Älykäs lataus ja verkkointegraatio

Älykäs lataus koordinoi sähköautojen latausajankohtaa ja -nopeutta, jotta kuljettajan tarpeet, latauspaikan kapasiteetti, sähkökustannukset ja verkko-olosuhteet voidaan huomioida yhdessä. Verkkointegraatio laajentaa ohjauksen yhtä laturia laajemmaksi yhdistämällä ajoneuvot, latauslaitteet, rakennukset, operaattorit ja energiajärjestelmän toimijat määriteltyjen tieto- ja ohjausrajojen kautta.

Ohjausta, ei vain verkkoyhteyttä

Laturi ei ole älykäs vain siksi, että siinä on sovellus, Wi-Fi tai käyttöhistoria. Älykäs lataus muuttaa latausaikataulua tai tehorajaa tavoitteen perusteella ja varmistaa samalla, että ajoneuvo on valmis tarvittavana lähtöaikana.

Tavoite voi olla paikallinen tai ulkoinen. Koti voi siirtää latauksen edullisen tariffin alkuun. Työpaikka voi jakaa kiinteän sähköbudjetin pysäköityjen autojen kesken. Varikko voi priorisoida aikaisin lähteviä ajoneuvoja. Paikkaohjain voi vähentää sähköautojen kulutusta rakennuksen kuorman kasvaessa, kun taas aggregaattori tai energiayhtiön ohjelma voi pyytää muutoksia laajempien verkko-olosuhteiden perusteella.

Toiminnot tarvitsevat eri määrän tietoa. Yksinkertainen aikataulu saattaa tarvita vain kellon ja käyttäjäasetuksen. Kehittyneempi ohjaus voi käyttää ajoneuvon varaustasoa, tarvittavaa energiaa, lähtöaikaa, latauspaikan kulutusta, paikallista tuotantoa, sähkön hintoja tai verkkopalvelupyyntöä. Näiden tietojen saatavuus riippuu ajoneuvosta, EVSE:stä, asennuksesta, taustajärjestelmästä ja markkinasta.

Ohjattu yksisuuntainen lataus

Ohjattu yksisuuntainen lataus, jota kutsutaan usein V1G:ksi, pitää sähkön virtaamassa vain ajoneuvoon ja ohjaa samalla ajankohtaa tai nopeutta. Yleisiä muotoja ovat:

Ajastettu lataus, joka käyttää ennalta määritettyjä käynnistys-, pysäytys- tai sallittuja latausjaksoja
Tariffioptimointi, joka siirtää energiaa edullisempiin ajanjaksoihin
Aurinkosähköylijäämällä lataaminen, joka seuraa paikallista tuotantoa ajoneuvon käyttökelpoisten latausrajojen sisällä
Kuormantasaus, joka pitää yhteenlasketun latauskysynnän määritellyn kapasiteetin sisällä
Ajoneuvokannan latauksenhallinta, joka jakaa energiaa reittien, viipymäaikojen ja lähtöprioriteettien mukaan
Kysyntäjousto, joka muuttaa latausta energiajärjestelmän pyynnön tai kannustimen perusteella

Muodot liittyvät toisiinsa, mutta eivät ole keskenään vaihdettavia. Ajastin ei mittaa latauspaikan kuormaa. Katon aurinkosähköä seuraava seinälaturi ei välttämättä osallistu energiayhtiön ohjelmaan. Ajoneuvokantajärjestelmä voi optimoida ajoneuvojen valmiuden saamatta ajankohtaista verkkosignaalia.

Ohjain tarvitsee myös palvelusäännön. Kaikkien ajoneuvojen tehon pienentäminen tasan on helppoa, mutta se voi jättää aikaisin lähtevän auton ilman riittävää energiaa. Kehittyneemmät järjestelmät voivat turvata vähimmäisenergiatavoitteet, priorisoida toiminnan kannalta kriittisiä ajoneuvoja tai ottaa siirretyn latauksen kiinni rajoituksen päätyttyä.

Latauspaikan kapasiteetti ja kuorman jako

Lataustehoa rajoittaa muukin kuin EVSE:n nimellisteho. Rakennusliitäntä, ryhmäjohdot, vaihejärjestely, ajoneuvojen sisäiset laturit, liitinrajat ja muut sähkökuormat voivat kaikki asettaa alemman rajan.

Kiinteä tehonjakojärjestelmä jakaa määritetyn sähköautojen latausbudjetin aktiivisten liittimien kesken. Dynaaminen kuormanhallinta menee pidemmälle: Se mittaa tai arvioi latauspaikan muuttuvaa muuta kuin sähköautokulutusta ja säätää latausbudjettia niin, että kokonaisuus pysyy rajan sisällä. Ajoneuvojen välinen jako voi tällöin olla tasainen, prioriteettiperusteinen tai energia- ja lähtövaatimusten mukaan optimoitu.

Todellisissa asennuksissa on myös vähimmäisvirtaan, vaiheisiin ja vasteaikaan liittyviä rajoitteita. Jotkin ajoneuvot lopettavat latauksen käyttökelpoista virtaa pienemmällä virralla. Yksi- ja kolmivaiheisen käytön välinen vaihto ei välttämättä ole saumatonta. Mittaus- ja ohjausviiveet vaativat turvamarginaalin, ja viestinnän katkeaminen edellyttää määriteltyä vararajaa hallitsemattoman enimmäisteholle palaamisen sijaan.

