Hurtig opladning af elbiler: hvorfor den maksimale hurtigopladningseffekt, bilmærkerne oplyser, ikke fortæller hele historien

Indtil for ikke så længe siden kiggede man næsten udelukkende på rækkevidden, når man vurderede en elbil: jo flere kilometer den angav, jo bedre virkede den klar til lange ture. Men virkeligheden er, at når man kører lange afstande, er hastigheden, hvormed bilen kan genoplades under et stop, lige så vigtig som den energi, der kan være i batteriet. Og det er her, hurtigopladning med jævnstrøm kommer ind i billedet; den kan tilføje hundredvis af kilometers rækkevidde, mens vi drikker en kop kaffe eller hviler nogle minutter.

Problemet er, at den maksimale opladningseffekt med jævnstrøm, som producenten angiver, den såkaldte “hurtigopladning”, ikke alene forklarer, hvordan en bil lader op. En model, der når en toppunktseffekt på 250 kW, har ikke altid brug for mindre tid til at oplade batteriet end en anden, der er begrænset til 200 kW. Alt afhænger af, hvor længe den holder den effekt, batteriets størrelse, dets temperatur, den ladetilstand, det tilkobles med, og den energi køretøjet bruger på hver kilometer.

Derfor skal man, for at vide hvilken elbil der klarer rejser bedst, kigge langt ud over det store tal, der står i specifikationerne.

Hvad er egentlig hurtigopladning?

En elbils batteri lagrer energi i jævnstrøm. Når vi oplader derhjemme eller ved et vekselstrømspunkt, skal elektriciteten passere bilens indbyggede lader, som omdanner den til jævnstrøm, før den sendes til batteriet. I en hurtiglader foregår denne omdannelse uden for bilen. Standeren leverer jævnstrøm direkte til batteriet, hvilket undgår begrænsningen fra den indbyggede lader.

Derfor kan den samme bil f.eks. acceptere 11 kW med vekselstrøm og 150, 250 eller endda over 300 kW med jævnstrøm. Det er værd at skelne mellem to enheder, der ofte forveksles:

• Kilowatt —kW— angiver effekt, altså hastigheden, hvormed der lades i et givet øjeblik.
• Kilowatttimer —kWh— angiver energi, altså den mængde, batteriet kan lagre, eller som er blevet tilført under opladningen.

Det er vigtigt, fordi et batteri med 100 kWh brugbar kapacitet ikke nødvendigvis oplades på én time ved en 100 kW-stander. Den simple division ville kun holde, hvis bilen modtog konstant 100 kW fra start til slut, hvilket ikke sker i praksis på grund af ladekurven og tabene i processen. Den reelle opladningstid afhænger af batteriets startniveau, dets kapacitet, den effekt køretøjet kan optage, og den effekt standeren er i stand til at levere.

Hvad er forskellen mellem en 400 og en 800 volt platform?

De fleste af de første moderne elbiler brugte systemer på omkring 400 volt. Denne arkitektur er stadig almindelig og gør det muligt at opnå høje ladeeffekter, så den bør ikke betragtes som forældet teknologi. Dog anvender flere og flere producenten 800 volt-systemer i deres mest ydeevnestærke modeller.

Elektrisk effekt svarer i forenklet form til spænding gange strømstyrke: Effekt = spænding × strømstyrke. For at levere 200 kW med et 400 volt-system kræves teoretisk omkring 500 ampere. Med 800 volt kan den samme effekt opnås med cirka halvt så stor strømstyrke.

Fordelene? Lavere strøm reducerer tabene som følge af modstand og varmeudviklingen i kabler, stik og elektroniske komponenter. Det gør det også muligt at bruge lettere ledere eller øge effekten uden at skyde strømstyrken i vejret. Under de rette forhold gør en 800 volt-arkitektur det lettere at opnå og opretholde meget høje effekter. Som eksempel kan smart 5 nå 400 kW og gå fra 10 til 80 % på 18 minutter med sit 100 kWh batteri.

