Alt det, du altid har drømt om at vide om lynopladning
Hvad er lynopladning? Hvordan fungerer det? Hvor hurtigt kan det blive? Luc Bronk, der er Commercial Activation Manager hos Fastned, har udarbejdet en introduktion, som besvarer alle disse spørgsmål.
Det basale
Hvad er lynopladning? Og hvordan adskiller det sig fra 'almindelig' opladning? Alle batterier - også dem i elbiler - bruger jævnstrøm (DC) til opladning og afladning. Men elnettet leverer vekselstrøm (AC). Derfor skal AC fra nettet konverteres til DC, så det kan bruges til at oplade batteriet. Dette gøres af en AC/DC-konverter.
Denne AC/DC-konverter er en del af det, vi kalder en oplader. Opladere kan enten være integreret i køretøjet som en indbygget oplader, eller opladere kan være eksterne i forhold til køretøjet (for eksempel de lynopladningsbokse, du finder på en Fastned-station). I dag har stort set alle elbiler en lille indbygget oplader. Du kan bruge et kabel til at forbinde den indbyggede oplader til en almindelig stikkontakt i din garage eller sætte den i en ladestander. Ladestanderen leverer den vekselstrøm, der er nødvendig for, at den indbyggede oplader kan oplade dit batteri. Så en ladestander er faktisk ikke en oplader, men en intelligent stikkontakt, hvor du kan tilslutte dit ladekabel.
Hvis du vil lade hurtigere, skal AC/DC-konverteren og dermed laderen være større. Men en større lader er tungere, optager mere plads i bilen og gør køretøjet mere komplekst og dyrere. Dertil kommer, at alle komponenter i en bil skal være i god kvalitet for at sikre en pålidelig drift i hele bilens levetid. Så bilproducenterne vælger normalt en relativt lille - og derfor langsom - indbygget oplader for at sikre en optimal balance mellem disse faktorer.
Det er anderledes med lynopladning
En ekstern lader, der foretager AC/DC-konverteringen, kan være meget større, tungere, mere kompleks og dyrere end en indbygget lader. Men den er også meget hurtigere. Det er derfor, de som regel kaldes "DC-lynopladere" eller bare " lynopladere". En meget almindelig lynoplader leverer 300 kW, hvilket lader et køretøj op omkring 25 til 80 gange hurtigere end en indbygget oplader. Den næste generation af lynladere blev introduceret i begyndelsen af 2023 og leverer 400 kW. Mere om virkningen af dette senere.
Sådan fungerer lynopladning
Et bilbatteri består af mange "celler". En enkelt celle svarer nogenlunde til det genopladelige batteri, du bruger derhjemme, bare større. En Lucid Air med en batteripakke på 112 kWh indeholder 6.600 individuelle celler. En BMW i3 med et 21,6 kWh-batteri har kun 96 celler, men dens celler er større end de celler, Lucid bruger. Cellerne udgør sammen med alle ledninger og emballage den batteripakke, som er afbildet herunder.
"Moderne batteripakker er designet med mulighed for lynopladning"
Batteripakke til BMW i3
Moderne batteripakker er designet med mulighed for lynopladning. For eksempel er drivlinjen i BMW i3 klassificeret til 125 kW spidseffekt og 75 kW kontinuerlig effekt, mens lynopladning sker ved 50 kW.
Batteriets levetid
Her er noget, du måske ikke ved: Bilbatterier bliver aldrig anvendt 100 % under daglig brug. Og det er der en god grund til. Både bil- og lynopladningsindustrien har lært, hvordan man udnytter bilbatterierne mest effektivt. Den nyeste generation af elbilbatterier er indstillet til at opretholde et opladningsniveau på mellem 10 % og 90 %. Ved at holde batteriniveauet mellem disse parametre kan vi forlænge batteriets levetid og maksimere (lyn)opladningskapaciteten.
For eksempel er den brugbare kapacitet i Tesla Model Y Long Range-batteripakken på 78,1 kWh omkring 75 kWh eller omkring 90-95 % af den samlede kapacitet. Forskellen på 3,1 kWh bruges som en reserve til at "afbøde" virkningen af opladning og afladning. Batteripakken skifter automatisk mellem ca. 5 % og 95 % af batteripakken. Alt dette håndteres af batteristyringssystemet (BMS) og er helt skjult for føreren.
