Ionity ja 350 kilowatin CCS-suurteholataus luo kokonaan uuden luokan premium-sähköautoiluun

Ionity -lataus ja Hyundai Kona

Ionity on Münchenissä päämajaansa pitävä lataustoimija, joka rakentaa Eurooppaan supertehokasta sähköautojen latausverkkoa. Sen ensimmäiset latausasemat Suomessa ovat nyt auki. Suomessa Ionity-verkkoa rakentaa Kesko. 

Saksalaiset autonvalmistajat Volkswagen, BMW ja Daimler perustivat yhdessä Fordin kanssa Ionityn 2017. Porsche Mission E:n eli nykyisen Porsche Taycanin konsepti oli esitelty paria vuotta aiemmin ja yksi sen hätkähdyttävistä ominaisuuksista oli 350 kilowatin latausteho. Ionity oli vastaus tähän lupaukseen, tarjoten näitä ennenkuulumattomia tehoja. Tuolloin Teslat latasivat parhaimmillaan reilulla 100 kilowatilla ja muut autot tyypillisesti vain 40 kW tehoilla. 

Ionity-verkostossa on selvästi otettu mallia Teslasta. Laatikkomallisen avolava-automuotoilun ja erikoisten ovenkahvojen yhteydessä unohtuu helposti, että autovalmistajan yksi keskeisimpiä kilpailuvaltteja ei kulje neljällä pyörällä, vaan on kiinteästi asennettu teiden varteen: Supercharger-pikalatausverkko.

Hämeenlinnan Tiiriön latausasemalla on kaksi Ionity-tolppaa käytössä. Tilaa on tuoda vielä neljä lisää, perustukset on rakennettu valmiiksi niin latauslaitteille kuin lataustolpillekin.
Teslan Supercharger-asema on arkkitehtuuriltaan yhtenevä Ionityn kanssa: Suuri muuntamo, latauslaitteet omissa kaapeissaan ja rivistö lataustolppia.

Teslan Supercharger oli aikanaan vallankumouksellinen. Latauslaitteet ovat aina samanlaisia, ilmaisia käyttäjälle, niitä käytetään aina samalla tavalla ja yhdellä latausasemalla on useita latureita. Käytännössä aina vapaa, toimiva laturi siis löytyy, mikä tuo melkoisesti mielenrauhaa tien päälle. Ja lataustehot ovat markkinoiden parhaimmistoa. 

Ionity tekee monet asiat samalla tavalla. Lataustolppia on vähintään kaksi, tyypillisesti neljä per latausasema ja lataustolpat noudattavat samaa muotoilua Euroopan laajuisesti. 

Tosin pieniä poikkeuksia löytyy: esimerkiksi ensimmäiset lataustolpat kesällä 2018 olivat ABB:n omia standardituotteita, Ionityn tunnistettava muotoilu tuli vasta myöhemmin käyttöön. Siinä missä Teslalla yksi latauslaite syöttää tehoa kahteen latauspömpeliin joille teho jaetaan, Ionityllä jokainen lataustolppa saa oman 350 kilowatin tehonsyötön. 

Ionityn latauslaitteilla maksetaan joko Ionityn omalla mobiilisovelluksella, autovalmistajan tarjoamalla latauspalvelulla tai jonkin roaming-toimijan lataussovelluksella tai RFID-tunnisteella. Esimerkiksi Liikennevirran tunnisteet kelpaavat Ionityn laitteille. Suomessa lataus on oli aluksi ilmaista, mutta maksuttomuuden aika on juuri nyt päättymässä. Jatkossa yhden latauskerran hinta on kahdeksan euroa, riippumatta siirretystä energiamäärästä.

RFID-tunnisteista eroon pääsy häämöttää lähitulevaisuudesta, kun latauslaite alkaa keskustelemaan suoraan latauskaapelin välityksellä myös tunnistautumis- ja maksuasioita. Ionity kertoi joulukuussa että Plug & Charge -nimellä markkinoitava ominaisuus on tulossa käyttöön vuoden 2020 aikana. 

Kirjoitin Plug & Charge -tekniikasta tarkemmin jo 2017

400 volttia on tuttu ja turvallinen

Suuri osa markkinoilla olevista autoista ei kuitenkaan hyödy Ionityn hurjista lataustehoista. Porsche Taycan pois lukien kaikki markkinoilla olevat sähköautot käyttävät 400 voltin sähköjärjestelmää, joka jakautuu edelleen kahteen standardiin. Niistä vanhemmassa auto ottaa enintään 125 ampeerin (joskus 200 ampeerin) latausvirralla tehoa noin 40-50 kilowattia. Tämä on muutaman vuoden takaisten Volkswagen e-Golfien, BMW i3:sten ja Nissan Leafien latausteho. Tällä teholla pieni 20-40 kWh akusto latautuu tyhjästä täyteen tavallisesti noin tunnissa.

Uudemmat auto, kuten Hyundai Kona, ottavat samalla jännitteellä enemmän virtaa vastaan. Niiden latausteho onkin parhaimmillaan noin 70 kW.

Tekniikka kuitenkin kehittyy. Uusimmat laitteet, muun muassa Ionity, mahdollistavat jopa 500 ampeerin latausvirran. Juuri tällä uudemmalla CCS-latauksella toimivat Audi e-tron, Jaguar i-PACE ja Mercedes-Benz EQC. Ne ottavat lataustehoa parhaimmillaan 100-150 kW, mikä riittää antamaan isoakkuiselle autolle satakunta kilometriä ajokantamaa noin 10-15 minuutissa. Tesla Model 3 lähestyy parhaimmillaan 200 kilowatin latauksia (400 volttia, 500 ampeeria).

Käytännössä lataustehon nostossa virran, siis ampeerien määrän noston tie on kuljettu loppuun. Jo nyt kaapelit ovat paksuja ja vaativat nestejäähdytystä. On aika nostaa virran lisäksi jännitettä, joka ei vaadi paksumpia kaapeleita. Päinvastoin.

800 volttia avaa uusia uria 

Uuden 350 kilowatin latauksen kulmakivenä on 800 voltin teknologia, jota siis sekä auton että latauslaitteen täytyy käyttää. Akuston, kaapeloinnin ja kaiken tehoelektroniikan jännitteen tuplaaminen oli yksi keskeisimmistä saavutuksista, mitä Volkswagenin tuotekehitys onnistui Taycanissa toteuttamaan. 

Siirrettävän tehon pysyessä vakiona jännitteen tuplaus puolittaa virran. Tämä johtaa järjestelmän hukkalämmön putoamisen yhteen neljäsosaan, mikä vähentää jäähdytyksen tarvetta. Näin moottoreista voidaan ottaa enemmän tehoa irti. Vaihtoehtoisesti johtimien poikkipinta-ala voidaan pienentää puoleen, tehohäviöiden pysyessä vakiona, mikä keventää auton kaapelointia ja siten parantaa sen ajo-ominaisuuksia.

Suurempi jännite siis paitsi nopeuttaa lataamista, mahdollistaa myös urheilullisemmat autot. Ei ole sattumaa, että Volkswagen kehitti tuplajännitetekniikan juuri Porschen brändin alle. Ja selvää on sekin, että muut Ionity-verkoston tehtaat kehittävät parhaimmillaan omaa 800 voltin tekniikkaa omiin autoihinsa. Ionityn uusin jäsen, korealainen Hyundai esitteli oman 800 voltin Veloster N ECTR -autonsa Frankfurtin messuilla syksyllä 2019. BMW:n, Mersun ja Fordin ulostuloja odotellaan vielä.

Ionity-latausverkosto kartalla Ionityn omalla www-sivulla.

Kilovolttia lähestyvät latausjännitteet ovat siis avain supernopeaan 350 kilowatin lataustehoon. Tällä hetkellä Porsche Taycan lataa parhaimmillaan noin 260 kilowatin teholla, joten tilaa parantamiselle on vielä. Tällä teholla ladataan sadan kilometrin ajokantama noin viidessä minuutissa Porschen akustoon.

Ionityn käyttämät lataustolpat on rakennettu antamaan 900 voltin jännitettä 500 ampeerin virralla. Tämä tarkoittaa 450 kilowatin lataustehoa, mitä mm. Volkswagen ja BMW ovat jo demostroineet. Muutaman vuoden kuluessa Ionity todennäköisesti nostaa nimellisen tehonsa tähän lukemaan, kunhan jokin konsortion jäsen ensin esittelee auton joka pystyy näitä tehoja ottamaan vastaan.

Tehon nosto vaatii edistysaskelia erityisesti akkutekniikassa. Laskennallisesti sadan kilowattitunnin akun lataaminen melkein täyteen kestäisi vain kymmenen minuuttia tällaisella hirmulatauksella. Sadan kilometrin ajomatka työnnettäisiin akkuun alle kolmessa minuutissa.

