Hvordan fungerer en elbil?

Følg en teknisk tur fra ladeboks til elbils-batteri og se hvordan en elbil fungerer. Hvad sker der præcis, når du sætter ladestikket i din elbil eller plugin-hybrid? Få alle de tekniske detaljer her.

Det sker der, når din elbil eller plugin hybrid oplader
Fotograf:

Foto

FDM
Viden

Når du skal oplade din elbil eller plugin-hybrid kan det ske via en offentlig ladestander, privat ladeboks eller måske bruger du det såkaldte ”mormor”-kabel via en almindelig stikkontakt.

FDMs tekniker Yasser Abaiji gennemgår her de mange tekniske detaljer for, hvad der sker, når du oplader en elbil og hvordan en elbils motor virker. Du kommer til at møde mange tekniske betegnelser og måske nogle helt nye begreber. 

Vi har også mange andre artikler med færre tekniske begreber, hvis du er interesseret i elbil eller plugin-hybrid.

Se al vores viden om elbiler

Fra vekselstrøm til jævnstrøm

Uanset hvilken lademetode du bruger, så er det fælles for dem alle, at ladeboksen anvender vekselstrøm, som er den samme strømtype, der er tilgængelig i vores almindelige el-net.  Vekselstrøm kan dog ikke lagres i elbilens batteri. Batteriet i bilen oplagrer energi i en anden form, som kaldes jævnstrøm. Jævnstrøm forkortes med bogstaverne DC (*DC står for Direct Current oversat fra engelsk jævnstrøm).

Lader i elbilenHvordan kan det så lade sig gøre? 

I selve elbilen sidder der en lader, som også kaldes for inverter eller OBC. Det er den lader, der sørger for at konvertere vekselstrømmen om til jævnstrøm, som elbilens batteri så oplades med. Man kan sammenligne processen med opladning af sine batteridrevne elektriske apparater i husstanden, bare i en noget større skala. Bilens teknik og laderens opbygning er afgørende for, hvor hurtigt og effektiv ladeprocessen er. Jo bedre lader i bilen, desto mindre energitab sker der i konverteringsprocessen. 

Elektriske kredsløb i en elbil og en plugin-hybrid 

I en elbil og en plugin-hybrid fungerer det meste udover drivlinjen (det der får bilen til at køre) på et lavvolts batteri på 12V, som også er det bilbatteri, du kender fra fx benzin og dieselbiler. Dette batteri oplades ikke særskilt af en separat generator eller lader, men får strøm via den såkaldte DC-DC converter. Den sørger for at supplere 12 V batteriet fra bilens højvoltsbatteri. Det elektriske forbrug i elbilen eller hybridbilen til sædevarme eller ventilationen leveres altså oprindeligt fra højvoltsbatteriet, og det er derfor, at du må forvente at et højt forbrug forkorter rækkevidden

Disse lavvoltsbatterier kan også være af Litium Ion typen, og nogle producenter lægger lavvoltsbatteriet i forlængelse af højvoltsbatteri pakken som en kombineret højvolt / lavvolt batteripakke.

Se også denne video, hvor en af FDMs elbilseksperter fortæller om opladning af elbil og plugin-hybrid

Stikkontakt eller ladeboks?

Du kan AC lade din elbil eller plugin-hybrid på tre forskellige måder:

  • Mormorkabel som bruges i en almindelig stikkontakt med 230V
  • Ladeboks med 230V over 1 fase
  • Ladeboks via 400V over 3 faser.

Der er primært ladehastigheden, der er den afgørende forskel. Generelt er det sådan, at jo større effekt laderen kan levere, desto stærkere går det med at lade op. Dog skal bilen og ladeboksens specifikationer matche hinanden for at få den optimale lade løsning til netop din bil. 