Men pas på: Det betyder ikke, at enhver bil med 800 volt altid lader bedre end en med 400 volt-teknologi.

At have 800 volt garanterer ikke god hurtigopladning

Den elektriske arkitektur er kun én brik i helheden. Kemien og cellernes design, deres evne til at modtage strøm, kølesystemet, programmeringen af batteristyringen og laderens effekt spiller også ind. Der findes 400 volt-biler med meget konkurrencedygtige ladekurver, og 800 volt-køretøjer, der ikke udnytter arkitekturens teoretiske potentiale fuldt ud.

Man skal også kontrollere, hvad der sker, når en 800 volt-bil tilsluttes en stander, hvis udgangsspænding er lavere. Nogle køretøjer har en opadgående konverter, der tilpasser spændingen; andre bruger visse komponenter i drivlinjen til at udføre denne funktion. Den tilgængelige effekt under disse forhold kan være lavere end den, der opnås i en lader, der er kompatibel med 800 volt.

I de nyeste systemer udvikles der også batterier, der internt kan ændre deres konfiguration for at lade effektivt både ved 400 og 800 volt-standere, såsom bank charging-teknologien, som Audi debuterede i Q6 e-tron. Den deler 800 volt-batteriet i to delbatterier med samme spænding, så de kan lades parallelt uden behov for en ekstra spændingskonverter. Målet er, at føreren kan udnytte et heterogent net uden væsentlig straf. Spændingen giver altså en idé om køretøjets potentiale, men den erstatter ikke det virkelig nyttige tal: hvor lang tid det tager at genvinde energi under reelle forhold. Og det er der, du skal kigge.

Hvad er ladekurven?

Når en producent oplyser, at en bil lader med 250 kW, angiver den den maksimale effekt, den kan nå under bestemte forhold. Det betyder ikke, at den modtager 250 kW under hele sessionen. Toppunktet kan holdes i flere minutter, optræde kun i nogle få øjeblikke eller slet ikke nås, hvis batteriet ikke er i den rette tilstand.

Lad os forestille os to biler: den første når 250 kW, men reducerer hurtigt effekten til under 150 kW; den anden har et maksimum på 200 kW, men holder sig tæt på dette tal i en langt større del af processen. Selvom den første angiver en højere effekt, kan den anden ende med at lade hurtigere fra 10 til 80 %. Derfor er den samlede tid brugt i dette interval og den gennemsnitlige ladeeffekt langt mere repræsentative end toppunktet.

Ladekurven viser, hvordan den effekt, batteriet accepterer, udvikler sig, efterhånden som dets ladetilstand eller SOC stiger, den engelske forkortelse for State of Charge. Normalt begynder en bil, der tilsluttes med lidt batteri, at lade med moderat effekt, når sit maksimum, når temperaturen er stabiliseret, og holder en mere eller mindre bred zone med høj effekt. Derefter begynder den gradvist at reducere den. Den præcise form varierer meget mellem køretøjer. Nogle kurver har et stabilt plateau; andre har trin; og i visse modeller falder effekten næsten kontinuerligt fra det indledende toppunkt.

Batteriet kan modtage mere energi, når cellerne er relativt afladede. Efterhånden som de nærmer sig deres maksimale spænding, skal systemet reducere strømmen for at styre temperaturen, undgå skader og balancere ladeniveauet mellem de forskellige celler.

I mange køretøjer ligger den hurtigste ladezone cirka mellem 10 og 60 %. Herfra begynder effekten at falde, og omkring 80 % er nedbremsningen typisk meget mere tydelig. Derfor bruger mange producenter 80 % som reference for at genoptage rejsen, når man holder ind for at lade, fordi processen efter dette niveau mister betydelig hastighed. Det forklarer, hvorfor producenterne normalt oplyser tiden fra 10 til 80 % og ikke den tid, der kræves for en opladning fra 0 til 100 %.

Hvorfor oplader bilen ikke altid med sin maksimale effekt?

