Så fungerar snabbladdning för bilar – och varför tar det olika lång tid?

Snabbladdning har blivit en viktig del av vardagen för många elbilsägare, särskilt vid längre resor när tiden vid laddstationen behöver hållas nere. Trots att två bilar kan anslutas till samma laddare kan laddningen ta olika lång tid. Det beror bland annat på bilens batterikapacitet, laddsystem, batteriets temperatur och hur mycket effekt bilen kan ta emot. Även laddstationens kapacitet och batteriets laddnivå påverkar hastigheten. I den här artikeln går vi igenom hur snabbladdning för bilar fungerar, vad som händer under laddningen och varför tiden kan variera så mycket mellan olika bilar och laddtillfällen.

Så fungerar snabbladdning för elbilar

Snabbladdning bygger på att en elbil kan ta emot betydligt högre laddeffekt än vid vanlig AC-laddning hemma eller vid enklare laddstationer. Vid snabbladdning används normalt likström, DC, som går direkt till bilens batteri genom laddsystemet. Det innebär att omvandlingen från växelström till likström sker i laddstationen i stället för huvudsakligen i bilens ombordladdare. Hur mycket effekt bilen faktiskt kan ta emot beror däremot på bilens tekniska förutsättningar. En laddare som kan leverera mycket hög effekt innebär därför inte automatiskt att bilen laddas med maximal hastighet.

Från laddstation till batteri

När bilen ansluts till en DC-laddare kommunicerar laddstationen med bilens batterihanteringssystem. Systemet kontrollerar bland annat batteriets laddnivå, temperatur och tillåtna laddström. Därefter anpassas effekten efter vad batteriet kan hantera vid just det tillfället. Detta är viktigt eftersom ett litiumjonbatteri inte kan ta emot maximal effekt under hela laddningen. Vid låg laddnivå kan effekten ofta vara högre, medan den gradvis minskar när batteriet börjar bli fullt. På så sätt skyddas batteriet samtidigt som laddningen kan ske effektivt.

En viktig skillnad mellan AC- och DC-laddning är var strömmen omvandlas. Vid AC-laddning måste bilens ombordladdare omvandla växelström till likström innan energin kan lagras i batteriet. Vid DC-snabbladdning sker den omvandlingen i laddstationen, vilket gör det möjligt att överföra mycket större mängder effekt direkt till batteriet. Det är en central anledning till att snabbladdning går betydligt snabbare. Samtidigt finns tekniska begränsningar både i laddstationen, bilens laddsystem och själva batteriet, vilket påverkar den faktiska laddhastigheten.

Laddkurvan förändras under laddningen

Snabbladdning sker alltså inte med samma effekt från början till slut. När batteriet har låg laddnivå kan bilen i vissa fall ta emot hög effekt under en begränsad period. När laddnivån stiger minskar effekten vanligtvis för att begränsa värmeutveckling och belastning på battericellerna. Därför kan det vara betydligt snabbare att ladda från exempelvis 20 till 60 procent än från 80 till 100 procent. Den som planerar en längre resa behöver därför inte alltid vänta tills batteriet är helt fullt innan det är dags att köra vidare.

Batteriets temperatur spelar roll

Temperaturen i batteriet har också stor betydelse för snabbladdningen. Ett kallt batteri kan behöva värmas upp innan det kan ta emot hög effekt, medan ett mycket varmt batteri kan behöva begränsas för att undvika överhettning. Många moderna elbilar använder därför batteriförvärmning inför snabbladdning. När bilens navigering känner igen en laddstation som resmål kan systemet i vissa modeller börja anpassa batteritemperaturen redan under körningen. Det kan bidra till att bilen kan ta emot högre effekt när laddningen påbörjas.

Därför varierar laddtiden mellan olika bilar

Två elbilar som ansluts till samma snabbladdare kan få helt olika laddtider. Den viktigaste förklaringen är att bilarnas batterier och laddsystem har olika tekniska egenskaper. En bil kan exempelvis vara konstruerad för att ta emot 100 kilowatt, medan en annan modell kan hantera betydligt högre effekt. Även batteriets storlek påverkar hur mycket energi som behöver fyllas på. Det betyder att laddtiden inte kan bedömas enbart utifrån laddstationens maximala effekt. Bilens egen laddkapacitet är minst lika viktig för resultatet.

Bilens maximala laddeffekt

Tillverkarens uppgift om maximal DC-laddeffekt används ofta för att beskriva hur snabbt en elbil kan laddas. Det är dock viktigt att förstå att denna siffra vanligtvis anger en högsta nivå under särskilda förhållanden, snarare än en konstant effekt genom hela laddningen. Bilen kan bara ta emot den effekt som batteriet och laddsystemet tillåter. Dessutom kan effekten begränsas av temperatur, laddnivå och andra faktorer. Därför kan en bil med hög angiven toppeffekt ändå behöva relativt lång tid för att ladda en stor mängd energi.

Batteriets storlek påverkar tiden

Batterikapaciteten anges vanligtvis i kilowattimmar, kWh, och beskriver hur mycket energi batteriet kan lagra. Ett större batteri kan ge längre räckvidd, men det innebär också att mer energi kan behöva tillföras när batteriet ska laddas upp. Laddtiden beror därför både på hur snabbt energi kan överföras och hur mycket energi som ska fyllas på. Om en bil exempelvis behöver fylla på en stor mängd energi inför nästa etapp kan laddstoppet bli längre även om laddstationen har hög effekt.

Flera faktorer kan påverka den faktiska laddtiden:

• Bilens maximala DC-laddeffekt påverkar hur mycket energi som kan överföras per tidsenhet.

• Batteriets temperatur kan göra att laddningen tillfälligt begränsas.

• Batteriets aktuella laddnivå påverkar vilken effekt bilen kan ta emot.

• Laddstationens kapacitet avgör hur mycket effekt som finns tillgänglig.

• Batteriets storlek påverkar hur mycket energi som behöver fyllas på.

Laddnivån har stor betydelse

En vanlig missuppfattning är att en bil alltid laddar lika snabbt tills batteriet är fullt. I praktiken förändras laddhastigheten under laddsessionen. När batteriet börjar närma sig en hög laddnivå behöver laddsystemet vanligtvis minska effekten. Detta innebär att de sista procenten kan ta oproportionerligt lång tid jämfört med de första. Därför kan en kortare laddning till en lägre nivå vara mer tidseffektiv under en lång resa. Föraren kan då få tillräckligt med energi för nästa körsträcka utan att behöva vänta på att batteriet ska nå 100 procent.

Laddstationen är också en faktor

Även om bilen har hög laddkapacitet måste laddstationen kunna leverera motsvarande effekt. En station med lägre maximal effekt begränsar laddningen oavsett vad bilen tekniskt klarar. I vissa laddsystem kan dessutom den tillgängliga effekten påverkas av hur stationens kapacitet fördelas mellan flera anslutna fordon. Därför kan samma bil ladda med olika hastighet vid olika stationer. För den som vill minimera laddtiden är det alltså relevant att titta både på bilens specifikationer och på vilken effekt den aktuella laddstationen kan erbjuda.

Faktorer som påverkar hur snabbt bilen laddas

Laddtiden bestäms av flera faktorer som samverkar under hela laddningen. Det räcker därför inte att titta på ett enda värde, exempelvis laddstationens maximala effekt. Bilens batteri, temperatur, laddnivå och laddsystem har alla betydelse. Även yttre förhållanden och hur bilen har körts innan laddstoppet kan påverka resultatet. Föraren kan därför uppleva stora skillnader mellan två laddningar även om samma bil och samma laddstation används. Skillnaden behöver inte betyda att något är fel, utan kan bero på att förutsättningarna vid laddningstillfällena är olika.

Temperatur och förvärmning

Batteriets temperatur är en av de faktorer som kan förändra laddhastigheten tydligt. Vid låga temperaturer kan batteriets laddförmåga begränsas, eftersom cellerna inte kan ta emot lika hög effekt under kalla förhållanden. Många nyare elbilar har därför system för termisk reglering och batteriförvärmning. Dessa funktioner kan höja batteriets temperatur inför ett planerat laddstopp. Under varma förhållanden kan regleringen i stället behöva hålla nere effekten för att begränsa värmeutvecklingen. Temperaturstyrningen är därmed en viktig del av modern batterihantering.

Laddnivån styr effekten

Batteriets aktuella laddnivå, ofta kallad State of Charge eller SoC, påverkar också hur snabbt laddningen kan ske. Vid låg laddnivå finns ofta större utrymme för hög laddeffekt. När batteriet fylls på ökar behovet av att kontrollera laddströmmen. Effekten minskar därför normalt stegvis när laddnivån blir högre. Exakt hur laddkurvan ser ut varierar mellan olika bilmodeller och batterier. Det är därför mer relevant att studera bilens hela laddkurva än att enbart jämföra den högsta angivna effekten mellan två modeller.

Körning före laddstoppet

Hur bilen har körts före laddningen kan också påverka batteriets temperatur. En längre körsträcka kan göra att batteriet redan har nått en temperatur som lämpar sig bättre för snabbladdning. Under kallare väder kan situationen vara den motsatta, särskilt om bilen körs en kort sträcka innan laddstationen nås. Bilens batterihanteringssystem kan i vissa modeller kompensera för detta genom aktiv temperaturreglering. Om navigeringen används för att planera ett laddstopp kan bilen dessutom i vissa fall förbereda batteriet inför laddningen.

Väder och yttre förhållanden

Utomhustemperaturen påverkar främst batteriets temperatur och därmed förutsättningarna för laddning. Kallt väder kan göra att batteriet behöver mer energi och längre tid för att nå en lämplig arbetstemperatur. Vid höga temperaturer kan kylsystemet behöva arbeta mer aktivt för att hålla batteriet inom rätt temperaturintervall. Även andra faktorer, som hög energiförbrukning under körningen eller användning av kupévärme, påverkar hur mycket energi bilen behöver fylla på. Därför kan laddtiden variera mellan sommar och vinter även vid samma laddstation.

Skillnader mellan laddkurvor

Två bilar med samma maximala laddeffekt kan ändå ha olika laddtider eftersom effekten kan ligga kvar på olika nivåer under laddningen. En bil kanske når sin toppeffekt under en kort period och därefter sänker effekten snabbt. En annan kan ha en lägre maximal effekt men behålla en relativt hög nivå under en större del av laddsessionen. Därför säger den högsta effekten inte hela bilden. När man jämför snabbladdning är det mer relevant att se på hur mycket energi bilen faktiskt kan ta emot under det laddintervall som används.