Medlemsfordel: FDM Ladeboks

Mormorkabel til stikkontakt

FDM anbefaler, at du kun oplader via en almindelig stikkontakt, hvis el-installationen er designet til det

Det såkaldte ”mormor kabel” anvendes af de fleste som nødkabel, som kan bruges, eksempelvis når man skal besøge mormor. 

Mormorkablet bruges i den almindelige stikkontakt, og de fleste elbiler og plugin-hybrider leveres kun med dette kabel. Tidligere var der ikke overvågning af ladekablet, men i dag er dette ladekabel udstyret med en styreboks imellem stikket i bilen og stikket i vægkontakten - kaldet ICCB. Styreboksen sørger for at overvåge sikkerheden under opladning bl.a. ved brug af temperaturovervågning. Det kan også være muligt at regulere ladeeffekten mellem 6-12amp eller op til 2,7kW. Det er dog typisk 10amp eller 2,3kW. Det er en god ide, at nedregulere ladeeffekten, hvis du lader fra en ejendom med ældre el-installationer. Husk også at understøtte styreboksen på ledningen, så vægten fra den ikke ødelægger stikkontakten.

FDM anbefaler, at du kun oplader via en almindelig stikkontakt, hvis el-installationen er designet til det. Især i de ældre el-installationer kan der være øget risikoen for brand, da husstandens almindelige el-installationer på 10-16 ampere ikke nødvendigvis kan håndtere at levere en så høj en strømstyrke over længere tid. Kontakt en autoriseret elektriker for at undersøge mulighederne. Det anbefales desuden, at der anvendes en separat gruppe til opladning af elbilen eller plugin-hybriden.   

Det kan ikke anbefales at anvende forlængerledning, da temperaturen så ikke kan overvåges i stikkontakten, grundet afstanden mellem stikkontakten og ladekablet forlænges.

Ladeboks til elbil og plugin-hybrid

FDM anbefaler, at opladningen af elbil og plugin-hybrid sker via en ladeboks, som installeres i husstanden på en separat gruppe. Bilens og ladeboksens specifikationer skal matche hinanden for at opnå den hurtigste lade løsning.

Du bør overveje en intelligent ladeboks, da du på den måde kan handle strømmen, når den er billigst og på den måde spare penge. 

Se også: find elbilsoperatører

Ladetider

Langsom opladning: AC op til 3,7 kW 

Semihurtig opladning: AC mellem 3,7-22 kW

Fastcharge/rapidcharge: AC-opladning mellem 22kW-43 kW eller DC opladning 50 kW eller derover 

Hvor hurtigt kan du lade bilen op?

Ladetiden er en væsentlig faktor for mange ejere af elbil og plugin-hybrid. Der er flere faktorer, som er afgørende for, hvor hurtigt du kan oplade din bil.

  • Ladeboksens tekniske egenskaber
  • Laderens (OBC) tekniske egenskaber.
  • Batteriets temperatur
  • Batteriets ladetilstand og balancering
  • Batteriets størrelse (antallet af kWh)

Beregn selv ladetid for batteriet

Batterikapacitet på både elbil og plugin-hybrid er vigtig for dens rækkevidde og brugbarhed. Det er derfor vigtigt, at du kender til batteriets kapacitet. Da udviklingen går stærkt, så kan der være stor forskel på to identiske bilers batterier og dermed også deres rækkevidde. Størrelsen på batteriet angives på el/hybridbiler i kilowatt timer (kWh).

Sådan kan du udregne ladetiden for et batteri

Formel

Beregn ladetid

 

 

 

 

Batteri: 
Din bil har eksempelvis et batteri på 40kWh 

Ladeboks:
Ladeboksens effekt og bilens lader ( OBC) afgør, hvor hurtig opladningen sker. Boksens ladeeffekt angives i 1/3 faser, antal ampere og kilowatt (kW). Denne boks har eksempelvis en ladeeffekt på 7,4 kW

Udregning:
For at finde ud af hvor hurtig du kan oplade batteriet (teoretisk og under optimale forhold), så tager man batteriets størrelse angivet i kWh og dividerer med antallet af kW, som laderen kan lade med.