Køretøjet og laderen forhandler konstant om den spænding og strøm, batteriet kan modtage. Bilen anmoder om den effekt, den anser for sikker på hvert tidspunkt, og standeren leverer den maksimale mulige inden for sine egne grænser. Blandt de faktorer, der spiller ind, fremhæves følgende.

• Ladetilstanden: Et batteri på 10 % kan normalt acceptere langt mere effekt end et på 80 eller 90 %. Jo tættere det kommer på fuld, desto langsommere skal processen være. Det ligner at fylde en beholder uden at spilde: i starten kan man åbne hanen meget, men når den næsten er fuld, skal man skrue ned.
• Batteritemperaturen: Litium-ion-batterier har et termisk vindue, hvor de bedst accepterer hurtigopladning. Hvis de er for kolde, stiger deres indre modstand, og systemet begrænser strømmen for at undgå skadelige fænomener som aflejring af metallisk litium på anoden. Hvis de er for varme, reduceres effekten også for at beskytte cellerne og undgå accelereret nedbrydning.
• Forkonditionering: De biler, der er bedst forberedt til rejser, kan opvarme eller nedkøle batteriet, før de ankommer til laderen. I mange tilfælde er det nok at vælge en hurtigstander som destination i det integrerede navigationssystem. Køretøjet beregner, hvornår konditioneringen skal starte, for at nå den optimale temperatur, når bilen tilsluttes. Denne funktion er særlig vigtig om vinteren. En bil, der kan nå 250 kW, kan ligge langt fra dette tal, hvis den tilsluttes efter at have stået om natten ved lav temperatur og ikke har forkonditionering. Ikke alle modeller aktiverer den på samme måde. Nogle gør det automatisk, når laderen indtastes i navigationen; andre tillader manuel aktivering; og i visse biler er den slet ikke tilgængelig. Det er værd at kontrollere, før man køber.
• Batteriets kapacitet og kemi: Et stort batteri kan optage mere energi i samme procentinterval end et lille. At gå fra 10 til 80 % i et batteri med 100 kWh brugbar kapacitet svarer til at tilføre cirka 70 kWh; i et på 60 kWh, cirka 42 kWh. Derfor er det ikke nok at sammenligne tider uden at tage hensyn til kapaciteten. To biler kan bruge 20 minutter, men den første vil have tilført langt flere potentielle kilometer. Kemien har også betydning. NMC- og LFP-batterier har forskellige egenskaber med hensyn til energitæthed, termisk respons, levetid og tilladt effekt. Men man kan heller ikke generelt påstå, at den ene kemi altid lader bedre end den anden: det afhænger af cellernes konkrete design og af hele systemet.
• Laderens begrænsninger: En 350 kW-stander garanterer ikke, at bilen modtager den effekt. Den kan være begrænset af sin maksimale spænding, af den strøm kablet tillader, eller af den samlede effekt, der er til rådighed i installationen. Nogle stationer deler effekt mellem to eller flere stik. Hvis der kommer endnu et køretøj, kan den energi, der er til rådighed for hver, falde. Laderne har også termisk beskyttelse. På meget varme dage eller efter flere sessioner i træk med høj effekt kan standeren midlertidigt reducere strømmen for at undgå overophedning. Naturligvis er den endelige hastighed altid begrænset af det langsomste led: en bil, der accepterer 250 kW, lader højst med 100 kW, hvis den tilsluttes en 100 kW-stander.

Hvad du skal kigge efter, når du køber en elbil til rejser

Den maksimale ladeeffekt er stadig en relevant oplysning, men den skal analyseres sammen med andre parametre.

