Hvad sker der i en biloplader?

  • Selve batteriet i en elbil skal oplades ved hjælp af jævnstrøm (DC). Vekselstrøm (AC), som man får fra elnettet, skal derfor ensrettes før den kan benyttes til opladning af batteriet.
  • Dette gøres i den ladeenhed (on-board lader) som er bygget ind i bilen. Hvor effektiv laderen er, bestemmer hvor hurtigt bilen kan oplades med AC, og hvor stort et energitab der sker under opladningen.
  • En del elbiler er udstyret med 1-faset on-board lader med en effekt op til 7 kW. Ved direkte tilslutning til det danske elnet kan der kun lades med op til 3,7 kW, da 1- faset belastning ifølge gældende regler ikke må overstige 16 A. Med en fasefordeler fra et 3-faset kraftudtag er det dog muligt at lade med op til 7 kW. I dag kan mange elbiler leveres med flerfaset on-board lader med typisk max effekt på 11 kW (bl.a. Tesla Model 3). Enkelte andre elbiler leveres med on-board lader op til 22 kW. Ældre Renault ZOE har en speciel on-board lader med op til 43 kW.
  • Hurtig opladning foregår med jævnstrøm (DC) direkte til batteriet. Bilens on-board lader benyttes ikke ved DC ladning idet ensretning fra AC og regulering af ladestyrke foregår i ladestationen. Det gør det muligt at levere meget høj effekt (kort ladetid).
  • At installere en hurtig DC ladestation med CCS – CHAdeMO eller en Tesla Super Charger, kan koste flere hundrede tusind kroner.

 

Der er en del forskellige tekniske udformninger af kontakter til opladning af el-biler.

Hvilken ”opladningsmode”?

Ud over de forskellige stiktyper, er der også forskellige såkaldte ”modes” at forholde sig til.

  • Mode 1: Direkte tilslutning til stikkontakt eller industriskontakt med jord. Mode 1 opladning er begrænset til en ladestrøm på max 16 A, 230 V enfaset eller 3×230 V trefaset. Mode 1 kontakter har ingen kommunikation mellem strømkilden og bilens ladekredsløb. Mode 1 anvendes ikke i moderne elbiler.
  • Mode 2: Tilslutning til almindelig stikkontakt med jord eller industristik men med en kontrolboks på ladekablet. Mode 2 opladning er begrænset til max 32 A, 230 V 1-faset eller max 32 A, 3×230 V trefaset. Kontrolboksen på kablet kommunikerer med opladeren i bilen og sikrer blandt andet, at jordforbindelsen er korrekt. Desuden bestemmes hvor stor ladestrøm der må trækkes fra strømkilden. ”Mormorlader” er et typisk eksempel på en Mode 2 oplader.
  • Mode 3: Tilkobling til ladestander eller ladeboks med indbygget kontrolenhed. Mode 3 opladning forudsætter kommunikation mellem opladningspunkt og bil. Opladningen kan ikke starte, førend kommunikationen mellem bil og opladningspunkt er oprettet. Mode 3 hurtigladere har normalt et fast monteret ladekabel. Fastmonterede hjemmeladere er typisk Mode 3 opladere. Transportable ladebokse som tilsluttes industristik er normalt også Mode 3 opladere.
  • Mode 4: Tilkobling til en DC oplader med kommunikation mellem bil og ladestation. CCS og CHAdeMO samt Tesla Super Charger er typiske eksempler på Mode 4 opladning. Opladningsstrøm på op til 400 A understøttes. Tesla nyeste Super Charger V3 op til 600 A.

 

Sådan fungerer de forskellige ladekontakter til elbiler

Mange oplader via almindelig stikkontakt derhjemme. Der er imidlertid mange farer og ulemper forbundet med dette, som bl.a. fremført af Sikkerhedsstyrelsen i Danmark.

Stikkontakter i boligen er ikke beregnet til vedvarende høj belastning, og der er en væsentlig risiko for overophedning og i værste fald brand. Det anbefales derfor at få installeret en fast hjemme ladeløsning som er langt mere sikker. Dette giver desuden den fordel, at man kan få en højere ladehastighed når man bruger en sikker løsning med speciel installeret ladeboks eller evt. industristik til opladning af elbil.

 

Ingen fælles standard

I en ideel verden var alle elbilfabrikanter blevet enige om en standard for opladning af elbiler. Sådan er det desværre ikke. På det seneste er CCS dog blevet de-facto standard i Europa. I dag, er der i praksis tre forskellige systemer, og variationer af disse, som i større eller mindre grad, er kompatible med hinanden. Hvilken tilslutningskontakt der er på elbilen, afgør bl.a. hvor hurtig bilen kan oplades.

