Huby ładowania i dynamiczne bilansowanie obciążenia — moc grupowa zamiast sumowania na punkt ładowania

W przewodniku 722-ev-charging omówiono wymagania instalacyjne dla pojedynczego punktu ładowania: układ uziemienia, typ RCD, przekrój kabla. Ten artykuł omawia, co się zmienia, gdy wiele punktów ładowania łączy się na jednym przyłączu — hub ładowania w biurze, kompleksie mieszkaniowym lub na terenie zakładu — i dlaczego moc przyłącza nie jest wówczas po prostu sumą wszystkich punktów ładowania przy pełnej mocy.

Problem: sumowanie przy pełnej mocy jest niepotrzebnie duże

Hub ładowania z, powiedzmy, dziesięcioma punktami ładowania po 11 kW każdy wymagałby, gdyby przyłącze dobrano na sumę wszystkich punktów ładowania jednocześnie przy pełnej mocy, mocy przyłącza wynoszącej 110 kW. W praktyce rzadko wszystkie pojazdy ładują się jednocześnie przy pełnej mocy — większość sesji ładowania nakłada się tylko częściowo w czasie, a wielu użytkowników nie potrzebuje pełnej mocy, aby naładować się wystarczająco w dostępnym czasie. Przyłącze dobrane na teoretyczne zapotrzebowanie szczytowe jest więc często znacznie przewymiarowane i droższe (zarówno pod względem mocy przyłącza sieciowego, jak i mocy transformatora/kabla).

Jak rozwiązuje to dynamiczne bilansowanie obciążenia

IEC 61851-1 definiuje dla ładowania Mode 3 (ładowanie AC z komunikacją) sygnał Control Pilot (CP) między punktem ładowania a pojazdem, za pomocą którego punkt ładowania komunikuje pojazdowi maksymalnie dopuszczalny prąd ładowania poprzez modulację szerokości impulsu. System bilansowania obciążenia na poziomie grupy wykorzystuje to w następujący sposób:

1. Rezerwuje stały, z góry określony budżet mocy grupowej dla całego hubu ładowania (na przykład 60 kW dla dziesięciu punktów ładowania z powyższego przykładu, zamiast 110 kW).
2. Rozdziela ten budżet mocy grupowej w czasie rzeczywistym między aktualnie ładujące się pojazdy, stale dostosowując sygnał CP dla każdego punktu ładowania do faktycznie dostępnej mocy.
3. Automatycznie przelicza rozdział przy podłączaniu lub odłączaniu pojazdów, tak aby łączny prąd grupowy nigdy nie przekroczył zarezerwowanej mocy grupowej, nawet chwilowo.

Uwaga: dynamiczne bilansowanie obciążenia jest uzupełnieniem, a nie zastąpieniem zwykłych wymagań instalacyjnych z przewodnika 722-ev-charging — dobór RCD, układ uziemienia i dobór przekroju kabla dla każdego punktu ładowania pozostają w pełni obowiązujące; bilansowanie obciążenia ogranicza jedynie jednoczesną sumę prądów ładowania na poziomie grupy.

Co dzieje się bez bilansowania obciążenia

Bez systemu bilansowania obciążenia instalację trzeba dobrać na sumę wszystkich punktów ładowania przy pełnej mocy, albo część punktów ładowania trzeba ręcznie ustawić na niższą, stałą moc (z tą wadą, że ta moc również pozostaje niewykorzystana, gdy ładuje się jednocześnie tylko kilka pojazdów). Instalacja dobrana na pełne zapotrzebowanie szczytowe bez bilansowania obciążenia jest funkcjonalnie poprawna, ale ekonomicznie nieefektywna; instalacja podłączona na niższą, statyczną moc bez bilansowania obciążenia ryzykuje przeciążeniem głównego przyłącza, gdy tylko kilka pojazdów zacznie ładować się jednocześnie przy pełnej mocy.

Znaczenie praktyczne

Przy projektowaniu hubu ładowania z wieloma punktami ładowania należy ustalić, czy moc przyłącza jest dobrana na teoretyczne zapotrzebowanie szczytowe (suma wszystkich punktów ładowania), czy na niższy, dynamicznie rozdzielany budżet mocy grupowej — a w tym drugim przypadku należy zweryfikować, że system bilansowania obciążenia rzeczywiście nigdy nie przekracza mocy grupowej, także podczas podłączania lub odłączania poszczególnych pojazdów.

Częste błędy

1. Traktowanie bilansowania obciążenia jako zastąpienia wymagań dla pojedynczego punktu ładowania (RCD, uziemienie, przekrój kabla na punkt ładowania) — te wymagania z przewodnika 722-ev-charging pozostają w pełni obowiązujące; bilansowanie obciążenia działa na poziomie grupy, a nie na poziomie punktu ładowania.
2. Ustawienie stałej, statycznej mocy na punkt ładowania zamiast dynamicznego rozdziału i nazywanie tego „bilansowaniem obciążenia" — statyczny rozdział nie wykorzystuje optymalnie dostępnej mocy grupowej i nie jest pełnoprawnym zastępstwem systemu, który rozdziela moc w czasie rzeczywistym.
3. Dobieranie mocy grupowej na podstawie optymistycznego założenia o jednoczesności bez uwzględnienia momentów szczytowych (na przykład wszystkie pojazdy przyjeżdżające mniej więcej w tym samym czasie) — wybrana moc grupowa musi pozostać wystarczająca dla akceptowalnej prędkości ładowania także w realistycznym scenariuszu najgorszego przypadku.

Powiązane

• §722 — instalacje ładowania pojazdów elektrycznych
• Ograniczenia sieci i magazynowanie energii w bateriach
• Domowe magazyny energii
• Odbiorcy wielkoskalowi i pomiar pośredni