Vägen till ultrasnabb laddning – därför hajpar tillverkarna 800 volt

2021-10-22 06:00  

Ny 800-voltsteknik som ger ultrasnabb elbilsladdning hajpas stort av bilindustrin. Men frågan är – överväger verkligen fördelarna? ”Vem vill inte kunna göra en 'splash and dash'-laddning med sin elbil”, säger Krister Kilbrandt på forskningsinstitutet Rise.

Snabbare laddning står högt upp på önskelistan hos många elbilsägare.

Tillverkarna är högst medvetna om detta – och tävlar om att erbjuda den snabbaste laddningen. 

I dag levererar majoriteten av de publika snabbladdarna effekter på mellan 50 och 150 kW – vilket innebär att elbilarnas batterier kan gå från 10 till 80 procent på omkring 30 minuter. 

Koenigsegg först med tekniken

För att kunna fylla på batterierna med elektroner i en ännu raskare takt, satsar nu allt fler tillverkare på att bygga elbilar med 800-voltsarkitektur.  

Först ut på marknaden med 800-voltsteknik var Koenigseggs laddhybrid Regera från 2017, en superexklusiv bil i mångmiljonklassen. Nu finns tekniken i renodlade elbilar som Porsche Taycan, Hyundai Ioniq 5 och Kia Ev 6. I påkostade annonser för bilarna trycker tillverkarna stenhårt på den nya teknikens betydelse.

Men enligt Anders Grauers, docent i elektroteknik vid Chalmers tekniska högskola, ska man som konsument inte svälja för hajpade påståenden om 800 V. 

– Den stora skillnaden med 400-voltsbilar är att laddningshastigheten kan göras något bättre på 800 V. Man bör som köpare titta efter laddhastigheten, inte spänningen. En relevant jämförelse handlar om antalet cylindrar i en förbränningsmotor. Det är i huvudsak motorns effekt som gör skillnad för bilägarna, inte antalet cylindrar, säger Anders Grauers till Ny Teknik.

Värme begränsar laddhastigheten

I och med steget över till 800 volt fördubblas alltså de eldrivna personbilarnas driftspänning. Men vad har den elektriska spänningen för betydelse för hur snabbt vi kan fylla elbilarnas batterier?  

Med nuvarande 400-voltssystem i elbilarna är gränsen för snabbladdning satt till 150–200 kW. Undantaget är Teslas supercharger-laddare, som kan leverera upp till 250 kW i kortare perioder, dock enbart till tillverkarens egna bilar. 

I praktiken begränsas laddhastigheten av värmen som alstras när elbilen snabbladdas med hög effekt under längre tid. Värmen bildas genom resistans bland annat i laddkabelns kopparledningar – och för att undvika höga temperaturer, vilket kan skada batteriet, blir snabbladdaren tvungen att sänka effekten efter en stund.

Detta regleras av elbilarnas batteriövervakningssystem (BMS), som bestämmer med vilken spänning och strömstyrka som batterierna får laddas. I BMS-systemen finns också en kylkrets, som hjälper till att hålla batteritemperaturen på rätt nivå.

Kan hålla hög effekt – längre tid

För att få till snabbare laddning med 400-voltsystemen hade tillverkarna och operatörerna kunnat satsa på att anpassa elbilar och snabbladdare för högre strömstyrkor. Men för att klara av den höga värmeutvecklingen skulle laddkablagen i så fall behövt bli betydligt tjockare, tyngre och mer platskrävande än i dag.  

Lösningen blir i stället att gå över till 800 volt. Genom att höja spänningen från 400 till 800 volt krävs nämligen färre ampere, det vill säga lägre strömstyrka, för att kunna komma upp i höga effekter och snabbare laddning.  

– Man får alltid dubbelt så hög effekt vid samma strömstyrka om spänningen fördubblas. Det som man vinner med 800 volt är att laddningen kan hålla en hög effekt under en längre tid utan att kabeln hinner värmas upp till sin maximala temperatur. Detta eftersom man kan få ned strömmarna som måste hanteras på en given effekt. Det gör i sin tur att man får över mer energi till batteriet vid en 10-minutersladdning med 800-voltsteknik, än om bilen laddas lika länge med 400 V, säger Anders Grauers.

Experten: Börjar bli intressant

Även Krister Kilbrandt, enhetschef på avdelningen EMC-fordon hos forskningsinstitutet Rise, ser tydliga vinster med 800-voltsdrivlinor. 

– Vem vill inte kunna göra en ”splash and dash”-laddning med sin elbil nästan lika snabbt som en ICE-bil (bil med förbränningsmotor, reds anmärk.) tankas? Med 800-voltsystemen, som möjliggör 400–500 kW-laddning, börjar det bli intressant, säger han till Ny Teknik.

En annan tydlig fördel med 800 voltsystemen är att kabelsystemens area i elbilarna kan minskas, eftersom transistorerna i kraftelektroniken behöver behandla mindre ström.

För tillverkarna, som jagar efter sätt att göra elbilarna mer effektiva och lättare i vikt, är det en viktig egenskap. Dessutom gör 800-voltsarkitekturen det möjligt att bygga elmotorer med något högre verkningsgrad. Men, än en gång – det här är saker som majoriteten av elbilsägarna förmodligen inte märker av, menar Anders Grauers. 

– Som elbilsägare ska man egentligen inte behöva veta vilken spänning som används – andra saker som räckvidd och laddtider är mer relevanta. 

