Förstå laddkurvan: varför 150 kW inte är 150 kW

När en tillverkare anger 150 kilowatt betyder det: under gynnsamma förhållanden når bilen någon gång under laddningen kortvarigt det värdet. Det betyder inte att den håller det, och absolut inte att den håller det från tio till åttio procent. Effekten är inte konstant över laddnivån utan följer en kurva som når sitt maximum tidigt och därefter faller.

Två bilar med identisk toppangivelse kan därför skilja sig med hälften i stopptid. Den ena når 150 kilowatt vid femton procent och håller dem till femtio; den andra nuddar dem vid tjugo procent i två minuter och ligger vid fyrtio procent redan på hälften. Broschyrens uppgift är samma siffra för båda och beskriver två helt olika bilar.

Den som vill se en bils kurva hittar den i mätningar från fackmedier och i databaser som förs av förare. Det som står där är en mätning under bestämda förhållanden och inget löfte — men den är med storleksordningar mer upplysande än en enskild siffra.

C-rate är förhållandet mellan laddeffekt och batterikapacitet. Ett paket på 50 kilowattimmar som laddar med 100 kilowatt ser en C-rate på 2 — det skulle vid den effekten vara fulladdat på en halvtimme, om effekten förblev konstant. Samma paket med 50 kilowatt ser 1 C, ett paket på 100 kilowattimmar vid 100 kilowatt likaså 1 C.

Det här talet är det egentligen intressanta, eftersom cellens belastning inte hänger på kilowattalet utan på strömmen per cell. Ett stort batteri fördelar samma effekt på fler celler; varje enskild cell arbetar lugnare, blir mindre varm och åldras långsammare. Därför håller ett stort paket vid samma kilowattal inte bara en hög laddeffekt längre utan laddar också skonsammare.

Praktisk följd för jämförelsen: dela toppeffekten med kapaciteten. Blir talet runt 1 är bilen måttligt dimensionerad. Blir talet klart över 2 är batteriet konstruerat för snabbladdning — vilket kan vara bra men förutsätter en effektiv kylning.

Fallet i laddeffekt när laddnivån stiger kallas taper (avtrappning), och det är inget sparprogram från tillverkaren utan kemi. Vid laddning vandrar litiumjoner från katoden till anoden och lagras in mellan grafitskikten. Ju fullare anoden är, desto färre lediga platser finns nära ytan och desto längre tid behöver jonerna för att ta sig in i djupare skikt.

Trycker man ändå in mer ström än anoden kan ta emot avsätts litium metalliskt på ytan i stället för att lagras in. Den här litiumpläteringen (lithium plating) är i stort sett oåterkallelig: materialet står inte längre till förfogande för lagring, kapaciteten sjunker permanent, och i värsta fall växer dendriter genom separatorn. Batterihanteringssystemet förhindrar det genom att ta tillbaka strömmen.

Därtill kommer ett elektriskt skäl. Med stigande laddnivå stiger cellspänningen. Laddelektroniken kör först med konstant ström och går, så snart den tillåtna spänningen är nådd, över i en fas med konstant spänning där strömmen faller av sig själv. Effekt är spänning gånger ström — faller strömmen faller effekten. Därför är de sista tjugo procenten alltid de långsammaste, hos varje litiumjonbatteri, i varje bil.

Den publicerade laddkurvan gäller för celler i sitt driftfönster. Under och över det ser den annorlunda ut. Kalla celler har högt inre motstånd och tar emot lite ström, eftersom just den litiumplätering som avtrappningen ska förhindra annars hotar. Heta celler åldras snabbare, därför begränsar batterihanteringssystemet också uppåt.

Mellan de här gränserna ligger ett fönster som beroende på cellkemi ligger ungefär mellan tjugo och fyrtio grader. Bilar med aktiv vätskekylning håller cellerna i det även när man snabbladdar flera gånger i rad. Bilar med ren luftkylning klarar inte det en varm dag efter det andra laddstoppet — effekten faller, och inte på grund av laddnivån utan på grund av temperaturen.

