SPLOŠNE INFORMACIJE
ELEKTRIČNA MOBILNOST
Varni načini polnjenja električnih vozil
V svetu se vedno več ljudi zaveda onesnaženja okolja, zato imajo čedalje večji pomen čistejši alternativni pogoni in viri energije. Razvoj hibridnih, priključno-hibridnih ali popolnoma električnih vozil je odvisen predvsem od razvoja zmogljivejših akumulatorjev in načina nadzora polnjenja hranilnika energije. Električna vozila imajo za polnjenje standardizirani električni priključek, ki omogoča hiter in predvsem varen način regeneracije porabljene električne energije. Demografske spremembe, rastoča urbanizacija in industrializacija so razlogi za vse večje potrebe po energiji. Ker so viri energije omejeni, hkrati pa se spopadamo s posledicami globalnega segrevanja, je izrednega pomena najti vzdržen način porabe energije z integriranimi rešitvami, ki ne bo imel pogubnih posledic na okolje.
Širša uvedba elektromobilnosti postavlja nove zahteve po električnem omrežju in dobaviteljem energije. Ključno je zavedanje uporabnika električnega vozila, da lahko svoje vozilo kjerkoli enostavno, varno, hitro in zanesljivo napolni. Polnjenje električnih vozil postaja vsakdanje. Začelo se je z individualnimi rešitvami za polnjenje doma in na delovnih mestih, nadaljuje se z javnimi polnilnimi mesti, katerih število se bo s širitvijo ponudbe vozil v prihodnjih letih znatno povečalo. Nadaljnje procese spodbujajo ponudniki storitev elektromobilnosti tudi s pomočjo širokega nabora rešitev, osnovanih na industrijskih standardih IEC 61851.
Ključni pogoj za uvedbo elektromobilnosti in s tem univerzalnega sistema polnjenja in polnilnih postaj je v mednarodni standardizaciji – razvoju opreme, ki po vsem svetu poteka s hitrim tempom, sloni pa na treh glavnih stebrih standardizacije: varnosti, združljivosti in učinkovitosti. Varnost mora biti najpomembnejši dejavnik, zlasti ob upoštevanju, da bodo uporabniki električnih vozil osebe, ki nimajo potrebnega ali dovolj znanja o nevarnostih pri delu z električnim tokom.
Združljivost spodbuja sprejetje enakih (standardiziranih) polnilnih priključkov (vtiči in vtičnice), ki omogočajo polnjenje električnih vozil kjerkoli v svetu. Regionalne razlike glede električne distribucije in varnostnih predpisov so privedle do razvoja več možnih rešitev, ki jih je treba še uskladiti.Učinkovitost v tem smislu pomeni optimizacijo polnjenja s pomočjo “smart grid”, ki omogoča regulacijo polnjenja EV v odvisnosti od zmogljivosti električnega omrežja z možnostjo hranjenja in kasnejše uporabe električne energije, shranjene v akumulatorski energiji električnega vozila.
VODNIK ZA POLNJENJE ELEKTRIČNIH VOZIL
Naš vodnik za polnjenje EV vas bo postopno popeljal skozi osnove, kako in kje polniti svoje električno vozilo, in videli boste, kako preprosto je, če se vaše EV polni ponoči.
Osnove
Ko postanete lastnik/voznik električnega avtomobila, postane koncept vožnje z motorjem na notranje izgorevanje in njegovo polnjenje z gorivom preteklost. Namesto tega se vozniki EV vsako jutro zbudijo s »polnim rezervoarjem«, ki ga čez dan skoraj nikoli ni treba dopolnjevati, razen na daljših potovanjih.
Avtomobili so v povprečju 96 % časa parkirani in pripravljeni za uporabo. To pomeni 162 ur na teden za polnjenje vašega avtomobila! Nikoli več čakanja na črpalkah za gorivo, kar vam lahko prihrani čas in denar.
Avtomobil lahko polnite povsod, kjer dostopate do električne napetosti in standardne gospodinjske vtičnice, na primer na obisku pri prijateljih. Na voljo je tudi veliko mest za polnjenje vašega električnega avtomobila, od standardne do velike ultra enote za hitro polnjenje. Najdete jih v mestnih središčih, na parkiriščih, na avtocestnih bencinskih servisih, v hotelih in na vedno več lahko dostopnih lokacijah po vsej državi.