 

Type 1 kontakten er almindelig på japanske biler, og er standard i Nordamerika.

 

 

Type 1

Type 1 er den kontakt, der bruges til normal opladning af bl.a. Nissan Leaf. Også kaldet Yakazi-stik. Den bruges til at forsyne bilens oplader med enfaset vekselstrøm (AC). Type 1 forbindelse er specificeret til at håndtere 120 og 240 V, op til 80 A. Type 1 understøtter effekter op til 19 kW, men i praksis bruges den kun til opladning med op til ca. 3,6 kW (230 V, 16 A). Der er kun understøttelse af enkelt fase strømforsyning i type 1 kontakt. Den har fem forbindelser, hvor to er til ladestrøm, én er til jord, og to til signaloverføring.

 

Sikkerhedsmekanismer

Så længe der er kontakt via signalforbindelsen, vil bilen ikke kunne sættes i gang. Pilotsignalet sikrer kommunikation mellem kontrolboks og opladeren i bilen.bStikket er designet således at kontakterne til signaloverføring vil miste kontakten først hvis stikket trækkes ud. Derfor vil ladestrømmen afbrydes før kontakten er trukket helt ud. Det er også en sikkerhedsmekanisme i den fysiske udløsermekanisme i stikket, som straks bryder signalforbindelsen og dermed ladestrømmen, hvis udløsermekanismen påvirkes.

Type 1 kontakt kan bruges sammen med type 2 udtag på en ladestation ved hjælp af et kabel, der har type 1 stik på køretøjssiden og type 2 stik på strømudtagssiden.

Type 1 kontakt findes i praksis kun i biler, som også har CHAdeMO-forbindelse til hurtigladning.

Type 1 anvendes blandt andet i ældre modeller af: Nissan Leaf, Nissan EV200, Peugeot/ Citroën /Mitsubishi “trillinger”, Kia Soul EV, Ford Focus Electric.

Type 2 kontakten er en forholdsvis enkel kontakt med mange muligheder. Den understøtter tre-faset AC strømforsyning, men kan også bruges til jævnstrøm (DC).

 

 

Type 2

Type 2 kontakten er meget fleksibel. Den understøtter jævnstrøm (DC) og vekselstrøm (AC), såvel 1-faset og 3-faset. Desuden er den relativt lille i størrelse. Kontakten har syv forbindelser. Tre er faseledere, én er nulleder, og én er jord. De to sidste bruges til kommunikation mellem bil og ladepunkt når der sluttes til et Mode 2 eller Mode 3 opladningspunkt.

Type 2 kontakten er specificeret op til 500 V AC og 63 A, 3-fase, eller 70 A, 1-fase. AC-opladning over 7 kW med Type 2 kontakt er i praksis baseret på 3-faset vekselstrøm. Kontakten kan også benyttes til jævnstrøm (DC), op til 500 V og 140 A, ved at flere faseledere og nulleder bruges afhængig af strømstyrken. Tesla Model S og X benytter denne metode i Europa, men i form af en proprietær løsning, hvor Type 2 stikket er forstærket til at tåle 300 A.

 

Ingen kontakt, ingen strøm

Som type 1 kontakten, er type 2 designet således at faselederne ikke spændingssættes førend kontrolsignalerne er på plads. Disse sidder dybere i kontakten, og vil derfor blive brudt først hvis stikket trækkes ud. Faselederne vil derfor ikke være strømførende hvis stikket trækkes ud. Herved undgås dannelse af lysbue og beskadigelse af kontakten og stikket.

Type 2 har også en mekanisk lås, på såvel bilsiden som på strømudtagssiden, som styres af bilen. Dette forhindrer at man kan fjerne kablet, selv hvis opladningen er afsluttet. Det forhindrer også at stikket kan trækkes ud, mens det er spændingssat. Det er ikke muligt at sætte bilen i bevægelse, mens den er tilsluttet.

Stort set alle biler leveres i dag med Type 2 kontakten. Der findes enkelte offentlige AC ladere som benytter Type 2 og leverer op til 3×230 V / 63 A. Dette giver en effekt på 43 kW. Det kræver at laderen i bilen formår at håndtere så stor en effekt. Kun ældre Renault Zoe har en sådan lader indbygget i bilen.

CCS-kontakten er baseret på type 2 stik, og tager vekselstrøm i del af kontakten, der har den samme facon som type 2.