Der er mange faktorer, der påvirker batteriets levetid, herunder temperatur, batteriets alder, batteristørrelse, kemi, hvor længe batteriet skal være fuldt opladet og antallet af opladnings- og afladningscyklusser. Forskning viser, at hyppig brug af lynopladere næsten ikke påvirker batteriets levetid, når det testes med Tesla Model Y. Den samme forringelse sker, når man oplader ofte på en jævnstrømsoplader sammenlignet med lav jævnstrømsopladning. Som en hovedregel vil et batteri holde længere, når dets størrelse øges, fordi der er brug for færre opladnings- og afladningscyklusser for at køre det samme antal kilometer.
"Hyppig brug af lynopladere påvirker næppe batteriets levetid"
Hvorfor mpere og volt betyder noget
Effekt (udtrykt i watt) er et resultat af spænding (volt) og strøm (ampere). Du har brug for begge dele til lynopladning. Tænk på spænding (V) som vandtrykket og strøm (A) som størrelsen på vandhanen. Hvis du vil have mere vand hurtigere, skal du øge vandtrykket og/eller øge størrelsen på vandhanen. Vores lynopladere gør begge dele, bare med elektricitet.
Normalt kalder folk det lynopladning, når hastigheden er 50 kW eller mere. Med hensyn til spænding og strøm betyder det 400V og 125A (400 * 125 = 50.000 W = 50 kW).
Hvorfor 400V? Det skyldes bilbatterierne. De fleste bilbatterier fungerer i dag ved omkring 400V, når de er fuldt opladet, så dét er det bløde punkt, vi sigter efter.
Hvorfor 125A? Det skyldes opladerne. De fleste 50 kW lynopladere kan levere en maksimal strøm på 125A.
Heldigvis er udviklingen af lynopladere i fuld gang, og vores nyeste 400 kW CCS-opladere kan levere op til 500A og snart op til 600A. Dér kan man tale om en større vandhane!
Din bil bestemmer for det meste ladehastigheden
Det er en udbredt misforståelse, at bilbatterier oplades i en lige linje, og at de altid oplades med maksimal ydelse. Det er ikke tilfældet. I næsten alle situationer er det køretøjet, der bestemmer ladehastigheden.
Sådan fungerer det:
Under lynopladning er der kontinuerlig kommunikation mellem styringssystemet og lynopladeren. Styringssystemet instruerer lynopladeren i at indstille ladehastigheden. Denne hastighed udtrykkes normalt i kilowatt (kW). Hvis en bil oplades i 1 time ved 50 kW, tilføres der 50 kWh energi til batteripakken. I gennemsnit bruger en elbil 1 kWh på at køre 5 km. Nogle køretøjer som Tesla udtrykker også ladehastigheden i kilometer opnået rækkevidde pr. times opladning. Så 50 kW svarer til ca. 250 km/t (‘250 km rækkevidde opladet på 1 time’).
Hvad kan påvirke ladehastigheden?
Batteripakkens kapacitet
Generelt kan et større batteri oplades hurtigere. Så en Tesla Model S med et stort 100 kWh-batteri kan oplades med en højere effekt end en BMW i3 med et 21 kWh-batteri. Det er også hovedårsagen til, at nutidens plug-in-hybridbiler (PHEV) ikke kan hurtigoplades: Deres batteripakker er simpelthen for små. De fleste PHEV-producenter inkluderer ikke den ekstra hardware (f.eks. ekstra input og ledninger) i bilen.
Opladningstilstand (SoC)
When the battery is almost fully charged the charge speed drops to prevent the battery cells from overheating. Typically at 80–90% SoC the speed drops and charging will slow down further closer to 100% SoC. That is the reason why fast charging is most effective between 0% and 80–90% SoC. Also, as mentioned before, the latest batteries are even set up to maintain a charge level of between 10-90%.
Batteriets temperatur
Battery cells operate most effectively between 20–25 degrees Celcius (68–77 degrees Fahrenheit). When battery temperature is too low or too high, the BMS reduces the requested current to protect the health of the battery cells. If the battery pack is equipped with a heating or cooling system (e.g. the BMW i3) the BMS will activate this system in order to control the cell temperature. Note that battery temperature is not only influenced by the outside temperature, but also by (highway) driving and (fast) charging as this will generally increase battery temperature.
