Så funkar Zeros nya snabbladdning

Idag hände något ovanligt. Jag kom hem med mer laddning i batteriet än vad jag hade när jag åkte iväg. Och det tack vare ett kort stopp vid en liten oansenlig stolpe. Med Zeros nya snabbladdare innanför tanken ökar räckvidden och användningsområdena radikalt!

Bild ovan: Inkoppling av Zeros 6 kW Charge Tank på elmotorcykelns styrenhet. Foto: Petter Hammarbäck

En av de stora nyheterna till 2018 var att Zero lanserade en ny snabbladdare på 6 kW avsedd för att snabbladda vid elstolpar. Till skillnad mot tidigare går den inte att eftermontera utan kan bara nybeställas i samband med köp av en ny Zero.

Om det beror på stor efterfrågan, leveransproblem eller en kombination av detta vet jag inte, men i vårt fall dök den nya snabbladdaren upp först i går för eftermontering i vår DSR Black Forest Edition som dock förberetts för laddaren.

Det tog mig en dryg timme att få den på plats i det utrymme som döljer sig under tanken och koppla ihop den med elmotorcykelns batterisystem. Därefter gick förstås turen mot närmsta elstolpe på stan för att testa och se hur det fungerar.

Det laddas i rasande fart – gratis!

Allt är förstås relativt, men att sänka laddtiden från 9 till 2 timmar är ju ett stort framsteg och i praktiken laddar man sällan ett helt tomt batteri från 0. Vanligare är då att man fyller på från 20 upp till kanske 80 procent, och detta är nu görbart på cirka 1 timme.

Även om allt fler nu börjar ta betalt för laddningar är många laddstolpar fortfarande gratis att använda, framförallt de som erbjuder växelströmsladdning.

Du hittar allt om laddstolpar på uppladdning.nu.

Likströmsladdning vs växelströmsladdning

Min vän och kollega Gert Thell, som säljer den italienska elmotorcykeln Energica i E-MC Sweden, skulle dock protestera mot att jag kallar växelströmsladdning för snabbladdning. I hans ögon krävs det likströmsladdning för att räknas som snabbladdning och det är något som Gerts Energicor redan klarar via den europeiska standarden CCS. Så vad är skillnaden?

När laddaren avgör

Växelströmsladdning eller AC (Alternating Current (=växlande ström)) innebär att man använder en egen laddare, inbyggd, intern eller extern, som matas med växelström och som sedan gör om denna växelström till likström (DC – Direct Current) med rätt spänning för just ditt batteri.

Då är det som regel laddaren/laddarna som sätter gränsen för hur snabbt det kan gå. Men det är klart, även växelströmmen i stolpen brukar vara begränsad till 32 A, det vill säga 7,3 kW per fas, eller totalt 22 kW om man använder trefasuttag.

När batteriet får bestämma

DC-laddning innebär att laddstolpen eller strömkällan levererar likström direkt till batteriet, och anpassar laddström och laddspänning efter ditt batteris förutsättningar. I praktiken är det dock batteriets övervaknings och styrsystem – BMS (Battery Management System) som avgör med vilken effekt laddningen tillåts och när laddningen ska avbrytas. DC-laddning är alltså en mer intelligent laddform som även kan gå rejält fort då det är batteriet, eller egentligen dess övervakningssystem, som sätter gränserna för hur snabbt det tillåts laddas.

Zero och de flesta elfordon med AC-laddning har förstås också en BMS som styr och övervakar laddningen, så när det kommer till batteriet är övervakning och kontroll lika rigorös oavsett vilken laddare som används, men ser man till själva laddtypen är DC-laddningen en mer direktkontrollerad och intelligentare laddform där BMS:en pratar direkt med laddaren.

Självfallet har även DC-laddarna övre gränser, men i dessa sammanhang är 50 kW en vanlig siffra och ser man till Teslas supersnabbladdare klarar de idag 150 kW och kan i framtiden klara 350 kW.

Lite sifferexercis

I jämförelse med de möjliga effekter DC-laddningen ger ter sig förstås 6 kW ganska futtigt. Om det gick att ladda en Zeros 14,4 kWh batteri med 50 kW skulle det kunna fyllas på cirka 15 minuter. Med 150 kW skulle det ta kring 5 minuter och med 350 kW cirka 2 minuter – laddtider som är jämförbara med att tanka flytande bränsle. Men riktigt så enkelt är det inte.

Oavsett om laddningen sker via AC eller DC har batterierna egna inbyggda begränsningar för hur mycket effekt de kan ta emot. Det är därför även laddningen övervakas och styrs av batteriets BMS.

Förmågan att ta emot laddning snabbt beror på en mängd olika saker, men den kanske viktigaste parametern är batteriets storlek. Och det blir tydligare när man relaterar laddhastigheten till batteristorleken.

Snabbladdning relativt batteristorlekar

I Teslas fall med batteristorlekar på 60 till 100 kWh motsvarar 150 kW en laddhastighet på 1,5-2,5x batteriets storlek, men i praktiken får man knappast ut mer än 130 kW så laddhastigheten är i praktiken inte över 2x.

I Energicas fall begränsas likströmsladdningen till 20-25 kW, det vill säga ungefär 2x batteriets storlek.

I Zeros fall innebär den nya 6 kW laddaren att man kan komma upp i ungefär 0,5x batteriets storlek i laddhastighet. Men det finns flera sätt att kombinera olika typer av laddare till en Zero och det går relativt enkelt att nå laddeffekter på 10 kW vilket motsvarar 0,75x av batteriets storlek redan idag. Men visst finns det potential för ännu snabbare laddning.

Är det skadligt för batteriet att ladda för snabbt?

Den praktiskt möjliga laddhastigheten är alltså avhängig batteriets storlek, och det är ju inte så konstigt egentligen. Ett större batteri har fler parallella celler att fördela laddströmmen på. Så i praktiken är det svårare att snabbladda ett litet batteri än ett stort.

Och ser man laddhastigheten relativt batteriets storlek blir det enklare att se när det kan bli skadligt. Tänk dig att du kan snabbladda och få ett batteri fulladdat på en timme oavsett storlek. Det sker när laddeffekten är lika stor som batteriets kapacitet.

Med 2x laddeffekt nås full laddning på en halvtimme och med 4x fås fullt batteri på 15 minuter. För att ladda fullt på 6 minuter behöver man alltså upp i en laddhastighet som är 10x batteriets storlek.

Var denna gräns går, det vill säga när batterierna tar skada av för snabb laddning, beror förstås på flera saker. Men med allt för snabb laddning är risken stor att batterierna inte överlever särskilt länge. Och den gränsen varierar alltså stort med batteriets storlek.

Snabbladda gärna, men toppa inte alltid

Erfarenheterna hittills är att lithiumjonbatterier klarar snabbladdning bättre än vad man tidigare trott, men att det som sliter hårdast på batteriet är de sista procenten på toppen, framförallt vid snabbladdning.

Man skulle kunna jämföra batteriladdning med en schweizerost med en massa hål i där laddningen består av små kulor som fyller upp dessa hål. I början trillar kulorna enkelt på plats av sig själva, men ju mer hålrummen fylls upp desto svårare blir det att få kulorna på plats, och när de sista hålrummen ska fyllas får kulorna inte alltid plats att hitta fram. 

Det är därför man ofta pratar om laddtider upp till 80 procents laddnivå, framförallt när det handlar om supersnabb laddning. Vid snabb DC-laddning saktas nämligen laddningen när man når 80-85 procents laddning för att skona batteriet. Detta sköts som regel med automatik av batteriets eget övervakningssystem.

Vid AC-laddning är BMS:ens möjligheter mindre att påverka laddaren och sakta ner laddningen när man närmar sig slutet på samma sätt som vid DC-laddning. Många AC-laddare har dock denna försiktighetsprincip inbyggd och när BMS:en inte själv kan sänka laddhastigheten ser den istället till att stänga av AC-laddningen i tid så att inte batteriet toppas med allt för snabb laddning.

Som regel skyddar alltså BMS:en ditt batteri från att snabbladdas hela vägen upp till 100 procent. Men det kan trots allt vara bra att faktiskt tillåta en långsam men komplett laddning nån gång ibland för att ge batteriövervakningssystemet tid och möjlighet att verkligen balansera batteriets alla celler på bästa sätt.

När man bara laddar och laddar ur kan enskilda celler dras ur lite hårdare och ibland laddas lite sämre. Det blir då en viss obalans mellan cellernas laddningsnivåer och korta snabbladdningssessioner. Resultatet av detta blir ett batteri som inte levererar till 100 procent.

Cellbalansering är därför en viktig del av batteriövervakningssystemets arbete och den sker som regel under laddning och framförallt i slutet av laddningen. Därför kan det vara bra att toppa batteriet ibland, men gärna lite långsammare utan snabbladdning.

Zeros nya snabbladdningsalternativ

Med 6 kW-laddaren på plats under tanken står det klart att det är en enfasladdare det är fråga om. I USA och Asien är enfas betydligt vanligare medan vi här i Europa hellre använder trefas till lite högre laster.

Zero har tidigare haft en liknande snabbladdare som tillbehör, som nu utgått. Den var på 2,2 kW och kopplades ihop med den inbyggda normalladdaren på 1,3 kW och på så sätt fick man en total laddkapacitet på 3,5 kW. Men så är det inte längre.

Den nya 6 kW-laddaren jobbar självständigt och har en typ1-anslutning medan den inbyggda på 1,3 kW finns kvar med vanlig nätkabelanslutning. De två kan därför användas oberoende av varandra – tillsammans (7,3 kW) eller var för sig.

I Europa är dock trefasanslutningen typ2 vanligare på laddstolpar, därför skickar Zero även med en adapterkabel som gör att man även kan ansluta Zerons typ1-laddare till laddstolpars typ2-anslutningar.

Min erfarenhet så här långt är att 6 kW-laddaren fungerar ypperligt vid typ 1-stolpar och vid typ2-stolpar med typ2-kontakt, men att de typ2-stolpar som har egen kabel med en yttre typ2-kontakt inte vill kännas vid laddaren, så vida inte en del av skyddet sågas av vill säga.

Sågad kabel underlättar förlängning från kabelanslutning och eliminerar risken att fastna i en laddare!

Typ2-handskarna hane-hona passar i varandra så det borde inte vara något problem att använda adapterkabeln som en skarvkabel på detta sätt, men det finns även en signalkontakt med ett motstånd som identifierar handsken som en anslutning eller en skarvkontakt, och den kan ställa till det när man skarvar kablarna på detta sätt.

En enkel lösning är att såga av en del av kontakten för att signalerna ska nå fram, som elbilsägaren Gordon Strömfelt beskriver på sin blogg Blixtgordon:

Enligt min erfarenhet har detta ingen påverkan när man använder adapterkabeln mot stolparnas fasta typ2-kontakter. Tvärt om är det ett sätt att förhindra att kabeln låses fast i låsklackarna (som också sågas bort) vid eventuella fel vid laddningen.

Har du egna erfarenheter på området? Kommentera gärna!