Med korrekt ladekabel kan Type 2 strømudtag også anvendes af alle biler med Type 1 kontakt til én-faset opladning. Signalforbindelsen i Type 2 er kompatibel med Type 1. Kun en kontakt nødvendig.

 

Tesla’s Type 2 variant

Ældre europæiske Tesla Model S og X understøtter semi-hurtig AC opladning op til 22 kW (med dobbelt lader). Nyeste modeller standard 16,5 kW.

Tesla Model S og X benytter en modificeret løsning baseret på Type 2 kontakt, som også kan modtage jævnstrøm (DC) med en effekt på 140 kW (ca. 500V / 300A), som er mulig ved Tesla´s Super Charger stationer.

I denne opsætning er alle faseledere og nulleder brugt til jævnstrøm (DC) som det principielt er muligt på Type 2. Som tidligere nævnt har Tesla har dog forstærket kontakterne i Type 2, således der kan håndteres langt større strømstyrke. Dette gør Tesla´s løsning proprietær.

Det er ikke muligt at oplade andre end Tesla elbiler på Super Charger stationerne, trods samme udformning af Type 2 kontakten. Kommunikationen mellem ladestation og bil vil forhindre at opladning startes.

Tesla Model 3 er i Europa leveret med CCS ladestik. Samtlige Super Charger standere er derfor blevet opgraderet med et ekstra CCS-kabel. I princippet betyder det at andre elbiler med CCS også kan benytte Super Charger stationerne. Dog kræves tilpasning af kommunikation mellem bil og ladestation, hvilket der p.t. ikke er indgået aftale om.

Nyeste Tesla V3 Super Charger (p.t. 1 stk i DK) er kun udstyret med CCS ladekabel. Model S og X skal derfor opgraderes og benytte en speciel adapter for at kunne lade ved V3 stationer.

 

CCS kontakten er en videreudvikling af den normale Type 2 kontakt, men med særlige kontakter for jævnstrøm (DC). Jordforbindelse og kommunikation sker over kontakterne i Type 2 delen.

 

CCS-Combo

CCS kontakten er en videreudvikling af den normale Type 2 kontakt, men med særlige kontakter for jævnstrøm (DC). Jordforbindelse og kommunikation sker over kontakterne i Type 2 delen.

Combo Charging System, eller CCS er som det forkortes, er et system udviklet i et forsøg på at harmonisere opladning verden over og kombinere AC og DC-opladning i samme stik.

 

Identisk med Type 2 for AC-opladning

CCS kontaktens øverste del i bilen er helt identisk med den almindelige Type 2 kontakt. For hurtig jævnstrømsladning (DC) benyttes de nederste kontakter. Over disse ekstra kontakter kan der leveres op til 800V / 400A DC. Kommunikationskontakterne i Type 2 delen bruges til kommunikation mellem bil og ladestation.

Sikkerhedsmekanismerne er de samme som på Type 2.

Kontakterne i den øverste del af Type 2 kontakten kan bruges til at forbinde vekselstrøm (AC) til bilen, når der ikke skal hurtiglades. Dermed behøves kun et standard Type 2 kabel til AC opladning af en bil med CCS kontakt.

CCS er i dag de-facto standard for elbiler leveret i Europa. CCS standarden understøtter DC opladning helt op til 350 kW. Bl.a. Porsche Taycan kan udnytte denne høje ladeeffekt.

CHAdeMO kontakten bruges til hurtig opladning af hovedsagelig japanske biler. Den har et omfattende kommunikationssystem med både analog og digital signalering mellem bilen og opladeren.

 

CHAdeMO

CHAdeMO kontakten bruges til hurtig opladning af hovedsagelig japanske biler. Den har et omfattende kommunikationssystem med både analog og digital signalering mellem bilen og opladeren. Dette er en standard udviklet af hovedsagelig japanske bilproducenter og Tokyo Electric Power Company. I dette system bruges kun jævnstrøm (DC).

Biler der bruger CHAdeMO må derfor have en separat kontakt til vekselstrøm (AC). Da CHAdeMO kun benyttes af biler fra japanske og koreanske producenter, benyttes Type 1 kontakten til dette formål.

CHAdeMO opererer på op til 500 V, og kan levere op til 125 A. Dette giver en effekt på 62,5 kW. I praksis leverer de fleste CHAdeMO hurtigladere op til 50 kW.

CHAdeMO specifikationerne muliggør imidlertid strømstyrker på indtil 200 A i fremtiden.

