Siden markedet for elektriske kjøretøy (EV) i Europa har blitt stadig større de siste årene er behovet for ladepunkt økende. Etterspørselen etter slik infrastruktur henger sammen med at flere og flere bilprodusenter fokuserer på utvikling av elektriske kjøretøy for å imøtekomme markedet. Det som er helt klart er at en økning i salget av elektriske kjøretøy krever økt utbygging av infrastrukturen, slik som nye tilgjengelige ladepunkt og utvidelse av eksisterende ladepunkt.
Den totale infrastrukturen til EV-lading omfatter også typen ladestasjoner. Behovet for hurtigladere på egnede steder er viktig for alle reiser; som vi vet krever alle typer oppladbare batterier lading over et lengre tidsrom, dette gjelder også for elektriske kjøretøy. De minste EV-batteriene er på rundt 20-30kW og de største kan være på opptil 100kW. Med en batterikapasitet på rundt 100kW vil lading via en vanlig 240V stikkontakt med 2,3kW ladeeffekt ta omtrent 24 timer. En spesialisert veggmontert lader vil lade batteriet på omtrent 7,5 timer med 7,4kW ladeeffekt og en hurtiglader kan lade batteriet på under 1 time med en ladeeffekt på 50kW. Tilgang på hurtigladere er viktig for de fleste som skal kjøre langt, om ikke vil hele infrastrukturen i praksis være ubrukelig.
De fleste som eier elektriske bil har sin egen lader hjemme som er koblet til strømnettet i huset og lader bilen om natten når strømmen er billigst. Disse hjemmeladerne er enten et standarduttak på 240V og 13A eller av typen 7,4kW/32A som nettleverandører nå har begynt å tilby.
EV-ladepyramiden
Veksten av markedet for el-biler med forskjellige bilprodusenter har ført til en mengde forskjellige proprietære ladere og tilkoblinger, som alle har sine egne løsninger. Dette feltet er alene en stor utfordring når det kommer til design av infrastruktur for EV-lading. En av løsningene på dette problemet er ladestrategier.
I den nedre delen av skalaen finner vi de langsomme laderne, som typisk har en effekt på 2-3kW og som kan brukes i de fleste hjem. I tillegg finnes det en mengde veggladere som kan monteres på utsiden av huset ditt eller i garasjen, og disse har en ladeeffekt på 7,4kW og direkte koblet til strømnettet.
Hurtigladere finner man på offentlige plasser, slik som parkeringsplasser, kjøpesentre og i noen tilfeller på parkeringsplasser i gater. Disse kan lade el-bilen din med en hastighet som avhenger av strømnettet. Hurtigladere har en ladeeffekt på 7-22kW og kan lade bilen din fra null til full kapasitet på rundt 3-6 timer avhengig av batterikapasiteten til bilen din.
Det finnes hurtigladere som er enda raskere, disse finner man oftest på parkeringsplasser hvor el-biler kan stå i noen timer. De kommer i to varianter, AC-ladere på 43kW og DC-ladere på 50kW. DC-laderne forsyner bilen med strøm direkte uten noen form for AC/DC-konvertering og effekttap i prosessen. Begge disse lademetodene vil lade batteriet til en el-bil på omtreng 1 time.
Øverst på skalaen finner vi superladere, som lader med en effekt på mellom 120kW og 300kW. Tesla var en av de første el-bilprodusentene som konstruerte en superlader på 120kW med sin egen proprietære tilkobling og for ikke lenge siden lanserte de en ny superlader på 250kW. Tesla hevder at full lading kun tar 15-30 minutter på sitt nettverk av over 20 000 superladere i Europa. Denne typen ladere er ideelle for service- og bensinstasjoner siden disse ofte befinner seg langs motorveier og er lett tilgjengelige.
Det finnes noen få firmaer som har overskredet de 150kW som vanlige i superladere. En av disse firmaene er sveitsiske ABB. ABB har lansert sin Terra høyeffekts DC-hurtiglader som kan lade med en effekt på opptil 350kW, noe som er nesten tre ganger så mye som Tesla sine superladere. Dessverre er det ingenting på markedet som klarer denne ladeeffekten. Men teknologien er der og er klar for å tas i bruk så snart el-bilene har kapasitet til dette.
