Toveis elbillading

Toveislading gjør at en elbil kan levere elektrisk energi i tillegg til å ta den imot. Den nyttige funksjonen avhenger av hvor energien skal: til en flyttbar last, et annet kjøretøy, en isolert bygning eller det offentlige strømnettet.

Navnene definerer ulike systemer

«V2X» er et samlebegrep. De vanlige bruksområdene er ikke utskiftbare:

V2L — vehicle to load: Kjøretøyet forsyner apparater eller verktøy gjennom en innebygd stikkontakt eller adapter.
V2V — vehicle to vehicle: Ett kjøretøy leverer energi til et annet, vanligvis med begrenset effekt.
V2H — vehicle to home: Kjøretøyet forsyner en bolig, normalt gjennom utstyr for overføring og isolasjon.
V2B — vehicle to building: Kjøretøyet støtter et større anlegg eller utvalgte kurser i en bygning.
V2G — vehicle to grid: Kjøretøyet eksporterer mens det er synkronisert med det offentlige nettet og underlagt styring fra nettselskap og marked.
V1G eller styrt lading: Effekten flyter fortsatt bare inn i kjøretøyet, men tidspunktet eller hastigheten styres for å støtte anlegget eller nettet.

V2L trenger kanskje ingen fast installasjon utover kjøretøyets godkjente uttak. V2H og V2B krever sikker integrasjon med bygningen. V2G krever i tillegg nettilkobling, tillatelse, telemetri og en levedyktig tjeneste eller tariff.

To hovedarkitekturer for omforming

Fremdriftsbatteriet lagrer likestrømsenergi. Eksportert effekt kan omformes i kjøretøyet eller utenfor det.

Innebygd AC-eksport

En toveis inverter i kjøretøyet lager vekselstrøm. Denne strømmen kan forsyne:

En fabrikkmontert stikkontakt
En kontaktadapter med ett eller flere uttak
En kompatibel AC-ladeport
Et fast integrasjonssystem for boligen

Dette kan redusere mengden effektelektronikk i det eksterne utstyret, men kjøretøyet må levere spenning og frekvens med nettkvalitet, beskyttelse, strømbegrensning og den tiltenkte driftsmodusen.

Ekstern DC-omforming

En toveis DC-lader kobles til fremdriftsbatteriet gjennom kjøretøyets DC-grensesnitt og inneholder inverteren som lager vekselstrøm. Den kan forsyne en bolig, bygning eller strømnettet samtidig som mer av omformingsmaskinvaren forblir stasjonær.

Kjøretøyet, laderen, kommunikasjonsprotokollen og installasjonen må støtte den samme eksportløsningen. En bil som markedsføres med V2L, er ikke automatisk kompatibel med en toveis DC-vegglader, og et inntak som støtter standarden, beviser ikke at kjøretøyets programvare aktiverer V2G.

V2L: flyttbar strømforsyning

V2L er det minst komplekse eksportområdet fordi det forsyner lokale laster i stedet for å parallellkobles med strømnettet. Vanlige løsninger har en husholdningskontakt i kupeen, i bagasjerommet eller gjennom en adapter ved ladeinntaket.

V2L-effekten begrenses av kjøretøyets inverter, uttaksspenning og strøm. Startstrøm for motorer, kompressorer, pumper, varmeovner og elektroverktøy kan overstige driftsbelastningen. Både oppgitt kontinuerlig og kortvarig grense har betydning.

Ikke mat strøm tilbake til en bolig gjennom en vanlig veggkontakt. Et godkjent V2H-system må hindre kjøretøyet i å spenningssette strømnettet under et strømbrudd og må håndtere nøytralleder, jording, feilvern og overgang mellom nettilkoblet og isolert drift.

V2H og V2B: et mobilt reservebatteri

Et bygningssystem omfatter vanligvis:

Et kompatibelt toveis kjøretøy
En kompatibel EVSE eller effektomformingsenhet
En overføringsbryter eller gateway for nettisolasjon
Beskyttede kurser for kritiske laster eller tilkobling av hele bygningen
Måling og energistyring
En innstilling for reservert ladenivå
Idriftsettelse etter lokale regler for elektriske anlegg og nettilkobling

Når nettet svikter, må systemet koble bygningen fra strømnettet før det oppretter en lokal elektrisk øydrift. Denne grensen mot øydrift beskytter linjearbeidere og hindrer ukontrollert gjeninnkobling. Når nettstrømmen kommer tilbake, må spenning, frekvens og overføring styres før normal drift gjenopptas.

Reserveeffekt og reserveenergi besvarer forskjellige spørsmål. Effekt avgjør hvilke laster som kan kjøre samtidig, mens energi avgjør hvor lenge de kan kjøre.

Tenk deg et batteri på 75 kWh der føreren reserverer 30% til mobilitet og tillater ytterligere 10% til omformingstap og driftsmargin. Omtrent 45 kWh gjenstår til lastene. Ved et gjennomsnitt på 1 kW tilsvarer det omtrent 45 timer, og ved 5 kW omtrent 9 timer. Reelle resultater varierer med inverterens virkningsgrad, effekt i hvilemodus, temperatur, kjøretøygrenser og skiftende etterspørsel i boligen.

