Carregamento inteligente e integração com a rede

O carregamento inteligente coordena quando e com que rapidez os veículos elétricos carregam, para que as necessidades do motorista, a capacidade do local, os custos da eletricidade e as condições da rede possam ser considerados em conjunto. A integração com a rede amplia esse controle para além de um único carregador, conectando veículos, equipamentos de carregamento, edifícios, operadores e agentes do sistema energético por meio de limites definidos de dados e controle.

Controle, não apenas conectividade

Um carregador não é inteligente apenas por ter um aplicativo, Wi-Fi ou histórico de uso. O carregamento inteligente altera a programação de carga ou o limite de potência em resposta a um objetivo, mantendo o veículo pronto para o horário de partida necessário.

O objetivo pode ser local ou externo. Uma residência pode adiar a carga até o início de uma tarifa fora do horário de pico. Um local de trabalho pode dividir um orçamento elétrico fixo entre os carros estacionados. Uma garagem de frota pode priorizar veículos com partidas mais cedo. Um controlador local pode reduzir a demanda dos veículos elétricos quando a carga do edifício aumenta, enquanto um agregador ou programa da concessionária pode solicitar mudanças com base nas condições mais amplas da rede.

Essas funções exigem diferentes quantidades de dados. Uma programação simples pode precisar apenas de um relógio e de uma configuração do usuário. Um controle mais avançado pode usar o estado de carga do veículo, a energia necessária, o horário de partida, a demanda do local, a geração local, os preços da eletricidade ou uma solicitação de serviço de rede. A disponibilidade dessas entradas depende do veículo, do EVSE, da instalação, do backend e do mercado.

Carregamento unidirecional gerenciado

O carregamento unidirecional gerenciado, frequentemente chamado de V1G, mantém a eletricidade fluindo apenas para o veículo enquanto controla o horário ou a taxa. As formas comuns incluem:

Carregamento programado, que utiliza períodos predefinidos de início, parada ou carregamento permitido
Otimização tarifária, que transfere energia para períodos de preço mais baixo
Carregamento com excedente solar, que acompanha a geração local dentro dos limites de carregamento utilizáveis pelo veículo
Balanceamento de carga, que mantém a demanda combinada de carregamento dentro de uma capacidade definida
Gerenciamento de carga de frotas, que distribui energia de acordo com rotas, tempos de permanência e prioridades de partida
Resposta à demanda, que altera o carregamento em resposta a uma solicitação ou incentivo do sistema energético

Essas formas são relacionadas, mas não intercambiáveis. Um temporizador não mede a carga do local. Um wallbox que acompanha a energia solar do telhado não participa necessariamente de um programa da concessionária. Um sistema de frota pode otimizar a disponibilidade dos veículos sem receber nenhum sinal da rede em tempo real.

O controlador também precisa de uma regra de serviço. Reduzir todos os veículos igualmente é simples, mas pode deixar um carro com partida antecipada sem energia suficiente. Sistemas mais avançados podem proteger metas mínimas de energia, priorizar veículos essenciais à operação ou recuperar a carga adiada depois que uma restrição termina.

Capacidade do local e distribuição de carga

A potência de carregamento é limitada por mais do que a potência nominal do EVSE. A conexão do edifício, os circuitos derivados, a disposição das fases, os carregadores de bordo dos veículos, os limites dos conectores e outras cargas elétricas podem impor um limite menor.

Um sistema de compartilhamento de potência fixa divide um orçamento configurado de carregamento de veículos elétricos entre conectores ativos. O gerenciamento dinâmico de carga vai além: mede ou estima a demanda variável do local que não vem dos veículos elétricos e ajusta o orçamento de carregamento para manter o total dentro de um limite. A distribuição entre os veículos pode então ser igual, baseada em prioridades ou otimizada em torno dos requisitos de energia e partida.

Instalações reais também têm restrições de corrente mínima, fases e tempo de resposta. Alguns veículos param de carregar abaixo de uma corrente utilizável. A mudança entre operação monofásica e trifásica pode não ser contínua. Atrasos de medição e controle exigem uma margem de segurança, e a perda de comunicação precisa de um limite de contingência definido, em vez de um retorno descontrolado à potência máxima.

