Växelström/likström

Går det att förstå laddning för elbil?

Hur fungerar det egentligen när jag skall ladda en elbil? Kan jag ladda hemma? Vad är det för skillnad på laddstolpe, laddstation och laddare i bilen?

Här är ett försök att reda ut några grundläggande begrepp först, och sedan undersöker vi kontakter och standarder.

Bilen och vägguttaget

Vi börjar att titta på hur det kan se ut när din elbil skall laddas hemma. Det första vi kan konstatera är att bilen har ett batteri som är likström, DC, den har plus och minus. Ditt vägguttag har växelström, AC.

Växelström/likström

För att kunna ladda bilen måste vi alltså göra om växelströmmen till likström. Detta görs ofta med en laddare som sitter i bilen. Det är precis som när du skall ladda din mobiltelefon där hemma. Då har du en klump du sätter i vägguttaget som omvandlar växelströmmen till en likström som kan användas för att ladda telefonen.

Laddare i bilen

Växelspänningen, AC, omvandlas i laddaren i bilen till likspänning, DC, som sedan går till batteriet och laddar det. Hur fort ditt batteri kan laddas beror på laddarens storlek, som uttrycks i kW.

Laddningen är också beroende av hur stor effekt, hur många kilowatt, du kan ta ut från ditt vägguttag.

Hur når nätspänningen ditt vägguttag?

nätspänningen till ditt hus

Elen du tar ut från vägguttaget kommer från elnätet, som går via dina huvudsäkringar, en för varje fas. Nätspänningen i Sverige är 230 Volt per fas, ofta avsäkrade med huvudsäkringar till en strömstyrka på 16 eller 20  Ampere.

Innan spänningen når ditt uttag går det via säkringsskåpet, där ytterligare säkringar bestämmer hur mycket ström du kan ta ut vid det enskilda vägguttaget.

Förenklat kan vi räkna att den effekt, P, vi kan ladda med är strömmen, I, multiplicerat med spänningen, U, alltså:

P= U×I

Ett vanligt enfas vägguttag är avskärmat med en 10 Amperes säkring, och enligt beräkningen skulle vi kunna ta ut:

P=230×10= 2300 Watt = 2,3 kW

Hur lång tid tar det att ladda min bil?

Hur lång tid det tar att ladda din bil beror på storleken på bilens batteri och hur stor laddaren i bilen är.

Låt oss i beräkningarna säga att batteriet är på 30 kWh och laddaren i bilen är på 3,3 kW (vilket är fallet med Nissan Leaf).

Den uppmärksamme läsaren noterar att 3,3 kW är mer än 2,3 kW vilket gör att vi måste se till att laddaren inte kör för fullt om vi ansluter den med en vanlig stickpropp, annars kommer säkringen lösa ut.

För att få ett överslag på tiden det tar att ladda så räknar vi med:

Bilens batteri ÷ effekten vi har i uttaget = tiden det tar att ladda
30/2,3 ≈13 timmar

Går det fortare att ladda i ett trefasuttag?

Ja, det gör det om bilens laddare kan hantera det. Exempelvis Tesla och Renault kan ladda med alla tre faser vilket gör att vi kan plocka ut betydligt högre effekt. En Nissan laddar bara på en fas, fast kan ändå dra nytta av ett trefasuttag. Det beror på att ett trefasuttag är designat för att kunna ta ut en högre ström vilket ger möjlighet till ett högre effektuttag.

Trefasuttag är vanligtvis på 16 Ampere, och det finns också som 20 och 32 Ampere. Om du har ett trefasuttag hemma kan du se hur hög ström det klarar av i ditt säkringsskåp.

Det finns alltså möjlighet att koppla in en bil som bara laddar med en fas på en av faserna i ett trefasuttag, om uttaget har en framdragen noll-ledning, och det ger en effekt enligt:

230×16 ≈ 3,7 kW

Kom ihåg att detta är grova överslagsberäkningar. När du skall räkna på exakt effekt-uttag för växelström är det fler parametrar att ta hänsyn till, men för vårt resonemang går det bra med den här överslagsberäkningen.