Tilkoblingsløsninger
Ikke bare er det en mengde forskjellige ladeløsninger innen EV-infrastrukturen, men det er også et stort antall varianter av ladekontakter. Alle de forskjellige kontaktene og ladesystemene er ikke kompatible med hverandre, noe som er en utfordring for EV-bransjen. Her er en liste over de mest vanlige typene ladekontakter:
Type 1-kontakt – Type 1-kontakten er en enfaskontakt som tillater ladenivå opptil 7,4 kW (230 V, 32 A). Standarden er hovedsaklig brukt i bilmodeller fra Asia og er sjeldne i Europa, derfor er det veldig få offentlige ladestasjoner med type 1-kontakt.
Type 2-kontakt – Trefaskontakt som hovedsaklig er i bruk i Europa og blir ansett for å være standardvarianten. I privatboliger er ladeeffekter på opptil 22 kW vanlig, mens ladeeffekter opptil 43 kW (400 V, 63 A, AC) er i bruk på offentlige ladestasjoner. De fleste offentlige ladestasjoner bruker type 2-kontakter. Alle modus 3 ladekabler kan brukes med denne, og el-biler kan lades med kontakter av både type 1 og type 2. Alle modus 3 kabler som henger på siden av ladestasjoner har såkalt Mennekes-kontakter (type 2).
Kombinasjonskontakter (Combined Charging System, eller CCS) – CCS-kontakten er en forbedret versjon av type 2-kontakten, med to ekstra strømkontakter for å sørge for hurtiglading og støtter AC- og DC-lading opptil 170 kW. I praksis ligger effekten på rundt 50 kW.
CHAdeMO-kontakt – Dette hurtigladersystemet ble utviklet i Japan og tillater ladeeffekter opptil 50 kW ved egnede offentlige ladestasjoner. Følgende produsenter leverer biler som er kompatible med CHAdeMO-kontakten: BD Otomotive, Citroën, Honda, Kia, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Peugeot, Subaru, Tesla (med adapter) og Toyota.
Tesla superlader – Til sin superlader bruker Tesla en modifisert utgave av type 2 Mennekes-kontakten. Dette gjør det mulig for Model S å lade seg opp til 80% på 30 minutter. Tesla tilbyr sine kunder gratis lading. Frem til nå har det ikke vært mulig for andre biltyper å bruke Tesla sine superladere.
Nettuttak for privatbolig – ladenivå opptil 3,7 kW (230 V, 16 A) kan oppnås fra et vanlig nettuttak om kursen har passende sikring. Den elektriske bilen din kan lades med en modus 2 ladekabel. Vi vil på sterkeste anbefale at man begrenser ladeeffekten til 2,3 kW (230 V, 10 A) om uttaket ikke har blitt sjekket på forhånd. Vanlige nettuttak kan man også enkelte ganger finne på offentlige ladestasjoner. Denne lademetoden kan brukes på alle elektriske biler.
Nettverksinfrastruktur
Antallet tilgjengelige EV-ladepunkt i Europa øker hvert eneste år etter som antallet el-biler på veiene øker. Dette skjer raskere i enkelte regioner enn andre. I 2019 var det omtrent 15k høyeffekts (22kW+) ladestasjoner og i 2020 hadde dette nesten dobblet seg til 25k i følge data fra European Alternative Fuels Observatory. Dette er ikke bare på grunn av fremskritt innen EV-lading men også på grunn av National Policy Frameworks (NPF) som er blitt innført under artikkel 3 i direktiv 2014/94/EU.
Et av landene som ligger fremst innen EV er Norge, hvor det er registrert over 300k elektriske personbiler, noe som er over 15% av det totale bilmarkedet i 2020. Markedet for plug-in-biler har vært det største i verden i flere år og landet har vært det første i verden hvor salget av el-biler har vært større enn biler med forbrenningsmotor. Per nå er det rundt 500k el-biler i Norge, inkludert hybrider og plug-in-hybrider fordelt på en befolkning på omtrent 5,2 millioner.