Para instalação do lado do consumidor, dimensionamento de circuitos e planejamento diário de energia, consulte Home EV Charging.

Do controlador local à rede

A integração com a rede não significa que uma concessionária controle diretamente todos os carros. Uma solicitação pode passar por um fornecedor, operador de carregamento, agregador, plataforma de frota, sistema de gerenciamento de energia do edifício ou sistema de gerenciamento de estações de carregamento antes de se transformar em um limite ou programação no EVSE.

O objetivo voltado à rede pode ser evitar uma restrição de capacidade local, reduzir um pico coincidente, responder a preços variáveis, usar geração renovável ou fornecer um serviço de flexibilidade contratado. As regras de participação, remuneração, telemetria, linhas de base e direitos de substituição variam conforme o programa. Portanto, um carregador tecnicamente controlável não se qualifica automaticamente para um serviço de rede.

A necessidade de transporte do motorista continua sendo a principal restrição. Um controle útil precisa de uma meta de partida, uma reserva ou requisito mínimo de energia e uma forma clara de sair do programa ou solicitar carregamento imediato. Um sistema que minimiza o custo da eletricidade de hoje, mas deixa o veículo despreparado, falhou em seu objetivo básico.

Onde os protocolos se encaixam

Nenhum protocolo cobre toda a cadeia.

ISO 15118 define a comunicação entre o veículo e o EVSE compatível, incluindo informações usadas para o controle do carregamento e, na ISO 15118-20, a transferência bidirecional de potência.
OCPP conecta uma estação de carregamento a um sistema de gerenciamento de estações de carregamento. As versões compatíveis podem transportar perfis de carga, limites, programações e outras funções operacionais.
IEC 63110 define casos de uso e a arquitetura para gerenciar a infraestrutura de carregamento e descarregamento de veículos elétricos entre agentes da mobilidade elétrica e do sistema de energia.
Regras de mercado, tarifas, interfaces com concessionárias, requisitos de medição e regulamentos elétricos nacionais completam o limite operacional.

As normas oferecem suporte a mensagens e interfaces comuns, mas não comprovam a interoperabilidade de ponta a ponta. Funções opcionais dos protocolos, acesso aos dados do veículo, versões de software, sistemas de certificados, implementações de backend e regras de programas locais ainda precisam estar alinhados.

Limite com o carregamento bidirecional

O carregamento inteligente não exige exportação de potência. O V1G pode oferecer flexibilidade ao deslocar ou reduzir a demanda enquanto a eletricidade continua fluindo apenas para a bateria.

O carregamento bidirecional acrescenta a capacidade de inverter o fluxo de potência. Isso introduz questões de conversão, interconexão, proteção, autorização e casos de uso que não são necessárias para o carregamento gerenciado comum. Vehicle-to-load, vehicle-to-home, vehicle-to-building e vehicle-to-grid são abordados em Bidirectional EV Charging.

Assim, um sistema pode ser inteligente, mas unidirecional; bidirecional, mas limitado a energia de emergência local; ou inteligente e interativo com a rede. As descrições dos produtos devem identificar a função exata compatível, em vez de usar “inteligente”, “preparado para V2X” ou “preparado para a rede” como se garantissem o sistema completo.

O que um operador ou comprador deve verificar

A especificação útil é o caminho completo de controle, não um único logotipo. Verifique:

Qual objetivo é compatível: temporizador, tarifa, energia solar, capacidade do local, disponibilidade da frota, resposta à demanda ou serviço de rede
Onde o controle é executado e se o carregamento essencial continua sem a nuvem do fornecedor ou conexão com a Internet
Quais dados do veículo estão disponíveis e se as metas de partida e de energia mínima são aplicadas
Se os limites se aplicam a uma transação, um EVSE, uma estação de carregamento ou ao local inteiro
Como são tratadas as prioridades, os limites de fase, a corrente mínima e as falhas de comunicação
Quais versões de protocolo e perfis opcionais estão implementados e certificados
Quem pode alterar uma programação, como o motorista a substitui e quais dados são armazenados
Se a concessionária local, a tarifa ou o programa de flexibilidade aceita o equipamento e a configuração de medição

Para o caminho completo da potência desde o fornecimento elétrico até a bateria, consulte EV Charging: The Complete System.