Kuluttajapuolen asennus, virtapiirien mitoitus ja päivittäinen energiasuunnittelu käsitellään artikkelissa Home EV Charging.

Paikkaohjaimesta sähköverkkoon

Verkkointegraatio ei tarkoita, että energiayhtiö ohjaisi jokaista autoa suoraan. Pyyntö voi kulkea sähkönmyyjän, latausoperaattorin, aggregaattorin, ajoneuvokanta-alustan, rakennuksen energianhallintajärjestelmän tai latausasemien hallintajärjestelmän kautta ennen kuin siitä tulee EVSE:n raja tai aikataulu.

Verkkoon päin suuntautuvan tavoitteen tarkoitus voi olla paikallisen kapasiteettirajan välttäminen, samanaikaisen huipun pienentäminen, muuttuviin hintoihin reagointi, uusiutuvan tuotannon käyttö tai sovitun joustopalvelun tarjoaminen. Osallistumissäännöt, korvaus, telemetria, perustasot ja ohitusoikeudet vaihtelevat ohjelmittain. Teknisesti ohjattava laturi ei siksi automaattisesti kelpaa verkkopalveluun.

Kuljettajan liikkumistarve pysyy tärkeimpänä rajoitteena. Hyödyllinen ohjaus tarvitsee lähtötavoitteen, varauksen tai vähimmäisenergiavaatimuksen sekä selkeän tavan jättäytyä pois tai pyytää välitöntä latausta. Järjestelmä, joka minimoi päivän sähkökustannukset mutta jättää ajoneuvon valmistautumatta, on epäonnistunut perustehtävässään.

Mihin protokollat sijoittuvat?

Yksikään protokolla ei kata koko ketjua.

ISO 15118 määrittelee ajoneuvon ja yhteensopivan EVSE:n välisen viestinnän, mukaan lukien latausohjauksessa käytettävät tiedot ja ISO 15118-20:ssa kaksisuuntaisen tehonsiirron.
OCPP yhdistää latausaseman latausasemien hallintajärjestelmään. Tuetut versiot voivat välittää latausprofiileja, rajoja, aikatauluja ja muita käyttötoimintoja.
IEC 63110 määrittelee sähköautojen lataus- ja purkuinfrastruktuurin hallinnan käyttötapaukset ja arkkitehtuurin sähköisen liikenteen ja sähköjärjestelmän toimijoiden välillä.
Markkinasäännöt, tariffit, energiayhtiörajapinnat, mittausvaatimukset ja kansalliset sähkömääräykset täydentävät käyttörajan.

Standardit tukevat yhteisiä viestejä ja rajapintoja, mutta eivät osoita päästä päähän -yhteentoimivuutta. Valinnaisten protokollatoimintojen, ajoneuvotietojen saatavuuden, ohjelmistoversioiden, varmennejärjestelmien, taustajärjestelmätoteutusten ja paikallisten ohjelmasääntöjen on edelleen sovittava yhteen.

Raja kaksisuuntaiseen lataukseen

Älykäs lataus ei vaadi tehon vientiä. V1G voi tarjota joustoa siirtämällä tai pienentämällä kysyntää sähkön virratessa edelleen vain akkuun.

Kaksisuuntainen lataus lisää mahdollisuuden kääntää tehon virtaussuunta. Se tuo muunnokseen, verkkoliitäntään, suojaukseen, lupiin ja käyttötapaukseen liittyviä kysymyksiä, joita tavallinen ohjattu lataus ei vaadi. Vehicle-to-load, vehicle-to-home, vehicle-to-building ja vehicle-to-grid käsitellään artikkelissa Bidirectional EV Charging.

Järjestelmä voi siksi olla älykäs mutta yksisuuntainen, kaksisuuntainen mutta rajoitettu paikalliseen varavoimaan tai sekä älykäs että verkon kanssa vuorovaikutteinen. Tuotekuvausten pitäisi nimetä tarkka tuettu toiminto sen sijaan, että termejä ”älykäs”, ”V2X-valmis” tai ”verkkovalmis” käytettäisiin ikään kuin ne takaisivat koko järjestelmän.

Mitä operaattorin tai ostajan pitäisi tarkistaa?

Hyödyllinen erittely on koko ohjausketju, ei yksi logo. Tarkista:

Mitä tavoitetta tuetaan: ajastin, tariffi, aurinkosähkö, latauspaikan kapasiteetti, ajoneuvokannan valmius, kysyntäjousto vai verkkopalvelu
Missä ohjaus toimii ja jatkuuko välttämätön lataus ilman toimittajan pilveä tai internetyhteyttä
Mitkä ajoneuvotiedot ovat saatavilla ja noudatetaanko lähtö- ja vähimmäisenergiatavoitteita
Koskevatko rajat yhtä tapahtumaa, yhtä EVSE:tä, latausasemaa vai koko latauspaikkaa
Miten prioriteetteja, vaiherajoja, vähimmäisvirtaa ja viestintävikaa käsitellään
Mitkä protokollaversiot ja valinnaiset profiilit on toteutettu ja varmennettu
Kuka voi muuttaa aikataulua, miten kuljettaja ohittaa sen ja mitä tietoja säilytetään
Hyväksyykö paikallinen energiayhtiö, tariffi tai jousto-ohjelma laitteiston ja mittausjärjestelyn

Koko tehonsiirtoketju sähkönsyötöstä akkuun käsitellään artikkelissa EV Charging: The Complete System.