Därför är förkonditioneringen så verkningsfull. Anger man laddstolpen som mål i navigationssystemet värmer bilen upp batteriet till fönstret under framkörningen. En bil som kommer till laddstolpen med fem graders celltemperatur ägnar den första kvarten åt att värma upp sig själv — och den betalar man för vid en laddstolpe som debiterar efter tid.

Effekt är spänning gånger ström. Den som vill överföra mycket effekt kan höja strömmen eller spänningen. Ström är den dyra varianten: förlusterna i kabel, kontakt och cellförbindare växer med kvadraten på strömmen, och samma värme måste sedan föras bort igen. Därför är laddkablar för höga strömmar vätskekylda och ändå tunga.

En fordonsarkitektur med omkring 800 volt i stället för omkring 400 volt överför samma effekt med halva strömmen och en fjärdedel av de ohmska förlusterna. Det är den egentliga orsaken till de höga laddeffekterna hos vissa nyare bilar — inte bättre celler utan en högre spänningsnivå. Bieffekten: laddstolpen måste också kunna leverera spänningen, och äldre laddstolpar kan inte alltid det.

På andra sidan står laddstolpen med sin egen strömgräns. Många snabbladdstolpar begränsar vid några hundra ampere. En bil med 400-voltsarkitektur är vid den gränsen på max vid en viss effekt, oavsett vad batteriet skulle klara. Den som vill ladda sin bil med högsta möjliga effekt behöver alltså en laddstolpe som passar spänningsnivån — uppgiften står på laddstolpen.

Två laddpunkter i ett hölje delar ofta en effektdel. Står en andra bil där får var och en hälften, eller så får den först anslutna företräde och den andra resten. Vilken regel som gäller står sällan på enheten; det märks på att effekten rasar så fort grannplatsen blir upptagen.

Den andra punkten är platsens nätanslutning. En laddpark med många punkter har sällan anslutningseffekt för att betjäna alla samtidigt med full effekt. Vissa platser buffrar med ett stationärt batteri, många fördelar helt enkelt. På en full rastplats vid semesterstart är bilens kurva inte det som avgör.

Och slutligen kabeln: en okyld kabel begränsar strömmen till vad den tål termiskt. I samma hölje kan därför en kyld kabel leverera mer än den bredvid. Den som har valet tar den tjockare, kortare, kylda.

Det mest användbara nyckeltalet i vardagen är inte toppeffekten utan energin som går in i batteriet under en bestämd tid. Tjugo minuter är en realistisk paus; hur många kilowattimmar som hinner in under de tjugo minuterna avgör restiden. Det här talet sammanfattar allt: topp, avtrappning, temperatur och spänningsnivå.

Vanligt är också att ange tiden från tio till åttio procent. Den är bättre än toppeffekten men har en hake: den belönar små batterier. Ett litet paket är snabbare vid åttio procent och har sedan ändå mindre energi ombord. Den som jämför två bilar räknar därför bättre i kilowattimmar per tid eller direkt i laddade kilometer per tid.

Av avtrappningen följer en regel som ger mest tidsvinst på långa sträckor: två korta stopp slår ett långt. Kurvan är brantast i det nedre området, så man laddar där det går snabbt och kör vidare innan effekten rasar. Från tio till sextio procent två gånger tar betydligt kortare tid än från tio till nittio en gång — med samma mängd tillförd energi.

Undantaget är sista etappen. Om det efter stoppet inte kommer någon laddstolpe mer laddar man så långt som behövs och accepterar de långsamma procenten. Och det andra undantaget är vintern: där kostar det extra stoppet en ny avkylning av batteriet om sträckan däremellan är kort.

Den som vill planera det behöver ingen app utan två tal: bilens kurva i grova drag och förbrukningen vid den hastighet man kör. Allt annat följer av det.

För en bil som mestadels laddas hemma är laddkurvan nästan betydelselös. För en bil som regelbundet kör långa sträckor är den viktigare än räckvidden. De här punkterna klargör du före provkörningen:

Svaren står sällan i annonsen men går att ta reda på: de tre första ur databladet för årsmodellen, den fjärde ur publicerade mätningar, den femte ur batteriprotokollet för den aktuella bilen.