Inteligentne ładowanie i integracja z siecią

Inteligentne ładowanie koordynuje czas i szybkość ładowania pojazdów elektrycznych, tak aby jednocześnie uwzględniać potrzeby kierowcy, przepustowość instalacji w danej lokalizacji, koszty energii elektrycznej i warunki w sieci. Integracja z siecią rozszerza to sterowanie poza pojedynczą ładowarkę, łącząc pojazdy, urządzenia ładujące, budynki, operatorów i podmioty systemu energetycznego za pomocą określonych granic wymiany danych i sterowania.

Sterowanie, nie tylko łączność

Ładowarka nie jest inteligentna tylko dlatego, że ma aplikację, Wi-Fi lub historię użytkowania. Inteligentne ładowanie zmienia harmonogram lub limit mocy ładowania w odpowiedzi na określony cel, a zarazem zapewnia gotowość pojazdu na wymagany czas odjazdu.

Cel może być lokalny lub zewnętrzny. W domu można opóźnić ładowanie do początku obowiązywania taryfy pozaszczytowej. W miejscu pracy można podzielić stały budżet mocy elektrycznej między zaparkowane samochody. Zajezdnia może nadać pierwszeństwo pojazdom, które mają wyjechać wcześniej. Sterownik obiektu może ograniczyć zapotrzebowanie pojazdów elektrycznych, gdy wzrasta obciążenie budynku, natomiast agregator lub program zakładu energetycznego może żądać zmian zależnie od ogólnych warunków w sieci.

Funkcje te wymagają różnej ilości danych. Prosty harmonogram może potrzebować jedynie zegara i ustawienia użytkownika. Bardziej zaawansowane sterowanie może wykorzystywać poziom naładowania pojazdu, wymaganą ilość energii, czas odjazdu, zapotrzebowanie obiektu, lokalne wytwarzanie energii, ceny energii elektrycznej lub żądanie usługi sieciowej. Dostępność tych danych zależy od pojazdu, EVSE, instalacji, systemu zaplecza i rynku.

Zarządzane ładowanie jednokierunkowe

Zarządzane ładowanie jednokierunkowe, często nazywane V1G, utrzymuje przepływ energii elektrycznej wyłącznie do pojazdu, jednocześnie sterując czasem lub szybkością ładowania. Typowe formy obejmują:

Ładowanie według harmonogramu, które wykorzystuje ustalone wcześniej godziny rozpoczęcia, zakończenia lub dozwolone okresy ładowania
Optymalizację taryfową, która przenosi zużycie energii na okresy z niższymi cenami
Ładowanie nadwyżkami energii słonecznej, które podąża za lokalną produkcją w ramach użytecznych limitów ładowania pojazdu
Bilansowanie obciążenia, które utrzymuje łączne zapotrzebowanie na ładowanie w granicach określonej przepustowości
Zarządzanie ładowaniem floty, które przydziela energię zależnie od tras, czasu postoju i priorytetów odjazdu
Reakcję na zapotrzebowanie, która zmienia ładowanie w odpowiedzi na żądanie lub zachętę ze strony systemu energetycznego

Formy te są ze sobą powiązane, ale nie są zamienne. Zegar sterujący nie mierzy obciążenia obiektu. Wallbox, który dostosowuje się do produkcji energii przez dachową instalację fotowoltaiczną, niekoniecznie uczestniczy w programie zakładu energetycznego. System flotowy może optymalizować gotowość pojazdów bez odbierania bieżącego sygnału z sieci.

Sterownik potrzebuje również reguły świadczenia usługi. Równomierne ograniczenie mocy wszystkich pojazdów jest łatwe, ale może sprawić, że samochód odjeżdżający wcześniej nie zgromadzi wystarczającej ilości energii. Bardziej zaawansowane systemy mogą chronić minimalne cele energetyczne, nadawać pierwszeństwo pojazdom o krytycznym znaczeniu operacyjnym lub uzupełnić odroczone ładowanie po ustaniu ograniczenia.

Przepustowość obiektu i przydział mocy

Moc ładowania jest ograniczona przez więcej czynników niż moc znamionowa EVSE. Przyłącze budynku, obwody odgałęzione, układ faz, ładowarki pokładowe pojazdów, ograniczenia złączy i inne obciążenia elektryczne mogą wyznaczać niższą granicę.

System stałego podziału mocy rozdziela skonfigurowany budżet mocy ładowania pojazdów elektrycznych między aktywne złącza. Dynamiczne zarządzanie obciążeniem idzie o krok dalej: mierzy lub szacuje zmieniające się zapotrzebowanie obiektu niezwiązane z pojazdami elektrycznymi i dostosowuje budżet ładowania, aby suma pozostawała w wyznaczonym limicie. Przydział między pojazdy może być następnie równy, oparty na priorytetach lub zoptymalizowany pod kątem zapotrzebowania na energię i czasu odjazdu.

Rzeczywiste instalacje mają również ograniczenia dotyczące minimalnego prądu, faz i czasu reakcji. Niektóre pojazdy przerywają ładowanie poniżej użytecznego natężenia prądu. Przełączanie między pracą jednofazową i trójfazową może nie przebiegać płynnie. Opóźnienia pomiaru i sterowania wymagają marginesu bezpieczeństwa, a utrata łączności wymaga określonego limitu awaryjnego zamiast niekontrolowanego powrotu do maksymalnej mocy.