Men det går alltså betydligt snabbare att ladda bilen hemma om du kan utnyttja 16 Ampere, åtminstone om bilens laddare klarar av det.

30/3,7 ≈ 8,1 timmar

För en bil som Nissan Leaf vars ombordladdare är på 3,3 kW kommer ett trefasuttag ge följande teoretiska laddtid.

30/3,3 ≈ 9,1 timmar

En laddstolpe är ett uttag med hög effekt

Dags att ge oss ut på vägarna, och där vill vi inte vänta i de långa eoner av tid som vi beräknat ovan.  Det skulle bli väldigt långa mat- och toalettstopp.

Laddstolpe

Som tur är finns det laddstolpar att tillgå runt om på parkeringar och andra ställen. Dock skall vi komma ihåg att en laddstolpe inte är något annat än ett trefasuttag med högre effekt. För att du skall kunna utnyttja en laddstolpe fullt ut krävs det alltså att bilen kan hantera trefas.

Vi kan titta på hur stor effekt vi kan ta ut på olika laddstolpar, beroende på hur de är avsäkrade.

Ström Effekt i enfas Effekt i trefas
10 2,3 kW
16 3,7 kW 11 kW
32 22 kW
64 43 kW

Fördelen med laddstolpen är att den kan tala om för bilen hur stort effektuttag du kan göra från stolpen. Bilen kommunicerar via kontakten och ser till att den laddar på bästa möjliga sätt.

Om du har en bil som klarar att utnyttja alla tre faserna så ser vi att tiderna drastiskt förändras, under förutsättning att bilens laddare klarar av så höga effekter:

30/11 = 2,7 timmar
30/22 = 1,4 timmar
30/43 = 42 minuter

Går det inte fortare än så att ladda bilen?

Jo då, bara lugn. Kommer du ihåg att bilens batteri skulle ha likström? Än så länge har vi bara tittat på hur lång tid det tar med den laddaren som finns inbyggd i bilen. Om vi stället ser till att omvandlingen från växelström till likström sker utanför bilen kan vi plocka ut en riktigt hög effekt. Det är exakt vad som görs i en laddstation. Dock är det inte alla bilar som har en kontakt för likström, en Renault exempelvis kan endast laddas med sin ombordladdare.

Laddstation

Via laddstationen kan batteriet matas direkt med hög likström. Standarden satt till 20 eller 50 kW, vilket ger betydligt snabbare laddtider:

30/20 =1,5 timmar
30/50 ≈ 36 minuter

Bilen kommunicerar via kabeln/kontakten och ser till att ladda bilen på bästa möjliga sätt. Det är dessa som brukar benämnas som snabbladdare.

Tesla har sina egna laddstationer som kallas SuperChargers, vilka har en effekt på 120 kW, som alltså rent matematiskt laddar 30 kW på en kvart.

Från tomt till fullt är inte vanligt

De beräkningar vi gjort har hela tiden utgått från att bilen varit helt tom i batteriet och att den laddas fullt till 100%. Nu är detta inte med verkligheten överensstämmande. Först och främst så är bilen sällan helt tom. Dessutom laddas bilen ganska kvickt upp till 80%, därefter tar det längre tid att toppa upp de där sista 20 procenten.

En annan sak att tänka på är att snabbladdning sliter mer på batteriet, så det är inte fel att ladda under en längre tid med lägre effekt. Hemma så gäller det att du har kablar och kontaktdon som klarar av att belastas hårt under lång tid. Det går att ställa ner effektuttaget så även om du har tillgång till 16 Ampere i ett uttag kan du välja att plocka ut en lägre effekt för att skona alla komponenter mot slitage. Om du kommer ihåg bilden över hur det ser ut hemma hos dig så har du även en huvudsäkring på varje fas vilket gör att kör du för många energikrävande apparater i hemmet samtidigt så kommer huvudsäkringen att lösa ut.

Kontakter och standarder

Nu har vi lite koll på hur det ser ut när vi laddar en elbil. Hur ser det då ut fysiskt, när vi skall ansluta den? I nästa artikel tittar vi närmare på vilka typer av kontakter det finns, och vad olika beteckningar betyder.