 30 minutter
  • 0ºC : 45 minutter
  • -10ºC : 90 minutter
  • -20ºC : 90 minutter med batterioppvarming eller 3 timer uten

Det er elbilen som bestemmer

Mange synes det er spennende å teste ulike hurtigladere for å se om det går an å få noen prosenter ekstra på maks ladeeffekt. Joda, avhengig av tilstanden på batteriene dine og din egen bils elektronikk – kan du oppleve høy ladeffekt til 80%…83%…87%…90%. Men dette er ikke en test av laderen, det er en test av dine egne batterier.

For å si det sånn, finner du en hurtiglader som lar deg lade med høy effekt opptil batteristatus 100%, så bør du melde fra til eieren av denne…

Elbiler som står parkert i romtemperatur om vinteren, vil la seg raskere hurtiglade etter en kjøretur. Så fort faller ikke batteritemperaturen. Og temperatur er nøkkelen til å få raskere lading. Samtidig er det vanskelig å kjøre på seg vesentlig høyere batteritemperatur. Til det er den indre motstanden (som skaper varmeutvikling) i litiumbatteriene for lav. Men det er klart, kjører du en lengre distanse sammenhengende med flere hurtigladinger på turen, vil både kjøring og lading hjelpe på batteritemperaturen og ladeeffekten bli høyere.

Et eksempel på en kjøretur

Det kan være en megaforskjell å dra på langtur sommer eller vinter. Som et eksempel kan vi bruke en Nissan LEAF som skal kjøre 27 mil fra Sarpsborg til Lillehammer. Begynner å bli noen hurtigladere på denne distansen.

KartDu velger å ha en grei kupétemperatur om vinteren fordi du også har med familien. Vi forutsetter at du ikke kjører ned til 0% før hver lading. Så tøffe er det få som er – og de blir sjelden populære i familien. Du starter med full kapasitet, kjører første gangen ned til 20% og kan lade til 80%, og slik fortsetter det til du er framme. Snittfarten din er 80 km/t.

  • Sommerrekkevidde er ca 140 km. Ladetid 20-80% gir ca 25 minutters stopp. Slik får du en tur hvor du kjører i tre timer og tjue minutter og har to pauser i totalt femti minutter. Rundt fire timer og ti minutter tar da hele turen.
  • Vinterrekkevidde er ca 80 km. Ladetid 20-80% gir ca 40 minutters stopp. Slik får du en tur hvor du fortsatt kjører i tre timer og tjue minutter, men får 4-5 ladepauser på ca to timer og tre kvarter til sammen.

Hva forteller dette oss? Jo, du kan få en ganske hyggelig, elektrisk tur sommerstid, med et passe påfyll av strøm, beinstrekk og kaffe. Mens det på vinteren kan bli en drøy tur på over seks timer for å kjøre fra Sarpsborg til Lillehammer. Svært avhengig av temperatur du oppnår på batteriene og flaks/uflaks med hvor hurtigladerne er lokalisert på ruta. Mest sannsynlig vil lokasjonen deres bestemme hvor du lader – og du kanskje strekker deg også godt over 80% fordi ladeeffekten ikke faller like raskt i kulda. Men du vil titt og ofte nærme deg bunn på kapasiteten, det er derfor du stopper så mange ganger for å lade.

De fleste vil nok fristes til først å teste en slik tur om sommeren. Det er lurt. Men vær da klar over at tidsbruken blir helt annerledes om vinteren. Kortere kjørelengde og langt lengre ladetid. Og siden behovet for ladestopp melder seg langt hyppigere, trenger du også flere hurtigladere å velge mellom.

Siste gode råd fra ABB

Til slutt vil vi ta med noen gode råd fra ABB. Norske vintere er røffe, og det er viktig å være litt forsiktig for ikke å ødelegge ladeutstyret.

  • Fei bort snø og is fra ladeluka før du åpner den.
  • Pass på at det ikke er snø, is eller vann på kontaktflatene mellom pluggen og kontakten i bilen.
  • Kontaktflatene kan renses med en rein, tørr klut. Bruk ingen former for løsningsmidler, bensin, pulver e.l. som kan skade dem.
  • I kulda blir ladekabelen stivere og ikke så lett å bøye. De som setter opp ei rask strømpumpe, må passe på at det er god plass for kabelen slik at den og pluggen ikke vrenges og vris mer enn nødvendig for å settes i elbilen.