Opladning med 400 kW giver 280 km på ti minutter
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Opladning med 400 kW giver 280 km på ti minutter

Illustration: Porsche

Den tid, det tager at oplade batterierne, er afgørende for, hvor hurtigt vi dropper traditionelle benzinbiler og går over til miljøvenlig elbiler. Det har talrige brugerundersøgelser slået fast. Løsningen er derfor at øge den effekt der oplades med, for på den måde at kunne hælde mere energi ind i batterierne.

Alle, som i dag lader hjemme i garagen, må ofte nøjes med effekter fra 3,7 til 11 kW. På offentlig ladestationer er 22 til 50 kW mere eller mindre normalt, mens Tesla topper med 120 kW på deres superchargere.

Et nyt projekt med den amerikanske virksomhed Delta Americas i spidsen skal udvikle en ny type oplader, som er koblet direkte til højspændingsnettet, nærmere bestemt spændingsniveauet fra 4,8 til 13,2 kV. Foruden Delta Americas, som er specialister i effektelektronik, deltager også General Motors, DTE Energy, NextEnergy og Virginia Tech. Projektet løber over de næste tre år og har et budget på 7 mio. dollars, hvoraf halvdelen kommer fra det amerikanske energiministerium (DOE).

Dyr og stor transformer

Udgangspunktet for hurtigopladning er altså, at det kræver stor effekt, hvis flere biler skal oplades samtidig. Derfor har løsningen hidtil været at installere en separat 10 kV-transformer i forbindelse med ladestationen, således at der altid er nok energi til rådighed. Det her Tesla for eksempel gjort i Køge, hvor det er muligt at oplade op til 6 Tesla'er samtidig med op til 120 kW hver (hvis alle 12 opladningspladser udnyttes, falder effekten til cirka det halve for den enkelte bil).

Men ulempen er, at der skal transformeres ned fra 10 kV til 400 V, før der kan ensrettes til DC og det giver relativt store tab. Samtidig er sådan en transformer en kostbar ting, som fylder meget. Hvis der i fremtiden skal stilles hurtigladere op i tæt bebyggelse og parkeringshuse, kan det også give problemer med plads og køling.

Effektelektronik overtager opgaven

I det amerikanske projekt skal den traditionelle analoge transformer erstattes af en såkaldt ‘solid state transformer’ eller elektronisk transformer. Der gives ikke detaljerede tekniske data omkring, hvordan den nye oplader er opbygget, men princippet i en elektronisk transformer er, at højspændt vekselstrøm konverteres direkte fra nettets 50 Hz (eller 60 Hz i USA) til vekselstrøm ved en anden frekvens, eller, når det gælder opladning af elbiler, videre til jævnstrøm via effektelektronik. Selve effektelektronikken består af transistorer af typen siliciumkarbid-MOSFET.

Da der stadig er brug for en galvanisk adskillelse mellem input og output, er den elektroniske transformer opbygget med en analog transformer mellem de to vekselrettere. Men da frekvensen er høj – 10 til 20 kHz – behøver transformeren ikke at være nær så stor som normalt. Dermed spares der både vægt og areal.

I runde tal skulle den ny opladningsteknologi give mulighed for på ti minutter at oplade en elbil, så den kan køre 280 km.

Halv størrelse og en fjerdedel vægt

Indledende forsøg fra Delta Americas forudser, at størrelsen på anlægget kan halveres, og vægten reduceres til en fjerdedel. Men mere vigtigt er det, at den elektroniske transformer ifølge Delta Americas kunne sætte rekord med en virkningsgrad på 96,5 procent, når der regnes fra højspændingselnettet til bilens batteri.

Det skal her bemærkes, at den bedre virkningsgrad opstår, når der sammenlignes med en traditionel transformer, der bruges i forbindelse med opladning af elbiler, altså hvor vekselstrøm skal omsættes til jævnstrøm, før det bruges til at oplade batteriet. I en almindelig transformerstation, hvor et spændingsniveau omsættes til et andet, vil en elektronisk transformer næppe kunne konkurrere med en traditionel analog, hvor virkningsgraden ligger på omkring 99 procent.

Flere spørgsmål, som der umiddelbart ikke gives svar på i pressematerialet og kommentarer i amerikanske medier, trænger sig dog på: For eksempel hvilken spænding elbilerne skal oplades ved, hvordan den store varmeudvikling, der temmelig sikkert vil opstå i selve ladestikket, skal håndteres, og hvad prisen for en elektronisk transformer vil være sammenlignet med en traditionel. Tilsvarende kan der også stilles spørgsmål omkring holdbarheden for den type effektelektronik sammenlignet med en traditionel transformer.