Moč polnilnega priključka in komunikacijo med avtomobilom in polnilno postajo določa oznaka Mode. Standard je po vsem svetu enak:
Hitrost polnjenja in ustrezni tipi konektorjev
Tip polnilne postaje in možnost priklopa polnjenja vplivata na to, koliko časa potrebujemo za polnjenje pogonskega akumulatorja električnega vozila. Najpogostejši priklop na polnilnih postajah je tip 2, zato je za polnjenje potreben enak model polnilnega kabla.
Kot je omenjeno obstajajo tri glavne vrste EV polnjenja – ultra hitro, hitro in počasno, ki predstavljajo izhodne moči in s tem hitrost polnjenja, ki so na voljo za polnjenje električnega vozila. Upoštevajte, da se moč meri v kilovatih (kW).
Vsak tip polnilnika ima pripadajoč komplet priključkov, ki so zasnovani za nizko ali visoko porabo energije in za izmenično ali enosmerno polnjenje.
Ultra hitri in hitri polnilniki so najhitrejši način polnjenja EV, ki ga pogosto najdete na avtocestah ali na lokacijah v bližini glavnih cest. Hitre naprave nudijo visok enosmerni ali izmenični tok – DC ali AC – za polnjenje avtomobila in ga napolnijo do 80 % v 20–40 minutah. V večini primerov se polnilne enote izklopijo, ko je baterija približno 80 % polna, da zaščitijo baterijo in podaljšajo njeno življenjsko dobo. Vse hitre naprave imajo polnilni kabel, pritrjen na enoto.
Ultra hitro in hitro polnjenje se lahko uporablja samo na vozilih z ustreznim priključkom za hitro polnjenje, primer BMW i3: Mode 4, polnilni priključek CCS Combo
Hitri DC polnilniki, ki niso Tesla, zagotavljajo moč pri 50 kW (125 A), uporabljajo standarde za polnjenje CHAdeMO ali CCS. Oba priključka običajno napolnita električno vozilo do 80 % v 20–40 minutah, odvisno od zmogljivosti baterije in začetnega stanja napolnjenosti. Najnovejša generacija ultra hitrih enot DC omogoča polnjenje z močjo do 350 kW, kar znatno zmanjša celoten čas polnjenja.
Teslino omrežje Supercharger zagotavlja hitro polnjenje z enosmernim tokom, vendar uporablja priključek Tesla tipa 2 in polnjenje z močjo do 120 kW. Medtem ko so vsi Teslini modeli zasnovani za uporabo s TESLA polnilnimi postajami, mnogi lastniki Tesle uporabljajo adapterje, ki jim omogočajo uporabo hitrih enot s hitrostjo 50 kW, opremljenih s priključkom CHAdeMO.
Hitri polnilniki izmeničnega toka (AC) Mode 3 zagotavljajo moč pri 43 kW (trifazni, 63 A) in uporabljajo standard za polnjenje tipa 2. Električno vozilo lahko običajno polnijo do 80 % v 20–40 minutah, kar je odvisno od zmogljivosti baterije in začetnega stanja napolnjenosti.
Dejavniki, ki vplivajo na hitrost polnjenja
Obstaja 5 glavnih dejavnikov, ki vplivajo na čas, potreben za polnjenje električnega vozila.
- Velikost akumulatorja: večja zmogljivost baterije vašega vozila (merjena v kWh), zahteva daljše polnjenje.
- Stanje baterije (prazno v primerjavi s polno): Če polnite prazno baterijo, bo polnjenje trajalo dlje kot v primeru, da ste polnili od 50 %.
- Najvišja stopnja polnjenja vozila: Baterijo vozila lahko polnite le pri najvišji stopnji polnjenja, ki jo vozilo lahko sprejme. Na primer; če je najvišja stopnja polnjenja vašega vozila 7 kW, se vozilo ne bo napolnilo hitreje na 22 kW polnilnici.
- Avto se lahko polni z maksimalno močjo polnjenja, ki ga lahko nudi polnilnica, na primer: polnilnica moči 7kW bo avto polnilna z močjo 7kW in ne z močjo polnilca vgrajenega v avtu (na primer avto Renault ZoE 22 kW).
- Okoljski dejavniki: zaradi hladnejše temperature okolice lahko polnjenje traja dlje, zlasti pri uporabi hitrega polnilnika. Hladnejše temperature pomenijo tudi, da so vozila manj učinkovita, zato moramo upoštevati večjo porabo električne energije kar pomeni manj prevoženih kilometrov na čas polnjenja.
SPLOŠNE ZAHTEVE ZA MODE STANDARDE
Domače polnjenje iz standardne vtičnice z navadnim kablom brez varnostnih mehanizmov. Polnjenje je omejeno na 16 A in 250 V in zahteva enofazni priključek z ozemljitvijo. Mode 1 polnilni kabel, vtikači in vtičnice nimajo kontrole povezave med polnilno postajo in električnim vozilom, ki je opisana v standardu IEC 61851-1. Zato je Mode 1 v nekaterih državah prepovedan.
Domače polnjenje iz standardne vtičnice s posebnim kablom z vmesno kontrolno enoto (EVSE – vgrajena v polnilni postaji), ki zagotavlja, da je polnjenje vozila omogočeno, če je prisotna in priključena ozemljitev električnega vozila in so izpolnjeni določeni pogoji.
Kabel sestavljajo:
- EVSE kontrolni modul,
- RCD tokovna zaščita,
- zaščita proti pregretju in
- ozemljitev.
Polnjenje se v tem primeru začne le, če so izpolnjeni vsi pogoji:
- upornost ozemljitve ni prevelika,
- tokovna in temperaturna zaščita nista aktivni,
- priključek je vstavljen v vtičnico in
- vozilo je zahtevalo polnjenje.
Mode 2 kabli vsebujejo srednjo stopnjo zaščite in so danes standarden način počasnega polnjenja električnih vozil. Večina avtomobilskih proizvajalcem priporoča le občasno uporabo.
Mode 2 polnilni kabel omogoča priklop električnega vozila na AC omrežje z uporabo standardizirane vtičnice in velja le kot prehodna rešitev, ki čaka na razvoj namenske infrastrukture ali za občasno hišno uporabo.
Glavna pomanjkljivost mode 2 načina polnjenja je, da ščiti samo napajalni kabel do avtomobila in avto, ne omogoča pa kontrole in zaščite priključne vtičnice, ki je najpogostejši vzrok okvar in poškodb na objektih.
Pogoji za varen, nadzorovan in učinkovit proces regeneracije energije v bateriji električnega vozila, so določeni v skladu z mednarodni standardi SAE_J1772 oziroma IEC 61851-1, kar pomeni, da lahko polnjenje poteka le ob sledečih pogojih:
- verifikacija, da je vozilo pravilno priključeno,
- stalna kontrola ozemljitve priključenega vozila,
- kontrola vklopa in izklopa energije polnjenja in
- kontrola priključne moči polnjenja (moči polnilne postaje).
Da lahko zadostimo tem pogojem, mora imeti polnilna postaja (EVSE ali electric vehicle supply equipment je oprema za oskrbo električnih vozil z elektriko) vgrajeno EVCC kontrolno enoto, ki s pomočjo tipanja napetostih nivojev in frekvence na priključkih CP, CS in PE omogoča varen način priklopa električnega vozila na polnilno postajo. Nivoja vhodnega napetostnega signala CP in izhodnega PWM signala omogočata varno in zanesljivo komunikacijo z vgrajeno kontrolno enoto v električnem vozilu.
Mode 3 – AC polnilnica s fiksnim polnilnim kablom ali ustrezno vtičnico na javnih mestih ali doma omogoča večjo polnilno moč, varnostno pa je enaka Mode 2. S predpisanimi standardiziranimi priključki je varovan tudi priključni kabel. Proizvajalci električnih vozil priporočajo oziroma celo zahtevajo, da kupci za domače polnjenje uporabljajo Mode 3 stenske izvedbe polnilnice.
Mode 3 način polnjenja določa pogoje za varen in nadzorovan proces regeneracije energije v bateriji električnega vozila. Povezavo med polnilno postajo in vozilom zagotavljata ustrezni priključni kabel in vtičnica. Primeri hišnih in javnih polnilnih postaj Mode 3:
Mode 4 omogoča direktno polnjenje litij ionskih baterij z enosmernim tokom (DC) na specialnih polnilnih postajah, večinoma na hitrih polnilnicah. Napetost in tok sta odvisna od sistema.
Polnjenje z enosmernim tokom omogoča prenos visoke ravni moči v kratkem času. V primerjavi z izmeničnim polnjenjem imajo kontakti priključnih vtikačev večje dimenzije, so lahko prisilno hlajeni in prenašajo večje tokove in napetosti do 200 A in 850 V DC.
Način Mode 4 je visoko zmogljiv način za hitro in ultra hitro polnjenje električnih vozil s polnilnim tokom od 50 kW do 400 kW. V polnilni postaji integrirana kontrolna enota EVSE zagotavlja varnostno zaščito in komunikacijo z električnim vozilom v času polnjenja.
CCS COMBO 2
Standardizirani novi model priključnega konektorja CCS Combo 2 omogoča polnjenje električnega vozila na hitrih DC in AC (ali AC univerzalnih) polnilnih postajah, zato se pričakuje, da bo v Evropi in ZDA prevladal nad standardom CHAdeMO.
Mode 4 standard omogoča tudi neposredno komunikacijo polnilne postaje z varnostno nadzornimi sistemi v avtomobilu. Na tak način dosežemo večjo varnost pri hitrem polnjenju in večji nadzor v času polnjenja.
CHAdeMO
CHAdeMO je standard za hitro polnjenje DC, ki so ga leta 2010 ustanovili Toyota, Nissan, Mitsubishi in druga japonska podjetja. To je okrajšava besed Charge de Move. Ideja je bila, da se ustvari hitro polnilni standard DC, ki bi bil sprejet v avtomobilski industriji, pa tudi v drugih sektorjih, ki temeljijo na električnem polnjenju na enosmerni tok. Postala je prva hitra polnilna platforma za električna vozila in zdaj omogoča polnjenje od moči 6 kW do 150 kW, za največja električna vozila pa tudi do 450 kW.
Z napolnitvijo 50 kW se lahko Nissan Leaf, 40 kWh, popolnoma napolni v dobri uri. Za primerjavo, popolno napajanje na izmeničnem sistemu moči 3 kW bi trajalo več kot 13 ur.
CHAdeMO je bil prvi standard za direktno polnjenje z enosmernim tokom, za komunikacijo z vozilom uporablja CAN (Controller Area Network – “standardni” komunikacijski protokol), komunikacija s polnilno postajo in električnim vozilom omogoča uporabo infrastrukture pametnih omrežij (Smart grid EV) meritev moči, časa polnjenja, net meteringa in uporabo brezžične komunikacije.
Tehnologija polnilnih postaj z uporabo pametnega omrežja se hitro razvija in bo omogočila hiter razvoj in uporabo ekoloških, varnih in predvsem energijsko varčnih električnih vozil v osebnem in javnem prometu, kot tudi v prenosu in hrambi električne energije, kot sta sistema V2H ali V2G.
V2G: V svoji najpreprostejši obliki je V2G sistem, v katerem električno omrežje komunicira z električnim vozilom, ki je priključeno na električno omrežje, da se električna energija vrne v omrežje ob največjem povpraševanju, in polni baterijo, ko je energije v omrežju preveč. Obstaja možnost, da lahko elektro distribucijsko podjetje vrnjeno energijo tudi plača, zato nekateri ljudje sisteme V2G vidijo kot odgovor na zanesljivost oskrbe za omrežja, ki temeljijo na obnovljivi energiji.
V2H: Baterija deluje kot sistem za shranjevanje električne energije – power bank in/ali kot rezervno napajanje med kratkotrajnimi izpadi električnega omrežja. Sistemi V2H so za odzivanje v izrednih razmerah neprecenljivi. Nissan na Japonskem ponuja tak sistem. Ker se baterija uporabljala samo v nujnih primerih, se izognemo vprašanju prevelikega števila dodatnih ciklov polnjenja/praznjenja in s tem hitrejšemu staranju baterije. Lahko pa se uporablja tudi kot začasen prenosen elektro generator na turističnih potovanjih, v odročnih krajih ali v drugih primerih.