Carregamento inteligente e integração na rede

O carregamento inteligente coordena quando e a que velocidade os veículos elétricos carregam, para que as necessidades do condutor, a capacidade do local, os custos da eletricidade e as condições da rede possam ser considerados em conjunto. A integração na rede alarga esse controlo para além de um único carregador, ligando veículos, equipamento de carregamento, edifícios, operadores e intervenientes do sistema energético através de limites definidos de dados e controlo.

Controlo, não apenas conectividade

Um carregador não é inteligente apenas por ter uma aplicação, Wi-Fi ou um histórico de utilização. O carregamento inteligente altera o horário de carregamento ou o limite de potência em resposta a um objetivo, mantendo o veículo pronto para a hora de partida necessária.

O objetivo pode ser local ou externo. Uma residência pode adiar o carregamento até começar uma tarifa fora das horas de ponta. Um local de trabalho pode dividir um orçamento elétrico fixo entre os automóveis estacionados. Um depósito pode dar prioridade a veículos com partidas antecipadas. Um controlador local pode reduzir a procura dos veículos elétricos quando a carga do edifício aumenta, enquanto um agregador ou programa da empresa de eletricidade pode solicitar alterações com base nas condições gerais da rede.

Estas funções exigem quantidades diferentes de dados. Um horário simples pode precisar apenas de um relógio e de uma definição do utilizador. Um controlo mais avançado pode usar o estado de carga do veículo, a energia necessária, a hora de partida, a procura do local, a produção local, os preços da eletricidade ou um pedido de serviço de rede. A disponibilidade destes dados depende do veículo, EVSE, instalação, backend e mercado.

Carregamento unidirecional gerido

O carregamento unidirecional gerido, frequentemente designado V1G, mantém a eletricidade a fluir apenas para o veículo enquanto controla o momento ou a taxa. As formas comuns incluem:

Carregamento programado, que utiliza períodos de início, paragem ou carregamento permitido predefinidos
Otimização tarifária, que transfere energia para períodos de preço mais baixo
Carregamento com excedente solar, que acompanha a produção local dentro dos limites de carregamento utilizáveis pelo veículo
Equilíbrio de carga, que mantém a procura combinada de carregamento dentro de uma capacidade definida
Gestão de carregamento de frotas, que distribui energia de acordo com percursos, tempos de permanência e prioridades de partida
Resposta à procura, que altera o carregamento em resposta a um pedido ou incentivo do sistema energético

Estas formas estão relacionadas, mas não são permutáveis. Um temporizador não mede a carga do local. Uma wallbox que acompanha a produção solar no telhado não participa necessariamente num programa da empresa de eletricidade. Um sistema de frotas pode otimizar a disponibilidade dos veículos sem receber qualquer sinal da rede em tempo real.

O controlador também necessita de uma regra de serviço. Reduzir todos os veículos por igual é simples, mas pode deixar um automóvel com partida antecipada sem energia suficiente. Os sistemas mais capazes podem proteger metas mínimas de energia, dar prioridade a veículos essenciais à operação ou recuperar o carregamento adiado depois de terminar uma restrição.

Capacidade do local e distribuição da carga

A potência de carregamento é limitada por mais do que a potência nominal do EVSE. A ligação 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 inferior.

Um sistema de partilha de potência fixa divide um orçamento de carregamento de veículos elétricos configurado entre conectores ativos. A gestão dinâmica da carga vai mais longe: mede ou estima a procura variável do local que não provém dos veículos elétricos e ajusta o orçamento de carregamento para manter o total dentro de um limite. A distribuição entre veículos pode então ser igual, baseada em prioridades ou otimizada em torno dos requisitos de energia e partida.

As 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 funcionamento monofásico e trifásico pode não ser contínua. Os atrasos de medição e controlo exigem uma margem de segurança, e a perda de comunicação necessita de um limite de contingência definido, em vez de um regresso descontrolado à potência máxima.

Para a instalação do lado do consumidor, o dimensionamento dos circuitos e o planeamento diário de energia, consulte Home EV Charging.

Do controlador local à rede

A integração na rede não significa que uma empresa de eletricidade controle diretamente todos os automóveis. Um pedido pode passar por um fornecedor, operador de carregamento, agregador, plataforma de frotas, sistema de gestão de energia do edifício ou sistema de gestão de estações de carregamento antes de se tornar num limite ou horário no EVSE.

O objetivo voltado para a rede pode ser evitar uma restrição de capacidade local, reduzir um pico coincidente, responder a preços variáveis, utilizar produção renovável ou prestar um serviço de flexibilidade contratado. As regras de participação, compensação, telemetria, linhas de base e direitos de substituição variam consoante o programa. Por isso, um carregador tecnicamente controlável não se qualifica automaticamente para um serviço de rede.

A necessidade de transporte do condutor continua a ser a principal restrição. Um controlo útil necessita de uma meta de partida, uma reserva ou requisito mínimo de energia e uma forma clara de recusar ou solicitar carregamento imediato. Um sistema que minimize o custo da eletricidade de hoje, mas deixe o veículo sem estar pronto, falhou o seu objetivo básico.

Onde se enquadram os protocolos

Nenhum protocolo cobre toda a cadeia.

ISO 15118 define a comunicação entre o veículo e o EVSE compatível, incluindo informações utilizadas para o controlo do carregamento e, na ISO 15118-20, a transferência bidirecional de potência.
OCPP liga uma estação de carregamento a um sistema de gestão de estações de carregamento. As versões suportadas podem transportar perfis de carregamento, limites, horários e outras funções operacionais.
IEC 63110 define casos de utilização e a arquitetura para gerir infraestruturas de carregamento e descarregamento de veículos elétricos entre intervenientes da mobilidade elétrica e do sistema de energia.
As regras de mercado, tarifas, interfaces com empresas de eletricidade, requisitos de medição e regulamentos elétricos nacionais completam o limite operacional.

As normas suportam mensagens e interfaces comuns, mas não comprovam a interoperabilidade de ponta a ponta. As funções opcionais dos protocolos, o acesso aos dados do veículo, as versões de software, os sistemas de certificados, as implementações de backend e as regras dos programas locais têm ainda de estar alinhados.

Limite com o carregamento bidirecional

O carregamento inteligente não exige exportação de potência. O V1G pode proporcionar flexibilidade ao deslocar ou reduzir a procura enquanto a eletricidade continua a fluir apenas para a bateria.

O carregamento bidirecional acrescenta a capacidade de inverter o fluxo de potência. Isso introduz questões de conversão, interligação, proteção, autorização e casos de utilização que não são necessárias no carregamento gerido normal. 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 alimentação de emergência local, ou simultaneamente inteligente e interativo com a rede. As descrições dos produtos devem identificar a função exata suportada, em vez de utilizarem «inteligente», «preparado para V2X» ou «preparado para a rede» como se garantissem o sistema completo.

O que deve um operador ou comprador verificar

A especificação útil é o percurso completo de controlo, não um único logótipo. Verifique:

Que objetivo é suportado: temporizador, tarifa, energia solar, capacidade do local, disponibilidade da frota, resposta à procura ou serviço de rede
Onde é executado o controlo e se o carregamento essencial continua sem a cloud do fornecedor ou ligação à Internet
Que 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 a todo o local
Como são tratadas as prioridades, os limites de fase, a corrente mínima e as falhas de comunicação
Que versões de protocolo e perfis opcionais estão implementados e certificados
Quem pode alterar um horário, como o condutor o substitui e que dados são conservados
Se a empresa de eletricidade local, a tarifa ou o programa de flexibilidade aceita o equipamento e a disposição de medição

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