For å kunne håndtere denne utrolige store andelen el-biler trenger man en nettverksinfrastruktur. Det er nå omtrent 9000 ladepunkt i Norge fordelt på 2500 stasjoner electromaps. I tillegg er dette også det reneste nettverket i verden hvor 98% av elektrisiteten som blir brukt til EV-lading kommer fra fornybare energikilder.
Over hele Europa er det mange kraftselskap som begir seg inn i bransjen for EV-lading siden de er best skodd for denne typen marked, særlig dersom de kan tilby strømforsyning fra fornybare energikilder slik som vindkraft, solcelle og vannkraft. Det nederlandske selskapet Fastned er en ledende spesialist på EV-lading som nylig lansert ladestasjoner som helt og holdent baserer seg på solcellepanel. Dette er en kostandseffektiv løsning for ladestasjoner ettersom eksisterende løsninger krever strøm fra lokale kraftstasjoner. Nye ladestasjoner må derfor hekte seg på det allerede eksisterende strømnettet noe som kan føre til ytterligere belastning på nettet all den tid de er lokalisert på offentlige steder.
Noen selskaper ser til EV for å endre måten de driver forretninger på, i tillegg til å oppnå en demografisk utvikling. Oljeselskaper som BP og Shell har installert EV-ladere i nesten alle sine bensinstasjoner i hele Europa, slik at de kan henge med på trender og utvide kundebasen. Videre er flertallet av bensinstasjoner strategisk plassert for enkel tilgjengelighet for de fleste sjåfører, noe som er en stor fordel for den generelle EV-infrastrukturen.
EV-ladesikkerhet
Det er to ting å tenke på ved lading av el-biler, selve laderen og ladekabelen med relevant kontakt. EV-ladepunkt faller inn under IEC 61851 i EU-direktivet og er for tiden under utvikling og er alltid under kontinuerlig utbedring. Ladekabelen og kontakten faller inn under IEC 62196 EU-direktiv for kontakter, strømuttak, kjøretøy-kontakter og tilkoblinger for kjøretøy. Disse EU-standardene er laget for å ivareta sikkerheten til utstyret og sluttbrukeren. For eksempel blir det ikke levert strøm til kjøretøyet uten at et kompatibelt kjøretøy er tilkoblet og at kjøretøyet er slått av når kabelen er tilkoblet.
I direktiv IEC 62196 finnes det også under-direktiv (IEC 62196-1 og IEC 62196-2) som forklarer i detalj hvordan hver enkelt kontakt er konstruert og hvilke spesifikasjoner den har. Denne ble laget for å muliggjøre kompabilitet mellom produkter fra forskjellige produsenter.
Konfigurasjoner:
Type 1 – Mye brukt i USA og Japan, ble opprinnelig produsert av Yazaki i henhold til SAE J1772-standarden i USA. Selve kontakten har rundt hus med et spor i inntaket på kjøretøyet for å sikre korrekt orientering ved bruk. Den er beregnet på en driftsstrøm fra 32A og opptil 80A, men kun i USA.
Type 2 – Også kjent som en Mennekes-kontakt, har rundt hus med en flat side for å sikre korrekt orientering ved bruk. Den har også flere kontaktpinner for opptil fire AC-ledere, beskyttende leder og to signalpinner for funksjonskontroll. Type 2-kontakter har også en tilleggsfunksjon hvor det ikke er mulig å berøre kontaktene med fingrene for å hindre støt og i en nyere versjon har dette blitt ytterligere forbedret med lukkere. Kontakten kan håndtere opptil 63A med maksimum 70A for enfas. I EU er det et krav at alle offentlige ladere skal være utstyrt med type 2-kontakt og uttak.
Type 3 – Denne konfigurasjonen, i motsetning til de to andre, består ikke bare av en stikkontakt, men også kjøretøykoblingen. Denne spesielle kontakten har et ovalt hus med en flat side for riktig orientering ved bruk. Det er også beskyttelse på plass i form av lukkere over pinnene for å forhindre berøring, og den har en låsemekanisme når den settes inn i et inntak. Denne kontakten tillater enfaselading opptil 16A uten kontrollpilotkontakt, 32A med og trefaselading opp til 63A.