Til mediet The Drive siger administrerende direktør for Delta Americas M.S. Huang:

»Ved at udnytte solid-state-transformer-teknologi har vi en mulighed for at skabe opladningshastigheder, der ikke er set før, og dermed hjælpe med at understøtte DOE’s mål om at øge udbredelsen af elbiler.«

General Motors har i forbindelse med projektet fremhævet, at koncernen er i gang med at udvikle op til 20 forskellige modeller, som potentielt vil kunne udnytte den ny opladerteknologi. Det forventes, at den første prototype-oplader vil være klar i 2020.

Andre bilkoncerner, blandt andet Porsche, arbejder på at øge ladeeffekten. Den første bil bliver elbilen Porsche Taycan (tidligere Mission E), som er i stand til lade med helt op til 350 kW. Porsche har valgt at bruge et 800 V-opladesystem i bilen for at kunne øge ladehastigheden, hvilket i praksis betyder, at ladestationerne skal være indrettet til den spænding. Taycan skulle være klar til salg i slutningen af 2019.

Både E.ON og Clever er klar til ny teknologi

Lars Jensen, product manager hos Clever, der siden 2009 har opbygget et netværk af elbilopladere i Danmark, Sverige og Nordtyskland, mener, at brugen af transformere baseret på effektelektronik er en interessant teknologi:

»I takt med at effektbehovet øges markant, ser vi udfordringer med de store strømme, som vi skal håndtere i vores lavspændingsforsyning i form af transformer, tavler og kabler ved det nuværende 400 V-niveau. Og samtidig fylder udstyret i dag også meget rent fysisk – det kan den nye teknologi her nok ændre på,« siger han og peger på, at ny teknologi som denne kan gøre det nemmere at vælge at køre elbil, samtidig med at elbilerne bliver endnu grønnere, fordi tabene ved hurtigladning minimeres.

Derfor vil Clever også i fremtiden være interesseret i at se nærmere på sådan en løsning, hvis der er leverandører, som kan tilbyde et driftssikkert system.

Hos E.ON, der er den anden store leverandør af elbilopladning i Danmark, er teknisk chef Torben Fog lidt mere afventende. Han peger på, at E.ON allerede i dag er i gang med at opstille opladningssystemer, der kan oplade med op til 400 kW og med virkningsgrader, som ligger på niveau med det, som teknologien fra Delta Americas forventer:

Det gælder for eksempel opladere, som lige nu er ved at blive installeret i Tyskland, og som vil være i stand til at lade med op til 1.000 V, hvilket betyder, at de kan oplade den kommende Porsche Taycan med 350 kW

»I forhold til virkningsgrad mener jeg ikke, at vi ligger meget under de 96,5 procent, som Delta hævder, den nye teknologi vil have. Men da det både for de anlæg, vi bygger nu, og Delta-teknologien stadig er tal på datablade, så må vi vente og se, hvordan det kommer til at se ud, når der begynder at komme biler på vejene, som virkelig kan lade med så store effekter,« sige Torben Fog, som på ingen måde vil afvise at kigge på elektroniske transformere, når teknologien er blevet udviklet til et kommercielt produkt.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvis Delta America kan fremstille en transformer, som kan gå fra 10 kV til 400/800/1000 V DC med billigere og mere energieffektiv udstyr end kendte teknologi, så er det jo fint. Det ændre dog ikke særlig meget for ladeprofilen for den enkelte elbil, idet batteriet er stopklodsen for hvor meget der kan hældes på.

Det her Tesla for eksempel gjort i Køge, hvor det er muligt at oplade op til 6 Tesla'er samtidig med op til 120 kW hver (hvis alle 12 opladningspladser udnyttes, falder effekten til cirka det halve for den enkelte bil).

Det helt rigtige svar er at transformeren til et ladestander par (1A/1B, 2A/2B ..) er på 135 kW. Den første Tesla som komme får "fuld skrald" svarende til hvad batteriet kan modtage. Hvis betteriet er nogenlunde varme og strømindholdet ligger mellem 0% og 35% svarer dette til ca. 115 kW. Omkring 35% fyldning ramper ladeeffekten ned for at passe på batteriet. Tesla nr. 2 får effekt svarende til hvad transformeren har af reserve op til 135 kW. Efterhånden som nr. 1 ramper ned vil nr. 2 rampe op.

Langt de fleste elbil producenter kan idag lave et batteri som lader lige så hurtig og inderholde lige så mange kWh, som marketings afdelingen påstår - problemer er bare at batteriet ikke holder til det i længden og antallet af ladecyklusser falder drastisk.