• Den reelle tid fra 10 til 80 %: Det er den enkleste reference til at sammenligne biler. Endnu bedre, hvis den stammer fra uafhængige tests udført ved forskellige temperaturer og ikke kun fra producentens homologerede tal.
• Den gennemsnitlige ladeeffekt: Den viser, om toppen holdes, eller om den kun er symbolsk. Den beregnes ved at dividere den tilførte energi med den anvendte tid. Hvis en bil f.eks. tilfører 56 kWh på 20 minutter, har dens gennemsnit i dette interval været cirka 168 kW, selvom den på et tidspunkt kan have nået 250 kW.
• Den rækkevidde, der genvindes pr. minut: Til rejser kan denne oplysning være mere nyttig end kW. En meget effektiv bil, der bruger 17 kWh/100 km, vil udnytte hver tilføjet kilowattime bedre end en SUV, der kræver 25 kWh/100 km. Selvom den anden lader med højere effekt, kan den genvinde kilometer i en lignende eller endda lavere hastighed. Derfor skal hurtigopladning og effektivitet analyseres sammen.
• Det reelle forbrug på motorvej: WLTP-rækkevidden blander forskellige scenarier og repræsenterer ikke nødvendigvis, hvad der sker ved 120 km/t. Når man planlægger rejser, er det vigtigt at kende den reelle motorvejsrækkevidde, især om vinteren. En bil kan angive 600 km WLTP og alligevel skulle stoppe før en anden med 520 km, hvis dens aerodynamik eller forbrug ved høj hastighed er dårligere.
• Forkonditioneringens tilstedeværelse: Den skal være automatisk, nem at aktivere og kompatibel med navigationens database over ladestandere. Det er også nyttigt med manuel aktivering, fordi den gør det muligt at forberede batteriet, når man bruger en ekstern app til at planlægge rejsen.
• Ruteplanlæggeren: En god planlægger beregner, hvor man skal stoppe, med hvilken procent man ankommer, hvor lang tid der skal lades, og med hvilket niveau man når næste stop eller destinationen. De mest avancerede systemer tager også højde for laderes effekt, tilgængelighed og operatør og tilpasser ruten, hvis forbruget ændrer sig undervejs.
• Ydeevnen ved opladninger i træk: På en lang rejse kan det være nødvendigt at lave flere hurtigopladninger samme dag. Et utilstrækkeligt termisk system kan få den anden eller tredje session til at være langsommere på grund af batteriets akkumulerede opvarmning.
• Kompatibilitet med infrastrukturen: Det er også værd at kontrollere den maksimale spænding, bilen accepterer, dens opførsel ved 400 volt-standere, stiktypen, og om den tilbyder Plug & Charge, en funktion, der automatisk identificerer køretøjet og håndterer betalingen uden ekstra apps eller kort.

Er det en god idé at ankomme til laderen med lidt batteri?

Generelt ja, fordi en bil normalt lader hurtigere, når den ankommer med et lavt niveau, forudsat at batteriet har den rette temperatur. At komme til stationen med 8 eller 10 % gør det muligt at udnytte den mest kraftfulde del af kurven. At ankomme med 35 eller 40 % reducerer den tilgængelige margin, før man når det område, hvor effekten begynder at falde. Stoppet kan være kortere, men der tilføres mindre energi, og man vil sandsynligvis skulle stoppe igen tidligere.

Man bør naturligvis ikke køre helt ned uden margin. Ankomstprocenten skal tilpasses stationens pålidelighed, eksistensen af alternative ladere, vejrforholdene og førerens erfaring. En korrekt konfigureret planlægger kan arbejde med en sikkerhedsmargin på 8 eller 10 %, men i områder med ringe infrastruktur kan det være klogt at have mere i reserve.

Er det bedre at lade op til 100 % eller at holde to kortere stop?

På de fleste rejser er det hurtigere at lave korte stop inden for kurvens gunstige zone end at blive tilsluttet, indtil man når 100 %.

Antag, at en bil lader meget hurtigt fra 10 til 70 %, begynder at reducere effekten fra dette punkt og bliver særligt langsom over 80 %. De sidste 20 procentpoint kan kræve næsten lige så lang tid som at tilføje de første 50 eller 60. I så fald er det mere effektivt at:

1. Ankomme med lidt batteri.
2. Kun oplade den energi, der er nødvendig for at nå næste station med margin.
3. Genoptage rejsen, når effekten klart er faldet.
4. Gentage processen ved næste stop.