Som vi allerede vet, er etterspørselen etter EV-ladestasjoner veldig høy i hele Europa, og det er også viktig å sikre at hvert ladepunkt er i drift; ellers kan det legge ytterligere belastning på infrastrukturen. Flere problemer kan oppstå som kan føre til feil ladepunkt, for eksempel overbelastning av strømforsyningen, utstyrs- og systemfeil og overoppheting. Mange land over hele Europa har allerede begynt å løse dette problemet ved å sikre at hver offentlige ladestasjon overholder de relevante europeiske sikkerhetsstandardene for elektriske systemer. Forordningen som må brukes på hver stasjon inneholder følgende:
I henhold til HD 60364 er alle kvalifiserte elektrikere pålagt å utføre tester på lavspenningsanlegg etter installasjon. Testene omfatter måling, inspeksjon og testing av de forskjellige driftstilstandene til ladestasjonen. Testene som blir utført omfatter måling av kontinuitet av beskyttende jordledere og funksjonalitet av innebygget jordfeilbryter samt isolasjons- og jordmotstand.
Test adaptors for EV charge stations
Suitable for vehicle charging stations with charging mode 3
Fluke T6-1000 PRO Electrical Tester
The T6-1000 PRO Electrical Tester measures voltage up to 1000 VAC and current up to 200 AAC, all through the open fork and without test lead contact to live voltage.
Sikkerhet er ikke bare for laderne selv, men alle aspekter av ladeutstyret, inkludert utformingen av ladekablene, som må være i samsvar med HD 60364-5-52. Dette inkluderer også testing av temperaturen i løpet av en times kontinuerlig drift. Resultatene vil til slutt teste risikoen for overoppheting i både ladeenheten og ladekabelen, og forhindre risikoen for brannskader. En maksimal temperaturøkning på 45 Kelvin er akseptabelt. Disse risikoene kan lett identifiseres ved hjelp av termokameraer.
FLIR Exx-Series
Designed for thermographers who regularly inspect large numbers of objects over the course of a day, FLIR Inspection Route guides the user along a pre-defined route of inspection points so they can collect images and data in a structured manner.
Fluke TiS55 Thermal Imager
Take your plan for a proactive maintenance (PM) program and turn it into reality. To get started, you need features that make it easy to set up your image organization and inspection routines.
En del av testprosedyrene for EV-ladestasjoner gjelder ikke den første installasjonen, men består av periodetesting gjennom levetiden. Klausul 6,5 i HD 60364-6 må følges for å inkludere pilotsignalets elektriske sikkerhet og driftstester i samsvar med EN 61851-1. Det må brukes et oscilloskop for å utføre denne testen av PWM-signalet. De grafiske dataene som returneres, skal gjøreen tekniker i stand til å vurdere eventuelle feil i ladesignalet hvor som helst mellom ladestasjonen og det aktuelle kjøretøyet.
Handheld Oscilloscope Bundle, 4x 500MHz, 5GSPS, Rohde & Schwarz
Lab performance in a rugged and portable design – the perfect multipurpose tool for the lab or in the field.
Handheld Oscilloscope, 4x 200MHz, 2.5GSPS, Fluke
The Fluke ScopeMeter 190 Series II combines the highest safety ratings and rugged portability with the high performance of a bench oscilloscope.
Fremtiden for EV-infrastruktur
Etter hvert som flere og flere kjøper elektriske kjøretøy, blir også ladepunktene lettere tilgjengelig. Det er også en rekke offentlige støttede ordninger som har som mål å lette på noe av presset ved å installere EV-ladepunkter hos bedrifter for arbeidstakere og også i privatboliger.
Det er også en global klimaendringspolitikk som også er en del av drivkraften bak “å gå elektrisk”, og bilprodusenter tilpasser sakte virksomheten fra forbrenningsmotor til fullelektrisk. Nylig kunngjorde Ford at de ville gå helt elektrisk innen 2030 på tvers av alle sine modeller.
Det er ingen tvil om at ladeinfrastrukturen vil utvikles over flere år, men systemet som er på plass er et flott grunnlag å bygge videre på i fremtiden.