Kräver ny laddinfrastruktur

”Hur mycket snabbare blir laddningen med 800-voltsteknik”, undrar du kanske vid det här laget. Här är några exempel från tillverkarna: 

# Nya Ev 6 behöver enbart tio minuters laddning för att fyllas på med 10 mils körning, enligt Kia. 
# Färska Hyuandi Iconiq 5 kan laddas till 80 procent på 18 minuter. 
# Porsche Taycans 800-volt-arkitektur ger en ”laddningskapacitet på upp till 270 kW”. 

Men vad många tillverkare inte nämner i första andetaget är att dessa siffror förutsätter snabbladdning med en effekt på över 150 kW – vilket få publika laddstationer klarar i Sverige i dag.

I stället levererar majoriteten av de publika laddarna än så länge mellan 50 och 150 kW – även om det håller på att förändras, till exempel genom Ionitys utbyggnad av 350 kW-laddare.

– Till syvende och sist är det laddarna och själva laddinfrastrukturen som är avgörande för betydelsen av bilar med 800-voltsystem. Orsaken till att vi ens pratar om det här är att effekten vid snabbladdning har ökat väldigt snabbt. Man trodde länge att snabbladdning med 50 kW skulle bli standard i många, många år, säger Anders Grauers.

– De kraftfullaste snabbladdarna i dag är vattenkylda och klarar 500 ampere. Jag är oerhört imponerad av hur snabb teknikutvecklingen har varit på området, fortsätter han.

”Ingen särskilt utmanande teknik”

Att framstegen har skett i snabb takt inom just laddhastigheter är i sig inte förvånande, enligt Anders Grauers. Utvecklingen drivs framför allt på av prestanda-elbilarna – ett segment där kunderna kan och vill betala för snabbare laddning.

– Laddning och laddhastighet – det är där de stora förändringarna kommer att ske. Den utvecklingen kan också minska behovet av allt större batteripack, eftersom bilarna går snabbare att ladda. 

Påverkas inte batteriernas livslängd negativt av den här typen av snabbladdning?

– Jo, men det är en kompromiss som tillverkarna är villiga att göra. För personbilarna, som mest snabbladdas under långresor, är det inget större problem. Värre blir det för exempelvis eldrivna långtradare, som kommer att behövas snabbladdas flera gånger om dagen. Men man ska komma ihåg att batteripacken i dessa fordon kommer att vara betydligt större än personbilarnas, vilket kommer att mildra konsekvenserna.

Hur är det med komponenter – behövs nya halvledare och bättre avskärmade kablar för 800-voltsbilar?

– Det krävs inga radikala förändringar, även om bilindustrins ingenjörer förmodligen behöver räkna lite på hur systemen kan optimeras. Det här är egentligen ingen särskilt utmanade teknik. 800-voltsspänning är dessutom vanlig – till exempel går spårvagnarna i Göteborg på 750 V.

Kan leda till ökade elbilspriser

Både Krister Kilbrandt på Rise och Chalmersprofessorn Anders Grauers tror att majoriteten av elbilarna kan gå mot högre spänning på sikt. 

– Jag skulle säga att den ökade möjligheten till snabb energiöverföring och effektivitet i drivlinorna talar för det, och utvecklingen kommer inte att stanna vid 800 V, säger Krister Kilbrandt 

Däremot kan övergången till 800-voltsystem höja elbilspriserna i alla fall initialt, bland annat eftersom dyrare BMS-system krävs. Men priserna faller alltid efter ett tag, säger Anders Grauers. 

– Bilindustrin är väldigt bra på att pressa kostnader. Tillverkarna lyckades exempelvis sänka priserna med faktor fem när man började bygga egna elmotorer. Vi ser också tecken på att elbilsmarknaden håller på att segmenteras, och att tillverkarna börjar använda olika batteritekniker beroende på vad kunderna är beredda att betala för. Det kan leda till att vi får premium- och mellanklassbilar med 800 V, och billigare elbilar med 400-voltsystem.

Tung trafik kräver högre laddeffekter

Även om många privatbilister ständigt efterfrågar snabbare laddningshastigheter, så kommer utvecklingen bortom 800 volt framför allt att drivas på av elektrifiering av den kommersiella trafiken.

– För personbilar är den kortare laddningstiden med 800-voltsystem en klar fördel. Men när det gäller eldrivna lastbilar och bussar, som redan ligger på 600–700 volts systemspänning, tittar man redan nu på ännu högre systemspänningar för att maximera systemeffektiviteten och snabbladdningen vid ändhållplatser, lastbilsdepåer och hubbar. Men den tekniken är fortfarande under utveckling, säger Krister Kilbrandt.

 – En eldriven buss kommer att ha ett batteri som kanske är sex gånger större än i en personbil. För att klara den tunga trafiken behöver man gå upp ännu mer i laddeffekt, sannolikt över 1 000 kW på sikt. Höjda effekter skulle också kunna leda till att det inte behövs fler utan i stället färre laddare, eftersom varje bil laddas snabbare. I framtiden tror jag att infrastrukturen kan bestå av en flora av laddare som är anpassad för olika fordon, säger Anders Grauers. 

Här är elbilarna med 800 volt

Steget till 800 volts-spänning innebär att elbilarnas laddtider kan minskas radikalt. Första bilen med ett 800-voltssystem var laddhybriden Koenigsegg Regera, men på sistone har flera renodlade elbilar med 800 v-teknik dykt upp.

Här är några av 800 v-elbilarna som finns på marknaden:
Kia Ev 6
Hyundai Ioniq 5
Audi e-tron GT
Porsche Taycan

Även andra tillverkare, bland annat Volvo och Nissan, har gått ut med man ska satsa på 800-voltsteknik på sikt.

Kalle Wiklund

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt