DC-snelladen: hoe elektrische auto's binnen minuten stroom bijtanken
Wie met een elektrische auto langs de snelweg stopt en binnen twintig tot veertig minuten weer honderden kilometers actieradius heeft bijgeladen, maakt gebruik van DC-snelladen. Het is de techniek die ervoor zorgt dat het opladen van een accu niet uren duurt, zoals thuis aan een stopcontact, maar aanvoelt als een relatief korte stop onderweg.
Een handige vergelijking is die met het vullen van een emmer water. Met een tuinslang duurt het vullen lang, omdat er maar een beperkte hoeveelheid water per seconde doorheen kan. Sluit je een brandweerslang aan, dan is de emmer in een fractie van de tijd vol — zolang de emmer die druk aankan zonder te barsten. DC-snelladers zijn in deze vergelijking de brandweerslang: ze duwen in korte tijd veel energie de accu in, mits de auto dat vermogen aankan.
Wat is het precies?
Elektriciteit komt in twee smaken: wisselstroom (AC, van het Engelse alternating current) en gelijkstroom (DC, direct current). Het lichtnet thuis levert wisselstroom, maar een accu kan alleen gelijkstroom opslaan. Bij gewoon thuisladen zit er daarom een omvormer in de auto zelf, de onboard charger, die de wisselstroom omzet in gelijkstroom. Die inbouwomvormer is om gewicht- en kostenredenen relatief klein, wat het laadvermogen thuis beperkt tot doorgaans enkele kilowatt (kW, een maat voor het vermogen dat op enig moment wordt overgedragen) tot ruim tien kW.
Bij DC-snelladen zit die grote, zware omvormer niet in de auto, maar in de laadpaal zelf. De laadpaal levert dus al gelijkstroom, die rechtstreeks de accu in kan zonder nog omgezet te hoeven worden. Omdat een laadpaal veel groter en zwaarder mag zijn dan de omvormer in een auto, kan er veel meer vermogen worden geleverd — van enkele tientallen tot enkele honderden kW, afhankelijk van het type laadpaal en de auto.
Tijdens het laden verandert het opgenomen vermogen voortdurend; dit heet de laadcurve. Bij een lege accu kan meestal het hoogste vermogen worden opgenomen, maar naarmate de accu voller raakt, bouwt het batterijmanagementsysteem het vermogen af om schade en oververhitting te voorkomen. Daarom laadt een accu van 10 naar 50 procent doorgaans veel sneller dan van 80 naar 100 procent, en wordt in de praktijk vaak geadviseerd om onderweg tot ongeveer 80 procent te laden voordat je weer verder rijdt.
Een technische ontwikkeling die hierbij helpt, is de 800V-architectuur. Het elektrisch vermogen dat een kabel kan overbrengen is een product van spanning (volt) en stroomsterkte (ampère). Door de spanning in het elektrische systeem van de auto te verdubbelen, van de gangbare 400 volt naar 800 volt, is voor hetzelfde vermogen nog maar de helft van de stroomsterkte nodig. Minder stroomsterkte betekent minder warmteontwikkeling in kabels en connectoren, waardoor dunnere, lichtere kabels volstaan en er sneller geladen kan worden zonder ooververhitting. Temperatuur is sowieso een beperkende factor: zowel een te koude als een te hete accu remt het laadvermogen af, en ook de laadkabel zelf kan bij hoge vermogens warm worden, wat in sommige gevallen wordt opgevangen met een vloeistofgekoelde kabel.
In Europa is CCS (Combined Charging System) de dominante stekkerstandaard voor DC-snelladen; vrijwel alle nieuwe elektrische auto's op de Europese markt gebruiken deze aansluiting. De Japanse standaard CHAdeMO, vooral bekend van oudere Nissan- en Mitsubishi-modellen, wordt in Europa geleidelijk uitgefaseerd doordat fabrikanten overstappen op CCS.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel van DC-snelladen is simpel: het opladen van een elektrische auto zoveel mogelijk laten aanvoelen als een tankbeurt bij een traditioneel benzinestation. Bij AC-laden duurt het volladen van een accu al snel een hele nacht; met DC-snelladen kan een groot deel van die actieradius in de tijd van een koffiepauze worden teruggewonnen.
Daarmee wordt geprobeerd wat in de sector range anxiety heet weg te nemen: de vrees om onderweg zonder stroom te komen zitten, ver van een laadpunt. Snelladen langs snelwegen en op knooppunten moet elektrisch rijden praktisch maken voor lange ritten, niet alleen voor het dagelijkse woon-werkverkeer waarbij thuis of op het werk rustig kan worden bijgeladen.
Daarnaast is snelladen belangrijk voor mensen zonder eigen oprit of laadpaal, zoals veel bewoners van appartementen in binnensteden. Voor hen is publiek snelladen soms de enige praktische manier om regelmatig bij te laden. Bredere doelstelling achter dit alles is het wegnemen van drempels voor de overstap naar elektrisch vervoer, wat weer samenhangt met klimaatbeleid en de geleidelijke uitfasering van auto's op fossiele brandstof.
Voorbeelden uit de praktijk
Tesla Supercharger-netwerk (vanaf 2012): Tesla was een van de eerste fabrikanten die een eigen, wereldwijd netwerk van snelladers langs snelwegen uitrolde, specifiek afgestemd op de eigen auto's. Opeenvolgende generaties Superchargers zijn in de loop der jaren sneller geworden, en het netwerk is de afgelopen jaren in delen van Europa en de Verenigde Staten opengesteld voor auto's van andere merken.