-Eivind
(155k km i en Tesla på under 3 år)

  • 10
  • 0

400kW * 10 min = 2.410e8 J

Ignorerer vi lige for et øjeblik ladetab usw giver dette:

Bilen køre med konstant hastighed i 3 timer.
Hastighed af bilen 280/3 km/h = 93,3 km/h
Motor yder i gennemsnit 22.2 kW (sikkert nok ydelse)

Bilen kører med konstant hastighed i 2 timer:
Hastighed = 140 km/h
Moter yder i gennemsnit 33.3 kW (sikkert ikke nok ydelse)

Og så pointerne (trommehvirvel)

1/ Da effektbehovet stiger med hastighed i 2. potens giver udsagnet 280 km på 10 minutter ingen mening whatsoever. Ved motorvejshastighed vil batteriet give langt mindre rækkevidde end på en landevej.

2/ Trækker man 500 kW fra motoren (vist muligt i en Tesla der engang reklamerede med 1000HK) så tømmes batteriet på 480s eller 8 minutter,

3/ Luftmodstand er en bitch

4/ Det giver ikke mening at tale om hestekræfter i en elbil

PS: Er fan af elbiler, men vi skal til at veje dem på en anden vægtskål end fossilbrændere - det er noget helt andet.

  • 0
  • 7

Kristian Glejbøl

Hvorfor giver det ikke mening at tale om hestekræfter i forbindelse med en elektrisk bil?

Hestekraft har jo samme dimension som Watt det vil sig effekt eller arbejde/tid

N x m /s

Med venlig hilsen,

Flemming Hansen

  • 3
  • 0

Kristian Glejbøl

Du skriver: 1/ "Da effektbehovet stiger med hastighed i 2. potens"

Mener du at denne sammenhæng bunder i en naturlov, i givet fald hvilken?

Med venlig hilsen,

Flemming Hansen

  • 2
  • 0

1/ Antal hestekræfter giver ikke mening fordi du har max antal i forsvindende kort tid jvf mit eksempel.

2/ Det er ikke en naturlov, men den alment kendte formel for luftmodstand. Wikipedia kan sikkert hjælpe dig videre.

  • 0
  • 4

De danske vindmøllers ydelser Januar til September 2018 og målt hver time kan beskrives ved nedenstående tal:
Middel..1497 MW
Maks....4369 MW
Min.......68 MW
Stdfafv.1099 MW

Hvor skal den grønne strøm lige komme fra, når der ikke rigtigt er nogen vind?

  • 1
  • 6

Der er flere spørgsmål, der ikke er besvaret særlig grundigt!
1. De meget store strømme og effekter, de nævnes, forekommer mig at være dyre at etablere: Højspænding frem til transformatorer ved ladestanderne.
2. Meget kraftige ladekabler og dyre koblinger. Kraftigere elektronik i bilerne.
3. Store strømme medfører et sikkerhedproblem.
4. Er der batterier, der kan tåle at blive opladet så hurtigt?
Og til Søren H K: Det er simpelt! - Strømmen kommer fra vindmøllerne, når det blæser og fra elbilerne, når det ikke blæser. (;-)

  • 0
  • 3

Holger Skjerning

Har nogen en formodning om størrelsesordenen af transmissionstabet fra vindmøller (kulfyrede kraftværker) til elbiler og fra elbiler til (nej, ikke vindmøller eller kulfyrede kraftværker) men måske til andre elbiler eller komfurer?

Med venlig hilsen,

Flemming Hansen

  • 0
  • 0

Kristian Glejbøl

Jeg tror også, at rækkevidden på en opladning afhænger af farten.
Jeg tror oven i købet også, at særligt en meget høj fart formindsker rækkevidden betydeligt.

Med venlig hilsen,

Flemming Hansen

  • 1
  • 0

i ugerne 7, 8, 9 og 10 i 2018 så ydelsen fra vindkraft + solceller ud som vist nedenfor-

Uge.....MW.....GWh
7.....2085.....350
8......678.....114
9.....2976.....500
10....1312.....220
Middel.........278
Lagerbehov.....150 Skøn
Per Tesla kWh...50
Teslabehov......3.000.000 stk.

Lagerbehovet er naturligvis et skøn, og et Tesla batteri har muligvis en kapacitet på mere end 50 kWh, så min beregning af et batterilagerbehov svarende til 3 millioner stk Teslaer kan naturligvis anfægtes.
Men til trods for at Teslaejere er gode, miljøbevidste mennesker, må det vel være tilladt at betvivle, at de vil være villige til at tømme deres bils batterier, når der kommer en uge eller to med lav vindydelse. For slet ikke at tale om en hel måned.
Månedsgennemsnittene for vind og sol varierede fra januar til september 2018 mellem 1151 MW og 2095 MW! Eller mellem 840 GWh og 1530 GWh!
At denne kendsgerning tilsyneladende ikke interesserer fortalerne for elbiler, demonstrerer endnu engang dansk energipolitiks stupide barnagtighed.