CHAdeMo understøtter også ”Power to Grid” (levering af strøm fra bil til lysnet).

 

Redundant system

Sikkerheden varetages ved at tilkoblingen er fysisk låst. Der sættes ikke spænding på kontakterne førend bilen beder om det. Under opladning overvåges for jordfejl, så eventuelle fejl straks stopper opladningen.

CHAdeMO kontakten har ti forbindelser. To af disse er til DC, to er til kommunikationen med køretøjets CAN-bus system, og resten er til analog kommunikation. Dette er et redundant system. Den analoge kommunikation bruges til at sende et signal om at opladningen er ved at starte. Information om batteriets kapacitet og ladestrøm sendes derefter fra bilen til ladestationen via CAN-bus. Hvis alt er i orden, beder bilen om at opladning startes via et analogt signal. Derefter låses stikket på plads, og der testes for bl.a. jordfejl førend opladningen startes

Det er muligt at konfigurere opladere for kun at bruge digital kommunikation via CAN-bus, men der bruges normalt en kombination for at udelukke eventuel fejlinformation fra CAN-bus. Hvis det analoge signal bliver afbrudt, vil opladningen stoppe øjeblikkeligt. Det er ikke muligt at sætte bilen i bevægelse, mens den er tilsluttet.

Selvom både CHAdeMO og CCS benytter jævnstrøm (DC), er de ikke kompatible med hinanden. Dette fordi de bruger forskellige kommunikationsprotokoller mellem bilen og ladestationen. Mens CCS benytter GreenPHY-protokollen, bruger CHAdeMO en egenudviklet protokol i tillæg til CAN bus-protokollen.

CHAdeMO bruges blandt andet af: Nissan Leaf, Nissan EV200, Kia Soul EV, Mitsubishi/Peugeot/Citroën “trillinger”. Peugeot Partner og Tesla Model S og X understøtter også CHAdeMO via særlig adapter.

Industrikontakter, også kendt som CEE kontakter, findes i flere varianter. De kan levere én-faset eller tre-faset vekselstrøm (AC) og væsentlig større strømstyrker end almindelige stikkontakter samt tåle konstant høj belastning.

 

Industrikontakt CEE

Ud over de tidligere nævnte typer af kontakter, kan elbiler også oplades via en industrikontakt med én-faset eller 3-faset vekselstrøm (AC). Her skal man benytte et overgangsstik eller et passende mellemkabel, afhængigt af hvad bilmodellen understøtter.

I de fleste tilfælde behøves også en kontrolboks på kablet, så man får Mode 2 opladning. Der findes også flere typer transportable ladebokse der kan tilsluttes industrikontakter, de fleste af disse ladebokse understøtter Mode 3 opladning.

Der findes flere typer af industri kontakt end de her viste. Farven fortæller hvilken spænding kontakten har. Blå er 230 V 16 A 1-fase, og rød er 3×230 V 3-fase. Røde kontakter findes i 16 A / 32 A / 63 A (forskellig fysisk størrelse).

Man kan se industrikontakten som en meget kraftig udgave af en almindelig stikkontakt med jordforbindelse. Hvor stor effekt der kan lades med, afhænger af den aktuelle industrikontakt og bilens indbyggede lader.

 

Almindelig stikkontakt

Langt de fleste biler kan oplades fra en almindelig stikkontakt med jord. Fordelen er tilgængelighed næsten overalt, men der er mange begrænsninger for, hvor stor effekt der kan aftages.

Som oftest er begrænsningen på 10 A (2,3 kW) og i mange tilfælde tillades kun max-belastning i et begrænset tidsrum, f.eks. højst 3 timer. Specielt i gamle elinstallationer, med mange koblingspunkter mellem sikringsskab og stikkontakt, kan det være problematisk at belaste med 10-16 A over længere perioder.

Overophedning af kabler og samlepunkter samt selve stikkontakten, kan være et alvorligt problem. I gamle og defekte elinstallationer kan der opstå brandfare.

Medmindre man kan benytte en stikkontakt med direkte kabelfremføring til eltavlen og med separat sikring, bør en almindelig stikkontakt kun benyttes til nødopladning over kortere tidsrum. Strømstyrken bør begrænses til 6-10 A. Den sikreste løsning, som samtidig også giver kortere ladetid, er som tidligere nævnt en speciel installation med fast ladeboks eller en ladeboks tilsluttet industrikontakt med tilstrækkelig strømstyrke.

Oversat og bearbejdet af Hans Steffensen (opdateret januar 2021)