MCS — Megawatt Charging System dla ciężkiego transportu drogowego

Przewodnik §722 — instalacje ładowania pojazdów elektrycznych oraz przewodnik o hubach ładowania i dynamicznym bilansowaniu obciążenia opisują instalacje ładowania w zakresie mocy samochodów osobowych i dostawczych — do kilkuset kW na punkt ładowania. Ten artykuł opisuje MCS (Megawatt Charging System) — standard ładowania opracowany przez CharIN (Charging Interface Initiative) dla ciężkiego transportu drogowego (elektryczne ciężarówki, autokary), który pod względem mocy przewyższa o cały rząd wielkości istniejącą infrastrukturę ładowania CCS.

Zakres mocy: inny rząd wielkości niż CCS

• Zwykła szybka ładowarka CCS Combo 2 dla samochodów osobowych dostarcza zwykle do około 350-500 kW, przy napięciu do około 1000V DC i prądzie do około 500A.
• MCS jest specyfikowana dla mocy do około 3,75 MW na jedno przyłącze, przy napięciu do 1250V DC i prądzie do 3000A — daleko poza tym, co może wytrzymać konwencjonalny, chłodzony powietrzem kabel ładujący i złącze.

Standard komunikacji: ta sama rodzina protokołów co V2G

Komunikacja między pojazdem a punktem ładowania w MCS wykorzystuje tę samą rodzinę protokołów co dwukierunkowe ładowanie samochodów osobowych — ISO 15118-20 — uzupełnioną o specyficzne wymagania dotyczące złącza MCS (między innymi poprzez IEC 61851-23-3 i SAE J3271). Zob. przewodnik o V2G i ładowaniu dwukierunkowym w sprawie tła tego protokołu dla samochodów osobowych.

Dlaczego chłodzenie cieczą nie jest tu dodatkową opcją, lecz koniecznością

Dla ładowarki CCS o mocy 350 kW dla samochodów osobowych kabel ładujący chłodzony cieczą to sposób na to, by kabel był cieńszy i lżejszy niż byłby kabel chłodzony powietrzem przy tym samym prądzie — praktycznie pożądane, ale nie ściśle konieczne. Przy prądach na poziomie MCS (do 3000A) kabel chłodzony powietrzem o akceptowalnej średnicy i wadze nie jest już wykonalny: przekrój przewodnika, który byłby potrzebny do przeniesienia takiego prądu bez aktywnego chłodzenia, sprawiłby, że kabel byłby zbyt sztywny i zbyt ciężki do obsługi ręcznej. Kable i złącza chłodzone cieczą są zatem fundamentalną częścią konstrukcji MCS, a nie ulepszeniem komfortu.

Aspekty zabezpieczeń na poziomie prądu stałego

Przy takim połączeniu wysokiego napięcia i wysokiego prądu stałego obowiązują te same zasadnicze rozważania, co dla innych systemów prądu stałego dużej mocy w instalacji:

• Wykrywanie łuku prądu stałego: łuk prądu stałego, w przeciwieństwie do łuku prądu przemiennego, nie ma naturalnego przejścia przez zero i dlatego trudniej gaśnie samoistnie (zob. przewodnik o wykrywaniu łuku prądu stałego w łańcuchach PV w sprawie tej samej zasady fizycznej, zastosowanej do innego obszaru prądu stałego) — przy mocach MCS niezawodne wykrywanie łuku prądu stałego jest istotną częścią zabezpieczenia.
• Urządzenia zabezpieczające prądu stałego: urządzenia łączeniowe i zabezpieczające dla tego zakresu napięcia i prądu muszą być specjalnie przebadane i dobrane dla prądu stałego (zob. [przewodnik o zabezpieczeniach DC i doborze kabli dla BESS](/guides/nen-1010/bess-gelijkstroom-dc-beveiliging-kabeldimensionering) w sprawie porównywalnych rozważań dla stacjonarnych systemów akumulatorowych prądu stałego) — urządzenie zabezpieczające prądu przemiennego nie jest automatycznie odpowiednie do przerywania prądu stałego przy takich natężeniach.

Przyłączenie do sieci: od jednego punktu ładowania do kwestii zatoru sieciowego

Jedno pojedyncze przyłącze MCS przy pełnej mocy wymaga już mocy przyłączeniowej porównywalnej ze średniej wielkości zakładem przemysłowym. Depot ciężarówek z kilkoma punktami ładowania MCS używanymi (częściowo) jednocześnie szybko osiąga zsumowaną moc rzędu dziesiątek MW — skala, która bezpośrednio dotyczy problemu zatoru sieciowego, który dotyka także przyłącza dużych odbiorców gdzie indziej. Jak opisano w tym przewodniku, do zrealizowania depot MCS w ramach osiągalnej mocy przyłączeniowej często konieczne jest połączenie dynamicznego bilansowania obciążenia (zob. przewodnik o hubach ładowania) oraz lokalnego magazynowania energii w bateriach do redukcji szczytów.

Uwaga: w chwili pisania MCS jest technologią wschodzącą, dla której nie istnieje jeszcze dedykowany rozdział NEN 1010 — porównywalne z tym, jak §722 został kiedyś dodany specjalnie dla ładowania pojazdów elektrycznych. Dopóki taki rozdział nie powstanie, instalacja podlega ogólnym wymaganiom dotyczącym zabezpieczenia przed przeciążeniem i zwarciem (§433/§434) oraz urządzeń łączeniowych (§537), uzupełnionym specyfikacjami producenta i CharIN dla samego wyposażenia MCS.

Znaczenie praktyczne

Przy projektowaniu infrastruktury ładowania dla ciężkiego transportu nie wystarczy po prostu przeskalować doświadczenie ze zwykłych punktów ładowania pojazdów elektrycznych do poziomów mocy MCS — zarówno wykonanie fizyczne (chłodzenie cieczą, zabezpieczenia DC), jak i przyłączenie do sieci (moc zsumowana, zator sieciowy) wymagają podejścia bliższego infrastrukturze przemysłowej lub użyteczności publicznej niż zwykłym hubom ładowania.

Typowe błędy

1. Bezpośrednie skalowanie infrastruktury ładowania dla samochodów osobowych do poziomów mocy MCS bez uwzględnienia fizycznych ograniczeń kabli chłodzonych powietrzem i wynikającej z tego konieczności chłodzenia cieczą.
2. Stosowanie urządzeń zabezpieczających prądu stałego ze świata prądu przemiennego w instalacji MCS — przerywanie prądu stałego przy takich natężeniach wymaga urządzeń specjalnie przebadanych dla prądu stałego.
3. Niedocenianie przyłączenia depot MCS do sieci przez uwzględnianie jedynie mocy jednego punktu ładowania zamiast jednoczesnej mocy zsumowanej całego depot.

Powiązane

• V2G — ładowanie dwukierunkowe
• §722 — instalacje ładowania pojazdów elektrycznych
• Huby ładowania i dynamiczne bilansowanie obciążenia
• Zator sieciowy, redukcja szczytów i magazynowanie energii w bateriach
• Wykrywanie łuku prądu stałego w łańcuchach PV