Ionity (opgericht 2017): een Europees snellaadnetwerk langs snelwegen, opgezet als samenwerking tussen een aantal grote Duitse en internationale autofabrikanten. Ionity richt zich specifiek op hoge laadvermogens, geschikt voor de snelste laadbare auto's op de markt.
Fastned (opgericht 2012, Nederland): een van Nederlandse bodem afkomstig, beursgenoteerd bedrijf dat snellaadstations exploiteert langs Nederlandse en steeds meer ook andere Europese snelwegen, herkenbaar aan de gele zonnepaneel-luifels boven de laadpleinen.
Porsche Taycan (marktintroductie 2019): een van de eerste in serie geproduceerde personenauto's met een 800V-architectuur, specifiek ontworpen om hoge DC-laadvermogens te kunnen benutten en zo laadtijden te verkorten.
Hyundai/Kia E-GMP-platform (Ioniq 5, EV6 en verwante modellen, vanaf 2021): ook gebaseerd op 800V-techniek, waarmee deze in verhouding betaalbare modellen laadprestaties benaderden die eerder alleen bij dure sportwagens te vinden waren.
Hoe ver is de techniek?
In ruwweg tien tot vijftien jaar zijn laadvermogens van DC-snelladers en auto's flink toegenomen: van eerste generaties met enkele tientallen kW naar topmodellen die volgens fabrikantopgave enkele honderden kW kunnen opnemen. Toch zijn er reële obstakels die het beeld nuanceren.
Ten eerste is er de laadcurve: het piekvermogen dat in reclame-uitingen wordt genoemd, is meestal maar gedurende een klein deel van de laadsessie haalbaar. Zodra de accu voller raakt, bouwt het systeem het vermogen af, waardoor de gemiddelde laadsnelheid over een hele sessie een stuk lager ligt dan het opgegeven maximum.
Ten tweede vertraagt kou het laadproces aanzienlijk. Bij lage buitentemperaturen moet een accu eerst worden voorverwarmd om efficiënt te kunnen laden; gebeurt dat niet of onvoldoende, dan kan het laden in de winter merkbaar langer duren dan in de zomer.
Ten derde is het laadvermogen niet alleen afhankelijk van de laadpaal, maar minstens zo veel van het batterij- en laadsysteem van de auto zelf. Een auto die maximaal honderd kW kan opnemen, laadt niet sneller aan een paal van vierhonderd kW dan aan een paal van honderd kW.
Ten vierde kost de uitrol van laadinfrastructuur tijd en aanzienlijke investeringen, en loopt deze in sommige regio's tegen netcongestie aan: het lokale elektriciteitsnet heeft niet overal voldoende capaciteit om nieuwe, zware laadstations aan te sluiten zonder verzwaring van kabels en transformatoren, wat wachttijden voor nieuwe aansluitingen kan veroorzaken.
Ten vijfde loopt er discussie over het effect van veelvuldig snelladen op de levensduur van een accu. Snelladen brengt de accu sneller op hogere temperaturen en belast de chemie zwaarder dan langzaam laden, wat in theorie tot snellere veroudering (degradatie) kan leiden. Recentere studies en praktijkdata suggereren dat dit effect bij moderne batterijmanagementsystemen kleiner is dan aanvankelijk gevreesd, maar dit is een onderwerp waarop nog altijd onderzoek wordt gedaan en waarover geen volledige consensus bestaat.
Aan de horizon van het onderzoek staan nieuwe batterijchemieën die nog snellere laadtijden beloven, zoals accu's met silicium-anodes of vaste-stofbatterijen. Verschillende bedrijven claimen laadtijden van enkele minuten voor een substantieel deel van de accu-inhoud. Dergelijke claims zijn vooralsnog vooral gebaseerd op laboratoriumtests en kleinschalige demonstraties; op grote schaal in productieauto's zijn deze technologieën nog niet doorgebroken.
Wie werken eraan?
Aan de voertuigkant zijn het vooral gevestigde autofabrikanten die de laadtechniek doorontwikkelen: Tesla met zijn eigen laadecosysteem, de Volkswagen-groep (waaronder Porsche) met vroege 800V-modellen, en Hyundai/Kia met het E-GMP-platform.
Aan de infrastructuurkant zijn gespecialiseerde laadnetwerkbedrijven actief. Ionity is een samenwerkingsverband van meerdere autofabrikanten specifiek gericht op snelladen langs Europese snelwegen. Fastned is een Nederlands, beursgenoteerd bedrijf dat zich eveneens richt op snelladen langs snelwegen. Tesla exploiteert daarnaast zijn eigen Supercharger-netwerk, dat in delen van Europa inmiddels ook toegankelijk is voor auto's van andere merken.
Standaardisatie wordt begeleid door organisaties als CharIN (Charging Interface Initiative), die de CCS-standaard beheert en zich inzet voor interoperabiliteit tussen auto's en laadpalen van verschillende fabrikanten. In Nederland speelt de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) een rol bij het stimuleren en coördineren van de uitrol van laadinfrastructuur, onder meer met subsidies en beleidsadvies namens de Nederlandse overheid.
Aan de meer experimentele randen van het veld werken batterijtechnologiebedrijven zoals StoreDot en QuantumScape aan nieuwe accuchemieën die specifiek gericht zijn op extreem snel laden. Hun technologie bevindt zich vooralsnog vooral in de onderzoeks- en demonstratiefase, en het is nog niet zeker welke van deze benaderingen op grote schaal in productieauto's terecht zullen komen.