Store laster kan overstige eksporteffekten selv om det er mye energi igjen. En bolig kan trenge utkobling av last for resistiv oppvarming, elektrisk varmtvann, matlaging, klimaanlegg eller flere motorer.

V2G: eksport mens kjøretøyet er koblet til nettet

V2G er ikke bare V2H med overføringsbryteren lukket. Eksport parallelt med nettet må synkroniseres med kraftsystemet og følge lokale krav til spenning, frekvens, effektfaktor, øydriftsvern, feilrespons og fjernstyring.

Hele systemet kan omfatte:

Sertifisering av kjøretøy og toveis lader
Nettselskapets vurdering av tilkoblingen og driftstillatelse
En tariff eller markedsordning som tillater eksport
En aggregator som samordner mange kjøretøy
Førerens tidsplan, minste reserve og behov ved avreise
Sikker kommunikasjon og måling
Godtgjørelse for energi, kapasitet, forbruksrespons eller nettjenester

California Energy Commissions utstyrsliste illustrerer forskjellen mellom teknisk kapasitet og tillatelse: Utstyr på listen kan støtte toveis drift, men kunden trenger fortsatt nettselskapets tilkoblingsprosess og tillatelse før eksport.

V2G kan reagere raskere enn en menneskelig fører og samle mange parkerte kjøretøy. Tilgjengeligheten er likevel usikker fordi bilene flytter på seg. En nettjeneste må respektere det primære transportbehovet og kan ikke anta at alle registrerte batterier er tilkoblet.

Stakken av standarder

Ingen enkelt standard skaper et komplett toveissystem.

ISO 15118-20 definerer kommunikasjonsmeldinger og sekvenser mellom kjøretøy og EVSE for toveis energioverføring.
OCPP 2.1 legger til funksjoner mellom lader og styringssystem for toveislading og styring av distribuerte energiressurser.
UL 9741/CSA 348 dekker toveis eksportutstyr for elbileffekt i Nord-Amerika.
UL 1741 og lokale nettregler omhandler atferd for inverter og nettilkobling i relevante nordamerikanske bruksområder.
Nasjonale installasjonsregler, nettselskapets prosedyrer, tariffer, krav til cybersikkerhet og produktgodkjenninger fullfører installasjonsgrensen.

Standardkompatibilitet reduserer integrasjonsrisikoen, men beviser ikke interoperabilitet fra ende til ende. Kjøretøyets programvare, laderens fastvare, sertifikatøkosystemer, backend-løsning og nettselskapets regler må også samsvare.

Virkningsgrad, kostnad og batteribruk

Hver rundtur taper energi. Vekselstrøm fra nettet kan omformes til likestrøm i batteriet under lading og tilbake til vekselstrøm under eksport, med ekstra laster fra kjøretøy, kabel, temperaturstyring og hvilemodus. En beregning av prisarbitrasje må inkludere:

Importpris og eksportgodtgjørelse
Virkningsgrad for hele rundturen
Nett- og effekttariffer
Påkrevd maskinvare og installasjon
Tilgjengelighetsbetaling fra programmet
Verdien av reservestrøm
Energiomsetning i batteriet

Batteridegradering kan ikke reduseres til «V2G er skadelig» eller «V2G er gratis». Ekstra energiomsetning bruker en del av batteriets sykluslevetid, mens temperatur, ladenivåvindu, strøm, tid ved høyt ladenivå og cellekjemi påvirker resultatet. Styrt eksport kan noen ganger unngå lang lagring ved høyt ladenivå, men utfallet avhenger av styringsstrategien.

Førere bør angi en mobilitetsreserve og kontrollere kjøretøygarantien og V2X-vilkårene. Batterialdring, reparasjon, gjenbruk og resirkulering omtales i EV Battery Lifecycle, mens garantigrenser omtales i EV Battery Warranty.

Dette bør kjøpere kontrollere

«Klargjort for toveislading» er ikke tilstrekkelig. Be om det nøyaktige støttede bruksområdet og markedet:

V2L, V2H, V2B, V2G eller bare styrt enveis lading?
AC-eksport eller DC-eksport?
Kontinuerlig effekt og toppeffekt ved lokal spenning?
Godkjent kombinasjon av kjøretøy, EVSE, gateway og programvare?
Drift av hele boligen eller utvalgte kritiske laster?
Manuell reserve, automatisk overføring eller nettparallell tjeneste?
Styring av minste reserve og avreisetid?
Svartstart etter at nettet svikter?
Drift ved bortfall av internett eller leverandørens skytjeneste?
Lokal installatør, produktsertifisering, tillatelse fra nettselskapet og tariff?
Hvordan behandles eksportert energi i garantien?

Kontakten er bare én del av svaret. Se EV Charging Connectors and Inlets. Hele grensen for ladesystemet omtales i EV Charging: The Complete System.