  • 1
  • 0

i ugerne 7, 8, 9 og 10 i 2018 så ydelsen fra vindkraft + solceller ud som vist nedenfor

1) Der findes andre grønne energikilder end kun vindmøller og solceller. Og den teknologiske udvikling inden for grøn energi og energilagring står bestemt ikke stille.
2) Der er næppe nogen der forestiller sig at elbiler alene skal levere al strøm til det danske elnet i perioder hvor der ikke er nok vind og sol.
3) Det ville være direkte dumt at forlange at Danmark skal være 100% selvforsynende med grøn el 100% af tiden, når vi har gode muligheder for at im- og eksportere el til/fra vores nabolande - det er i både vores og deres interesse.
4) Med det kørselsmønster som den gennemsnitlige dansker har behøver langt de fleste elbiler ikke oplades dagligt- jeg oplader fx typisk kun min hver anden eller tredie dag. Og i takt med at nye elbiler får større batterier vil "ladehyppigheden" falde yderligere.
5) At vores nuværende elforsyning ikke kan levere strøm til det antal elbiler vi forventer at have i 2050, er vel næppe særligt relevant.

  • 4
  • 1

Ad 1. Hvilke? Og kan jeg bede om en kort redegørelse for fremskridtene for energilagring? Med angivelse af prisen!
Ad 2. Nej, men hvem skal så?
Ad 3. Hidtil har Danmark kunnet regne med, at skandinavisk vandkraft har kunnet spille sammen med dansk vindkraft. Men sådan bliver det næppe ved.

Jvfr.
"Kortsiktsprognos:
Minskad tillförsel av energi medan användningen ökar
Senast ändrad: 2018-07-17 10:18

Energimyndigheten publicerar nu sommarens kortsiktsprognos över Sveriges energianvändning och energitillförsel för perioden 2017–2021. Den totala tillförseln av energi i Sverige väntas minska från 600 till 583 terawattimmar (TWh),

(Dette modsvarer (68,5 GW til 66,5 GW) En nedgang på 2 GW svarende til Ringhals I og II.)

Medan den slutliga energianvändningen i samtliga användarsektorer väntas öka.
Anledningen till att energitillförseln minskar är att kärnkraftsreaktorerna Ringhals 1 och 2 är planerade att stängas ned under prognosåren.
Kärnkraftsproducerad el minskar med 14 TWh (1600 MW) mellan 2017 och 2021. Minskningen antas till största delen ersättas av 10 TWh (1140 MW) ökad elproduktion från vindkraft."

Man erstatter altså 2 GW kernekraft med 1,1 GW vindkraft. Da dansk og svensk vindkraft produceres stort set samtidigt får svenskerne selv brug for al den back-up deres vandkraftværker vil kunne yde.

Jan-sep 2018 var Danmarks gennemsnitlige elforbrug 3837 MW. Samhandlen med Norge og Sverige renset for transfer til og fra Tyskland varierede mellem en import på 3230 MW og en eksport på 2771 MW. Det er derfor meget sangvinsk at regne med at Norge og Sverige også vil kunne kompensere for en fremtidigt nbetydeligt større dansk vindydelse.

"Dessutom väntas exporten av el att minska.
Energianvändningen inom sektorn bostäder och service väntas öka från 141 TWh 2017 till 145 TWh år 2021. ( Differensen 4 TWh modsvarer 456 MW = Karlshamn I)"

Og tyskerne har nok kun grøn el at eksportere, når det blæser, og det gør det stort set samtidigt i Danmark og Tyskland.

ad 4. Nej elbilerne behøver næppe at oplades dagligt. Ikke alle sammen i hvert fald, men som vist ovenfor, varierer vind- + solkraften kraftigt fra uge til uge. Men selvfølgelig har man da importeret træ at trække på. Og der er utvivlsomt træ nok i Verden til at dække Danmarks behov. Men der er langt fra nok til at dække Verdens behov. Det tager Verden dog ikke så tungt, idet fossile brændstoffer dækker 87 % af dennes energibehov. Denne andel er ganske vist svagt faldende, men det fossile energiforbrug eller rettere effektforbrug stiger immervæk med ca. 300 GW/år eller omtrent15 gange Danmarks forbrug (BP Energistatisk 2017)

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten