Elbillading: Hele systemet

Elbillading er et samordnet system for energioverføring, ikke bare en kabel mellom en stikkontakt og et batteri. Kjøretøyet, ladeutstyret, den elektriske installasjonen, kontakten, kommunikasjonen, betalingstjenesten og batteristyringen må være enige før energien kan begynne å flyte.

Ett system, flere grenser

Ordet lader brukes ofte upresist. Det blir enklere å forstå lading når komponentene skilles fra hverandre:

Strømforsyningen leverer vekselstrøm fra en bolig, bygning eller nettilkobling.
Ladeutstyret for elbiler (EVSE) sørger for kobling, beskyttelse, signalering og en sikker forbindelse til kjøretøyet.
Ombordladeren omformer vekselstrøm til likestrøm under AC-lading.
En DC-ladestasjon utfører den viktigste omformingen fra AC til DC utenfor kjøretøyet og leverer kontrollert likestrøm til høyspenningssystemet.
Kjøretøyets ladekontroller og batteristyringssystem bestemmer hvor mye spenning og strøm kjøretøyet kan be om.
Et ladenettverk kan håndtere autentisering, priser, betaling, overvåking og fjernstyring.

EVSE-en presser ikke den annonserte effekten inn i bilen. Den kommuniserer hva som er tilgjengelig, og kjøretøyet ber om en mengde som ligger innenfor de sikre grensene for hele systemet.

De fire størrelsene som betyr noe

Diskusjoner om lading blander ofte effekt, energi, spenning og strøm:

Effekt, målt i kilowatt (kW), er den øyeblikkelige hastigheten på energioverføringen.
Energi, målt i kilowattimer (kWh), er mengden som leveres eller lagres.
Spenning, målt i volt (V), er den elektriske potensialforskjellen.
Strøm, målt i ampere (A), er hastigheten på flyten av elektrisk ladning.

For en ideell DC-forbindelse:

Effekt = spenning × strøm

En stasjon som leverer 700 V ved 400 A, leverer 280 kW i det øyeblikket. Verken merkingen på kabinettet eller bilens oppgitte makseffekt beviser at denne kombinasjonen vil forekomme. Kabeltemperatur, effektfordeling på anlegget, stasjonens spenningsområde, kontaktens strømgrense, batteriets tilstand og kjøretøyets begrensninger kan alle redusere effekten.

Ladetid er ikke ganske enkelt batterikapasitet delt på toppeffekt. Toppeffekten kan vare bare en kort stund, hjelpesystemer bruker energi, og tillatt effekt endres gjennom ladeøkten. Fysikken på batterisiden, C-rate, temperatur, ladekurve og effekter av ladenivå omtales i How an EV Battery Charges.

AC og DC følger ulike effektveier

Ved AC-lading leverer stasjonen kontrollert vekselstrøm, og bilens ombordlader omformer den til likestrøm. Den brukbare effekten begrenses derfor av den laveste kapasiteten blant bygningens strømforsyning, kursen, EVSE-en, kabelen og ombordladeren. AC-lading passer på steder der bilen står parkert i flere timer: hjemme, på arbeidsplassen, ved hoteller og på reisemål.

Ved DC-lading omformer effektelektronikk utenfor bilen vekselstrøm fra nettet til kontrollert likestrøm. Stasjonen og kjøretøyet etablerer en sikker spenning, lukker kontaktorene og forhandler kontinuerlig om strømstyrken. DC-utstyr er større og dyrere, men kan overføre langt høyere effekt fordi det ikke er avhengig av bilens AC-ombordlader. Det brukes hovedsakelig til lading på reise, rask klargjøring av flåtekjøretøy og kjøretøy uten pålitelig tilgang til nattlading.

Den praktiske forskjellen er oppholdstiden. En forbindelse med lav effekt kan være den beste løsningen når bilen skal stå i ti timer, mens høy effekt er viktig når hvert minutt forsinker en reise.

Nivåer, moduser og markedsføringsbegreper

Terminologien for lading varierer mellom regioner. I Nord-Amerika er AC Level 1, AC Level 2 og DC-hurtiglading vanlige kategorier. Markeder som bygger på IEC-standarder, bruker også Mode 1–4 for å beskrive tilkoblingen og styringsløsningen. «Level 3» brukes ofte uformelt om DC-lading, men er ikke en universell standard for personbiler.

Begreper som fast, rapid, ultra-fast og high-power charging har ingen felles global terskel. En presis beskrivelse oppgir strømtype, tilgjengelig effekt, spennings- og strømområde, kontakt og relevant ladevindu.

Fysisk kompatibilitet er bare det første laget. Pluggen må passe, men kjøretøyet og stasjonen må også støtte kompatibel spenning, signalering, digital kommunikasjon, autorisasjon og sikkerhetsatferd. EV Charging Connectors and Inlets forklarer de viktigste regionale grensesnittene og begrensningene ved adaptere.

Hva som bestemmer den faktiske effekten

Til enhver tid begrenses den nyttige ladeeffekten av den strengeste aktive grensen:

Faktisk effekt ≤ den laveste grensen som fastsettes av
anlegget, stasjonen, kabelen, kontakten, kjøretøyets maskinvare og batteristyringen

Eksempler:

En ladepistol merket 350 kW som er koblet til et effektdelt kabinett, kan ha mindre effekt tilgjengelig når et annet kjøretøy lader.
En strømbegrenset stasjon kan kanskje ikke levere den oppgitte makseffekten til et batteri med lavere spenning.
En høyspentbil kan trenge en spenningsforsterker eller et omkonfigurerbart batteri for å bruke en DC-stasjon med lavere spenning.
En trefaset EVSE på 11 kW kan ikke få en bil med en enfaset ombordlader på 7.4 kW til å ta imot 11 kW.
Et kaldt, varmt, nesten fullt eller termisk mettet batteri kan be om betydelig mindre effekt enn stasjonen kan levere.

Den største oppgitte verdien er derfor et tak for kompatibilitet, ikke en prognose. Ved DC-lading er gjennomsnittseffekten over et angitt ladenivåvindu og tilført energi vanligvis mer opplysende enn toppeffekten alene.

Kart over ladeserien

Resten av denne serien følger systemgrensene i stedet for å gjenta batteriteorien:

EV Charging Connectors and Inlets dekker plugger, inntak, regionale standarder, adaptere og plassering av ladeport.
Home EV Charging dekker dimensjonering av kurs, installasjonssikkerhet, laststyring, tariffer og daglig energibehov.
DC Fast Charging dekker effektveien ved offentlig lading, øktens rekkefølge, effektdeling, betaling, driftssikkerhet og ruteplanlegging.
Bidirectional EV Charging skiller mellom V2L, V2H, V2B og V2G og forklarer nødvendig omformer- og utstyr for frakobling fra strømnettet.
Battery Swapping undersøker automatisert batteribytte, stasjonslager, standardisering, sikkerhet og økonomi.

Ledningsbasert lading dominerer blant dagens kjøretøy, men er ikke den eneste metoden for energioverføring. Trådløs lading bruker magnetisk kobling over en luftspalte, mens automatiske ledningsbaserte systemer fjerner behovet for manuell kabelhåndtering. Begge krever fortsatt kompatibel maskinvare i kjøretøyet, innretting, kommunikasjon, beskyttelse og en egnet elektrisk installasjon.

Batteribytte flytter ventetiden for energipåfyll bort fra føreren: Stasjonen monterer en ladet batteripakke og lader deretter den demonterte pakken senere.

Dette bør en elbilkjøper kontrollere

En nyttig ladespesifikasjon besvarer praktiske spørsmål i stedet for bare å oppgi det største tallet:

Hvilke AC- og DC-kontakter er montert i det aktuelle markedet?
Hva er maksimal AC-effekt, antall faser og strømstyrke?
Hvilke DC-spennings- og strømområder kan kjøretøyet bruke?
Hvor mye energi tilføres i et tydelig angitt ladevindu, og hva er gjennomsnittseffekten?
Forvarmer eller forkjøler navigasjonssystemet automatisk batteriet før et planlagt DC-stopp?
Kan bilen bruke eldre stasjoner eller stasjoner med lavere spenning uten et stort effekttap?
Støttes Plug & Charge, roaming og betaling uten abonnement på nettverkene føreren skal bruke?
Er toveisfunksjonalitet tilgjengelig nå for det aktuelle bruksområdet, eller beskrives den bare som klargjort for fremtiden?
Hvor er inntaket plassert, og fungerer vanlige kabellengder ved kjøring med tilhenger eller bakmontert utstyr?

Ingen enkelt ladespesifikasjon besvarer alle bruksområder. Hjemmelading er et spørsmål om energiplanlegging, lading på reise er et tids- og nettverksspørsmål, og batteriets mottaksevne er et elektrokjemisk og termisk spørsmål. Tydelige grenser gir rettferdige sammenligninger.