Informacje o instalacji po stronie odbiorcy, doborze obwodów i planowaniu codziennego zużycia energii zawiera artykuł Home EV Charging.

Od sterownika obiektu do sieci

Integracja z siecią nie oznacza, że zakład energetyczny bezpośrednio steruje każdym samochodem. Żądanie może przejść przez sprzedawcę energii, operatora ładowania, agregatora, platformę flotową, system zarządzania energią w budynku lub system zarządzania stacjami ładowania, zanim zostanie przekształcone w limit lub harmonogram w EVSE.

Celem związanym z siecią może być uniknięcie lokalnego ograniczenia przepustowości, zmniejszenie jednoczesnego szczytu poboru, reakcja na zmienne ceny, wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych lub świadczenie zakontraktowanej usługi elastyczności. Zasady uczestnictwa, wynagrodzenie, telemetria, poziomy odniesienia i prawa do ręcznego pominięcia sterowania różnią się między programami. Dlatego ładowarka, którą można technicznie sterować, nie kwalifikuje się automatycznie do świadczenia usługi sieciowej.

Potrzeby transportowe kierowcy pozostają podstawowym ograniczeniem. Użyteczne sterowanie wymaga ustalenia docelowego czasu odjazdu, rezerwy lub minimalnej ilości energii oraz jasnej możliwości rezygnacji z udziału albo zażądania natychmiastowego ładowania. System, który minimalizuje dzisiejszy koszt energii elektrycznej, lecz nie zapewnia gotowości pojazdu, nie spełnia swojego podstawowego zadania.

Rola poszczególnych protokołów

Żaden pojedynczy protokół nie obejmuje całego łańcucha.

ISO 15118 definiuje komunikację między pojazdem i kompatybilnym EVSE, w tym informacje używane do sterowania ładowaniem oraz, w ISO 15118-20, dwukierunkowy przepływ mocy.
OCPP łączy stację ładowania z systemem zarządzania stacjami ładowania. Obsługiwane wersje mogą przesyłać profile ładowania, limity, harmonogramy i inne funkcje operacyjne.
IEC 63110 definiuje przypadki użycia i architekturę zarządzania infrastrukturą ładowania i rozładowywania pojazdów elektrycznych przez podmioty elektromobilności i systemu elektroenergetycznego.
Zasady rynkowe, taryfy, interfejsy zakładów energetycznych, wymagania pomiarowe i krajowe przepisy elektryczne uzupełniają granice operacyjne.

Normy obsługują wspólne komunikaty i interfejsy, ale nie dowodzą kompleksowej interoperacyjności. Opcjonalne funkcje protokołów, dostęp do danych pojazdu, wersje oprogramowania, systemy certyfikatów, implementacje systemów zaplecza i lokalne zasady programów muszą nadal być wzajemnie zgodne.

Granica względem ładowania dwukierunkowego

Inteligentne ładowanie nie wymaga oddawania mocy. V1G może zapewniać elastyczność przez przesuwanie lub ograniczanie zapotrzebowania, podczas gdy energia elektryczna nadal przepływa wyłącznie do akumulatora.

Ładowanie dwukierunkowe dodaje możliwość odwrócenia kierunku przepływu mocy. Wprowadza to kwestie konwersji, przyłączenia do sieci, zabezpieczeń, zezwoleń i zastosowań, które nie są wymagane przy zwykłym zarządzanym ładowaniu. Vehicle-to-load, vehicle-to-home, vehicle-to-building i vehicle-to-grid omówiono w artykule Bidirectional EV Charging.

System może więc być inteligentny, ale jednokierunkowy, dwukierunkowy, lecz ograniczony do lokalnego zasilania awaryjnego, albo jednocześnie inteligentny i interaktywny względem sieci. Opisy produktów powinny podawać dokładnie obsługiwaną funkcję zamiast używać określeń „smart”, „V2X-ready” lub „grid-ready” tak, jakby gwarantowały pełny system.

Co powinien sprawdzić operator lub nabywca

Przydatna specyfikacja obejmuje pełną ścieżkę sterowania, a nie pojedyncze logo. Należy sprawdzić:

Jaki cel jest obsługiwany: zegar sterujący, taryfa, energia słoneczna, przepustowość obiektu, gotowość floty, reakcja na zapotrzebowanie czy usługa sieciowa?
Gdzie działa sterowanie i czy podstawowe ładowanie jest kontynuowane bez chmury dostawcy lub połączenia z internetem
Jakie dane pojazdu są dostępne i czy egzekwowane są cele dotyczące czasu odjazdu i minimalnej ilości energii
Czy limity dotyczą pojedynczej transakcji, jednego EVSE, stacji ładowania czy całego obiektu
Jak system obsługuje priorytety, limity faz, minimalny prąd i awarie łączności
Które wersje protokołów i opcjonalne profile zostały wdrożone i certyfikowane
Kto może zmienić harmonogram, w jaki sposób kierowca może go pominąć i jakie dane są przechowywane
Czy lokalny zakład energetyczny, taryfa lub program elastyczności akceptuje urządzenia i układ pomiarowy

Pełną ścieżkę przepływu mocy od zasilania elektrycznego do akumulatora opisano w artykule EV Charging: The Complete System.