To sessioner fra 10 til 60 eller 70 % kan gøre det muligt at dække samme afstand på kortere tid end en langvarig opladning til 100 %. Desuden frigives laderen hurtigere for en anden bruger, når man frakobler tidligere, og man undgår at blive i et interval, hvor prisen pr. genvundet kilometer kan være mindre gunstig, hvis operatøren anvender en tidsbaseret takst eller straf for optagethed.

Hvornår kan det give mening at lade op til 100 %?

Der findes ingen universel regel. Det kan være rimeligt at fuldlade under visse omstændigheder:

• Før rejsen starter, ved langsom opladning derhjemme.
• Når næste etape overstiger den tilgængelige rækkevidde.
• Hvis det efterfølgende ladenet er sparsomt eller upålideligt.
• Mens man holder en lang pause, som alligevel ville have fundet sted.
• Når man ankommer til destinationen, hvis bilen snart skal bruges lidt.
• Når laderen tilbyder en særligt fordelagtig pris, og der ingen andre brugere venter.

Nøglen er at skelne mellem at nå 100 % før afgang og at gøre det midt på ruten. Derhjemme betyder det ikke meget, at den sidste del er langsom, fordi bilen kan blive tilsluttet i flere timer. På en vejlader tæller hvert ekstra minut, og det kompenserer normalt ikke at vente, indtil batteriet er fuldt.

Man skal også tage i betragtning, at at holde et litium-ion-batteri i lang tid med et meget højt ladeniveau kan fremme dets nedbrydning. Til daglig brug anbefaler mange producenter at sætte en grænse tæt på 80 %, og at reservere 100 % til rejser eller situationer, hvor hele rækkevidden er nødvendig. De præcise effekter afhænger af kemien og den styring, hver producent har udviklet.

Den bedste strategi er ikke at oplade mere, men at oplade det nødvendige

På en rejse med en elbil er det optimale stop ikke altid det, der efterlader batteriet på 80 %. Nogle gange er det nok at nå 55 eller 60 % for at komme frem til næste lader, hvor bilen igen kan udnytte den hurtige zone på sin kurve. Planlæggerne optimerer netop denne balance. Et stop på ti minutter kan være nok til at fortsætte til en bedre placeret station, med mere effekt eller flere tilgængelige stik.

Den hurtigste strategi består normalt i at forlade hjemmet med et opladet batteri, ankomme til den første station med et lavt niveau og lave korte opladninger, og udnytte den mest gunstige del af kurven. Men også den menneskelige faktor spiller ind. En familie foretrækker måske en pause på 30 minutter til at spise frem for to på 15. En anden fører vil sætte pris på at stoppe hver anden time, selvom bilen kunne fortsætte. Og nogle vil prioritere stationer med service, toiletter og restauration frem for den absolutte rejsetid.

Den bedste hurtigopladning er ikke nødvendigvis den, der registrerer det højeste effekttoppunkt, men den, der passer ind i ruten uden at tvinge en til at ændre de normale pauser.

De fem nøgletal til at sammenligne hurtigopladning

Når man vælger en elbil til rejser, bør man gennemgå følgende i denne rækkefølge:

1. Reelt forbrug på motorvej og brugbar rækkevidde mellem stop.
2. Opladningstid fra 10 til 80 % under reelle forhold.
3. Kurvens form og gennemsnitlig effekt, ikke kun toppunktet.
4. Forkonditionering og kvaliteten af ruteplanlæggeren.
5. Opførsel i kulde, varme og ved hurtigopladninger i træk.

800 volt-arkitekturen er en vigtig teknisk fordel, især i køretøjer med store batterier og meget høje effekter. Men den gør ikke automatisk en bil til en god rejsende. En effektiv elbil med et batteri af rimelig størrelse, en stabil kurve og et velkalibreret termisk system kan være hurtigere på landevejen end en anden med større homologeret rækkevidde og højere maksimal effekt.

Konklusionen er enkel: når man køber en elbil, skal man ikke kun spørge, hvor mange kW den lader med, men hvor mange kilometer den tillader at genvinde i de minutter, vi er villige til at stå stille. Det er det tal, der til sidst gør forskellen, når det er tid til at rejse.