Supersnelladen voordat je koffie koud is

400kW-laden, hoge laadcurve en nieuwe accutech

Techniek: vermogen en laadcurve

Zoals gezegd is niet alleen het laadvermogen van belang; voor een hoge laadsnelheid zijn ook een bepaalde spanning en stroomsterkte nodig. De laadpaal, de kabel en de auto moeten daarmee compatibel zijn. Het hangt dus af van de spanning van een EV, 400 of 800V, en van de stroomsterkte die een lader kan leveren.

Vermogen is stroomsterkte maal spanning

Het vermogen is het product van spanning en stroomsterkte: hoe hoger een van beide is of beide zijn, hoe hoger het vermogen. Met hogere vermogens laadt de auto sneller, maar fabrikanten willen de stroomsterkte niet oneindig verhogen. Met een hogere laadspanning kan de auto toch sneller geladen worden zonder de stroomsterkte te verhogen. Dat doet Lotus bijvoorbeeld bij de Emeya: door met een hoge spanning van 800V te laden kan de stroomsterkte beperkt worden tot 600A, wat inclusief verliezen een laadvermogen van 400kW oplevert.

CCS2-specificaties

Officieel kan CCS2 volgens de IEC 62169-3-2022-specificatie maximaal een vermogen van 400kW aan. De maximale spanning voor de standaard is vastgesteld op 1000V, effectief 920V, en men gaat daarbij uit van een stroomsterkte van 500A. Die laatste waarde is een beperking, zeker nu er EV's met verschillende spanningen rondrijden. Een 400V-EV heeft 625A nodig om 250kW te halen, terwijl een 800V-EV daarvoor aan 312A voldoende heeft. Het maximale vermogen, zoals 350kW, wordt groot aangegeven op snelladers, maar de stroomsterkte in ampère is soms minder duidelijk te vinden. De Lotus Emeya heeft een 400kW-lader nodig die 600A aankan; 500A is niet voldoende, omdat de spanningscurve tijdens het laden toeneemt. Dit vereist ook geschikte kabels in verband met koeling. Onder andere Phoenix Connect levert kabels die geschikt zijn voor vermogens tot 500kW.

Hogere stroomsterktes leiden doorgaans tot snellere opwarming van de accu, waardoor goede koeling noodzakelijk is. Voorbeeld: om 250kW te halen, heeft een 400V-EV een stroomsterkte van 625A nodig, terwijl een 800V-EV slechts 312A nodig zou hebben om hetzelfde vermogen te leveren. Voor een 400V-EV zijn de warmteverliezen met 625A theoretisch vier keer zo hoog als voor de 800V-EV op 312A, omdat de verliezen kwadratisch toenemen met de stroomsterkte (625^2 / 312,5^2 = 4). Een belangrijke nuance hierbij is dat parallelschakeling van de accucellen dit weer halveert en dikkere kabels de interne weerstand ook verminderen. In de praktijk zal dit verschil dus geen factor vier zijn. Behalve tot warmteontwikkeling leiden hogere stroomsterktes ook tot grotere energieverliezen over langere laadperiodes. Een 800V-EV is dus efficiënter en sneller te laden, en het hoge vermogen kan ook langer worden volgehouden dan met 400V. Dit leidt tot een 'betere' laadcurve.

Laadcurve

De laadcurve van een EV is niet lineair. Aan het begin van het laadproces kan de lader het maximale vermogen leveren, maar naarmate de accu voller wordt, neemt het vermogen af. Dit komt onder andere doordat de interne weerstand van de accu toeneemt naarmate de cellen voller raken, wat resulteert in hogere temperaturen. Bij aanhoudend hoge stroomsterktes kan dit tot schade leiden. Daarom wordt het laadvermogen geleidelijk verlaagd, bijvoorbeeld van 250 naar 100 en vervolgens naar 60kW. De spanning blijft tijdens de laadsessie relatief constant, maar de stroomsterkte vermindert naarmate de laadcyclus vordert.

Laadcurve Tesla Model 3 bij een Supercharger V3

Om de gezondheid van de accu veilig te stellen, wordt deze tijdens het snelladen gekoeld. Oudere en goedkopere EV's maken gebruik van luchtkoeling of zelfs helemaal geen koeling, maar tegenwoordig is vloeistofkoeling de norm, zeker als het gaat om vermogens van 150kW of meer. Dit kan waterkoeling zijn, maar ook op basis van koelvloeistof, zoals een water-glycolkoudemiddel. Tijdens het snelladen houdt het bms de temperatuur van de accucellen nauwlettend in de gaten en anticipeert het zo nodig op warmte door de koeling dynamisch op te voeren.

Aan het begin van het laadproces kan de accu een hoog vermogen aan omdat de temperatuur nog relatief laag is en binnen veilige grenzen blijft. In deze fase kunnen momenteel laadsnelheden van 200 tot 400kW worden bereikt, afhankelijk van de capaciteit van de accu, het laadsysteem en de state-of-charge, of SoC.

500kW-CCS1-stekker van Phoenix Contact

Om optimaal gebruik te kunnen maken van een hoog laadvermogen tijdens het snelladen, is de accu idealiter redelijk leeg, bijvoorbeeld 10 procent. De interne weerstand is dan lager, waardoor de accu meer vermogen kan opnemen zonder oververhitting. Naarmate de accu voller wordt, neemt de interne weerstand toe. Dit komt door chemische en fysieke veranderingen in de accucellen. Tegelijk stijgt de temperatuur van de accu door de voortdurende stroomtoevoer. Hierdoor moet het laadsysteem het vermogen geleidelijk verminderen om oververhitting te voorkomen. De laadsnelheid daalt hierdoor, wat zichtbaar is als een afname in de laadcurve.

Als we het hebben over snelladen, wordt standaard uitgegaan van een SoC van 80 procent. Tot dat niveau gaat het laden vrij vlot, maar daarna neemt het snel af door de hogere weerstand. Hoe voller de accu wordt, des te langzamer het laden gaat. In principe heeft een moderne EV met een SoC van 80 procent meer dan voldoende bereik om de reis te vervolgen, al dan niet via een andere snellader, bijvoorbeeld tijdens een lange vakantierit.

Als de accu bijna vol is, neemt de laadsnelheid aanzienlijk af. Dit is deels te wijten aan de verhoogde interne weerstand en de toegenomen warmteontwikkeling, maar ook aan de toenemende spanning in de cellen naarmate ze voller raken. In deze fase zorgt het laadsysteem voor een geleidelijke reductie van het vermogen om de accu volledig op te laden zonder de levensduur te verkorten.

• Volgende pagina 3. 400kW-praktijk: opgeladen binnen 14 minuten