Regnestykket ser dermed således ud: batteri 40kWh / ladeeffekt 7,4kW = ca. 5,40 timer  

Denne beregning er dog teoretisk, da opladningstiden afhænger af bl.a. batteriets ladetilstand, temperatur (batteriet) og cellebalancering som BMS´en (battery management systemet) varetager. 

Ladestik til elbiler 

Der findes i dag tre gængse ladestik typer:

  • TYPE2
  • CCS-Combo hurtigladestik
  • CHAdeMO hurtigladestik

Type 2 ladestik

TYPE 2

Type 2 stikket  er det moderne og mest gængse ladestik på både elbiler og plugin-hybrid i Europa. Type 2 stikket bruges til at oplade elbil og plugin-hybrid via vekselspænding, og kan håndtere opladning med 230V-1fase eller 400V-3 faser. Stikket består af han/hun stik og kan anvendes på de fleste ladestandere. En del ladebokse har dog et integreret stik, som er en fast del fra ladestanderen.

Type 2 stikket har 7 stikben: 

  • PP – Proximity Pilot 
  • CP - Control Pilot 
  • PE – Protective Earth
  • N – Neutral (nul leder)
  • L1, L2, L3 – de 3 faser 

Stikkets ben anvendes således under opladning:

Ved opladning via 1 fase anvendes pin N og L1. 

Ved opladning via 3 faser anvendes N og de 3 faser går via L1, L2 og L3. 

Ved opladning registrerer bilen at ladekablet sættes i bilens ladeport. Dette sker gennem CP og PP linjen. Stikket låses derefter fast med en mekanisk lås, som sidder i bilens ladeport og ladeboksen.

CP-kontakten i bilens ladeport er indrettet således, at det er den første kontakt, der slipper ladekablet, hvis det trækkes ud. Dette er en sikkerhedsfunktion, der sikrer, at stikket er i indgreb og hvis CP-linjen afbrydes, stopper opladningen prompte for at forhindre, at der dannes en lysbue (elektrisk udladning).

Type               Kapacitet

1-fase 16A     3,7kW
1-fase 32A     7,4 kW
3-faser 16A    11kW
3-faser 32A    22 kW
3-faser 63A    43 kW

Ladeboksen og bilens BMS (Battery Management System) kommunikerer via PWM signaler (pulsvidde modulation) på CP-linjen. Bilen og ladeboksen/ladestanderen registrerer hinanden og udveksler data om den tilgængelige ladeeffekt, om der skal lades, og i så fald hvor meget der skal lade med. Hvis ikke der er fejl, accepterer BMS´en at opladningen går i gang, og der kan nu leveres AC vekselspænding fra ladeboksen til bilens lader og batteriet kan nu oplades. Når ladeprocessen er ved at være slut, så beder BMS´en ladeboksen eller standeren om at stoppe opladningen, vekselspændingen afbrydes, og opladningen stopper. Opstår der fejl på stikket, eller andre fejl i strømkredsen mellem bil og ladeboks, så ophører opladningen automatisk.

PP-linjen sørger for, at der ikke trækkes en større strøm end kablet kan håndtere. Desuden sørger den for, at bilen ikke kan køre, mens stikket sidder i.  

CCS-Combo 

CCS-combo

CCS-Combo (Combined Charging System) er en videreudvikling af Type 2 stikket. En del af de store tyske bilproducenter har udarbejdet denne standard for hurtigladning. Man kombinerer Type2 stikket som bruges til at lade AC opladning med mulighed for hurtigladning via DC.

De 3 stikben i Type 2 delen af stikket bruges til kommunikation via analoge signaler eller PLC (Power Line Communication) og sikkerhed mellem bil og lader. Som tillæg er stikket udbygget med to store stikben nederst til levering af en højeffekt DC ladning på 50-350 kW.

Stikket har som Type 2 stikket hul til mekanisk låsning. Låsen sider i bilens ladeport, og stikket kan ikke trækkes ud, før BMS´en godkender en strømløs tilstand.

CHAdeMO

CHAdeMO stik

CHAdeMO er udviklet af en japansk sammenslutning af bilproducenter, som har udviklet denne standard for hurtigladning via DC (jævnstrøm) Stikket har 10 stikben og anvender en særlig standard kommunikationsprotokol som både anvender analoge- og CAN-signaler. Typisk leveres der op 50 kW, men effekten er stigende.

De otte af benene bruges til kommunikation og de to store stik anvendes som DC+ og DC -. Stikket har en mekanisk krog, som er elektrisk låst, og der åbnes ikke for låsen, før BMS´en godkender en strømløs tilstand.

På farten og hurtigladning DC

Når du er på farten eller når tiden er knap, er der i en del elbiler mulighed for at hurtiglade. Til formålet anvendes et andet stik end Type2 stikket (bortset fra Tesla). Alt efter bilmodel vil du skulle bruge CCS-Combo eller CHAdeMO.

To ladestik Hurtigopladningen foregår udenom bilens lader (OBC), men stadigvæk via kommunikation med bilens BMS system. Grunden til at man kan gå udenom laderen er, at DC-ladeboksens udgang leverer jævnstrøm (DC), hvilket betyder, at bilens lader (OBC) ikke behøver at konvertere strømmen fra vekselstrøm til jævnstrøm. Man sparer dermed ”mellemleddet” og kan levere strømmen direkte ned i batteriet. Laderen er altså placeret uden for bilen til forskel for almindelig opladning via vekselstrøm (AC). Det er dog altid BMS systemet, som bestemmer hvor stor en ladeeffekt, bilen kan modtage. Så selvom DC laderen eksempelvis kan levere op til 150kW, så lades der ikke kraftigere på batteriet, end det kan klare.

I de fleste tilfælde kan elbilerne ikke håndtere mere end 50 kW, men effekten stiger med udviklingen af bilerne - eksempelvis kan KIA e-Niro oplades med  op til 100 kW DC.

TESLA Type 2

TESLA Type 2 “Tesla Supercharger” DC -opladning (kun til Tesla). Til forskel fra andre elbilproducenter bruger Tesla i deres supercharger anlæg i Europa et særligt stik, der er udformet som et Type 2 stik. Stikket anvendes til at lade med jævnstrøm med en effekt på op til 120 kW. I stikket anvendes de 3 faseledere og N som DC stikben. Altså to ben til DC + og to ben til DC -. Man kan ikke anvende Tesla´s Supercharger anlæg, hvis ikke man har en bil fra Tesla, og ladekablet er en integreret del af DC laderen. Stikket låses på samme måde som et almindelig Type 2 stik.

Tesla Model 3 understøtter som den første det europæiske CCS-Combo stik. 

Fremtiden

I fremtiden vil bilerne blive opladet via såkaldt induktiv ladning eller kontaktløs opladning. Ligesom nogle mobiltelefoner allerede er det i dag, så vil bilens bund være specielt konstrueret til at kunne omdanne elektromagnetisme til jævnstrøm, som så lagres i højvoltsbatteriet. Når teknologien bliver mere effektiv vil denne kontaktløse opladning lette brugen af bilen for brugeren. Man stiller bare bilen over en slags plade, og opladningen vil gå i gang.

Spørg FDM til råds

Har du spørgsmål til elbiler, plugin-hybrid eller hybrid biler, kan du som medlem af FDM altid kontakte en af rådgivningens teknikere, som har stor ekspertise i de nye teknologier. FDM tester hvert år de nye teknologier og rådgiver medlemmerne om de bedste bilvalg. Husk også at tage FDMs jurister med på råd, når du køber bil. Vi gennemgår din slutseddel for dig og sikrer, at du får en god bilhandel.

Kontakt FDM rådgivning