Batteriets kemi
When designing a battery, manufacturers have to make choices on size, weight, costs, life and performance of a battery. Depending on the target audience of the vehicle they could compromise battery performance over costs and weight for instance. Alternatively, a higher end vehicle will have better performance and may include battery temperature regulation, but it will also come with a higher price tag.
"Hos Fastned kan alle ladere typisk arbejde med fuld effekt uanset antallet af køretøjer, der lader på samme sted"
Lynopladernes indvirkning på ladehastigheden
Lynopladere kan i sig selv begrænse den maksimale hastighed, hvormed et køretøj kan oplades. Hvis en lynoplader er normeret til 50 kW, vil den aldrig kunne levere mere strøm, selv om bilen måske kan oplades hurtigere.
Der kan også være begrænsninger i netforbindelsen, eller flere opladere på samme sted kan dele strøm, hvilket kan resultere i en situation, hvor en lynoplader ikke kan levere fuld strøm.
Opladning med høj effekt
I øjeblikket er der kun to fungerende standarder for lynopladning: "CCS" og "CHAdeMO".
Det kombinerede opladningssystem (CCS) blev udviklet af syv bilproducenter og var oprindeligt designet til opladning op til ~80 kW (ved 400V). Standarden promoveres af CharIN og bakkes op af et stort antal bilproducenter og ladeproducenter over hele verden.
CHAdeMO blev allerede udviklet i 2010 af CHAdeMO Association og er et initiativ fra japanske bilproducenter. Det oprindelige design gav mulighed for opladning på op til ~50 kW (ved 400V).
Fastned er medlem af begge organisationer, og vi tilbyder disse standarder på alle vores stationer. På en Fastned-lokation er det usandsynligt, at du finder en oplader, der ikke kan nå dit køretøjs topeffekt. Fra 2023 er Fastned begyndt at installere 400 kW-ladere. Der er i øjeblikket ingen personbiler på markedet, der kan lade ved denne hastighed.
Kapløbet om hurtigere opladning er i gang
Flere og flere køretøjer oplades med en højere toppeffekt. I øjeblikket ser vi flere køretøjer med en 800V-infrastruktur i batteriet. Når spændingen er højere, er det mere sandsynligt, at bilen kan lade hurtigere. I sommeren 2023 debuterede Lotus Eletre på det europæiske marked med en maksimal opladningseffekt på 350 kW. Det er den hurtigst opladende personbil til dato (oktober 2023).
I mellemtiden ser vi også de traditionelle bilproducenter komme ind på markedet med køretøjer, der kan oplades hurtigere. Porsche arbejder på en ny version af deres Taycan, der kan oplade med 320+ kW, og Audi vil præsentere deres nye Q6 e-tron med en maksimal opladningskapacitet på 270 kW på et 100 kWh batteri. Hvor de tidligere Audi-modeller 2023 Q8 e-tron (170 kW) & 2021 Audi Q4 e-tron (175 kW) ikke var i stand til at oplade ved disse høje hastigheder.
Disse udmeldinger viser, at kapløbet om hurtigere opladning er i gang. Det står også klart nu, at et netværk af ultrahurtige ladestationer er påkrævet for at understøtte lanceringen af denne næste generation af elbiler, da de fleste andre former for opladning simpelthen ikke vil kunne understøtte de sidste nye udviklinger inden for batterier.
Implementering af den næste generation af ladeinfrastruktur
Mange Fastned-stationer er udstyret med 300 kW-ladere. Fastned har netforbindelser, der understøtter opladning af 4-8 biler samtidigt med op til 300 kW. Andre Fastned-stationer kan også nemt opgraderes med en større netforbindelse. Der kan tilføjes mere kapacitet i fremtiden ved at indføre batteribuffering på stedet og/eller ved yderligere at øge kapaciteten af netforbindelserne. Layoutet på vores stationer er allerede designet til at sikre maksimal gennemstrømning af biler. Vi installerede vores første 400 kW-lader i december 2022 og vil fortsætte med at installere 400 kW-ladere i de kommende år.
Du kan følge @fastned for de seneste nyheder og mig @lucbronk ( Commercial Activation Manager) eller @rolandvanderput (Energy Sourcing Manager) for mere indsigt i branchen for lynopladning.