Suomessa 800 voltin tekniikkaa kehitetään myös isompiin mutta hitaampiin autoihin, nimittäin Linkkerin sähköbusseihin. Näitä kurvailee Helsinginkin kaduilla. Linkkerin teknologiajohtaja Sami Ruotsalainen totesikin aiemmassa haastattelussa, että 800 voltin teknologia ei enää nykyisin ole poikkeuksellisen vaativaa, komponentteja ja tehoelektroniikkaa on hyvin saatavilla. 

Entä Tesla Supercharger V3?

Myös Tesla kehittää omia lataustekniikoitaan. Tesla on valinnut hieman toisenlaisen lähestymisen nimellä Supercharger V3 kulkevaan uusimpaan pikalataustekniikkaansa. Cleantechnica -blogi arvioi, että Tesla on päätynyt nostamaan latauksen virtaa jopa 800 ampeeriin, millä voidaan saavuttaa hetkellisesti noin 250 kilowatin lataustehot. 

Näin suuret virrat johtavat väistämättä melkoiseen hukkalämpöön lataustapahtumassa, mikä joko nostaa jäähdytyksen vaatimuksia, pakottaa käyttämään raskaampia johtimia tai lyhentää huipputehoista latausta. Tesla Model 3:lla onkin saavutettu huippunopeaa latausta vain hetkellisesti, ennen kuin tehot lähtevät laskuun.

Teslan ratkaisu on ymmärrettävä, koska sillä on jo nyt satoja tuhansia 400 voltin autoja tien päällä. Jännitteen nosto latauspäässä ei hyödyttäisi olemassaolevaa autokantaa. Virran nostolla sen sijaan voidaan jossain määrin parantaa kaikkien Teslojen lataustehoa. Model S:n lataustehoja onkin nostettu 150 kilowattiin.

Saksalaisten valmistajien, Fordin ja Hyundain 800 voltin tekniikka on siis kalliimpaa ja vaikeampaa, mutta mahdollistaa kehityskaaren kohti puolen megawatin tehoja.

Hitaat, nopeat ja supernopeat lataukset

Erilaiset lataustehot jakavat autot vastaisuudessa kolmeen kastiin. Edullisimmat, vanhimman standardin autot lataavat jatkossakin 50 kilowatin latausteholla. Esimerkiksi Volkswagenin ID.3 -auton edullisimmat painokset toimivat näin. Autot ajavat suunnilleen yhtä urheilullisesti kuin kalliimmat versionsa, mutta niiden pikalataus tien päällä on hitaampaa.

Maksamalla hieman lisää saa jatkossa 100-150 kW lataukseen kykenevän keskiluokkaisen auton. Tämä vaatii autolta muun muassa parempaa akuston ja lämmön hallintaa, mutta auton käyttöjännite ja arkkitehtuurin perusratkaisut ovat edelleen 400 volttisia. 

Pikalataustoimijat alkavat vähitellen nostamaan tehojaan tälle autoluokalle, joka tulee jatkossa olemaan hallitseva. Vaikka laturit ovat kalliimpia, palvelee yksi laturi suurempaa määrää autoja aikayksikköä kohti, mikä nostaa laturin liikevaihtoa.

Premium-luokkaan pääsee 800 voltin tekniikalla. Auto on pitänyt suunnitella toimimaan tuplajännitteellä, mutta vastineeksi auton suorituskyky ja pikalatausnopeus ovat omaa luokkaansa. Autojen hinta tulee muutaman vuoden ajan olemaan kova, mutta vähitellen korkeimmat jännitteet laskeutuvat tavallisen sukankuluttajan saataville.

Huipputehokkaita latausasemia tulee jatkossakin olemaan vähemmän kuin 150 kilowatin asemia, mutta Ionityn 400 asemaa Eurooppassa muodostaa rungon jonka avulla pitkän matkan ajaminen onnistuu kohtuullisen helposti. Lisäksi esimerkiksi hollantilainen Fastned on jo ilmoittanut olevansa valmis nostamaan latausasemiensa tehoja 350 kilowattiin.

Lataustehojen kehitys on ollut huimaa viime vuosina. Siinä missä akustojen kapasiteetti on kasvanut ehkä 2-4 kertaiseksi, osoittaa latausteho 7-10 kertaista kasvua. Tämä jos mikä on autoilijalle hyvä asia. Lataustehosta tullee jatkossa samanlainen auton arvon ja laadun mittari kuin mikä akkukapasiteetti on nyt.

Teksti ja kuvat: Tuomas Sauliala

Jos aihe kiinnostaa, kannattaa tsekata myös tämä Fastnedin mainio artikkeli pikalatauksesta.

3 Comments

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *