E-mobilnost: Električne polnilnice - nadaljevanje

Kot najučinkovitejši in najvarnejši način polnjenja električnih avtomobilov za uporabo doma je izmenični način 3 (angl. AC mode 3) po standardu IEC 61851-1, 1-fazni ali pa 3-trifazni priklop z različno močjo.

Aleksander Cilenšek Produktni vodja

V prejšnjem blogu na temo električnih polnilnic, smo vam predstavili različne možnosti polnjena električnih vozil. Tokrat pa podobneje predstavljamo kako je zgrajena osnovna hišna polnilnica (Wallbox, način 3) za domačo uporabo, kakšno funkcijo imajo posamezni sestavni deli, kako se sporazumeva z električnim vozilom ter kako izgledata vtičnica in vtikač tipa 2.

Hišne polnilnice – način 3

Če si zamislimo hišno stensko (angl. wallbox) polnilnico s fiksnim kablom in vtičem tipa 2 (slika 1, A), se nam že takoj pojavi vprašanje, kako polnilnica sporoči avtomobilu, koliko toka lahko »vzame« za polnjenje baterije, da ne preobremenimo hišnega priključka ali električne inštalacije, in kako polnilnica zazna, kdaj je avtomobil priključen in ali se sploh polni? V ta namen je na vtiču komunikacijski pin z oznako CP (angl. control pin). Po tem pinu polnilnica prek napetostnih nivojev (uporovni delilnik v avtomobilu) zaznava, ali je avtomobil priklopljen, pripravljen na polnjenje, in status polnjenja. Hkrati pa se po njem prenaša PWM-signal, ki s širino impulza (angl. duty cycle) sporoča avtomobilu, koliko toka lahko vzame (slika 2). Napetostni nivoji in širine pulzov so natančno določeni v standardu IEC 61851-1. Na trgu so hišne polnilnice s fiksno nastavljenim tokom polnjenja ali pa dinamične. Dinamične so lahko povezane s števcem električne energije ali pa s tokovnim merilnim transformatorjem, ki meri celotno porabo na hišnem priključku, da sproti uravnava tok polnjenja v izogib preobremenitvam in neželenim izklopom.

Pri javnih polnilnicah z načinom 3 (slika 1, B), kjer uporabnik priključi električni avtomobil s prenosnim kablom (slika 1, C), pa mora polnilnica zaznati kapaciteto kabla, da ga ne preobremeni. Na trgu so namreč kabli za različne kapacitete (moči) polnjenja, npr. 3.7, 7, 11 in 22 kW. Na teh polnilnicah se navadno nahaja vtičnica tipa 2 z zaklepom, kajti prosti kabel zunaj na prostem predstavlja preveliko tveganje zaradi poškodb ali kraje, saj vsebuje dragoceni baker. Polnilnica »potipa« kapaciteto kabla prek namenskega pina PP, kjer je vezan upor na ozemljitev. Ta upor določa največji dovoljeni tok polnjenja, da kabel ni preobremenjen. Vrednosti uporov in njihov pomen so ravno tako določeni v standardu (IEC 61851-1). Na sliki 3 vidimo razporeditev pinov za vtič tipa 2 po IEC 62196-2. Pri hišni polnilnici s fiksnim kablom bo na vtiču prisoten pin CP, na samostojnem kablu, namenjenem za priklop na javno polnilnico, pa pin PP, lahko sta tudi oba. V primeru 1 faznega sistema sta pina L2 in L3 prazna. Zaradi komunikacijskih pinov CP in PP je v kablu prisoten še pomožni vodnik za komunikacijo, zato ne zadostuje standardni 1-fazni (3-žilni) ali pa 3-fazni (5-žilni) kabel. Dokler polnilnica ne zazna, da je avto priključen in pripravljen na polnjenje, v kablu in vtiču ne sme biti napetosti. Polnilnica mora tudi nemudoma ob zaznavi konca polnjenja ali pa ob nenadni prekinitvi tokokroga izključiti napajanje v času manj kot 100 ms.

Za komunikacijo z električnim avtomobilom in za upravljanje/nadzor polnjenja je v polnilnici vgrajen namenski EVSE-kontrolni rele, ki deluje v skladu z določili po standardu IEC 61851-1.

Poleg zaščite s takojšnjim izklopom iz omrežja pa standard zahteva tudi diferenčno tokovno zaščito z občutljivostjo 30 mA, ki pa mora biti najmanj tipa A z dodatno zaščito zaznave do 6 mA DC diferenčnega toka ali pa tipa B. Diferenčna tokovna zaščita je lahko tudi kombinacija na primer s tipom A predhodno zaščitene električne inštalacije in dodatne diferenčne zaščite 6 mA DC v polnilnici. Marsikateri proizvajalec polnilnic z načinom 3 ima rešitev zgolj z dodano elektronsko detekcijo 6 mA DC in izklopom prek kontaktorja ali releja, ko EVSE-kontrolnik zazna napako.

Na sliki 4 je primer poenostavljene električne sheme, na vhodu v polnilnico je diferenčno stikalo RCCB EV tipa (F1), ki mu sledita inštalacijski kontaktor (K1) in EVSE-kontrolni rele (K3) po IEC 61851-1. V shemo bi lahko dodali še RFID-čitalnik, ki ob prepoznavi uporabnika dovoli polnjenje, časovni rele, ki ga inštalater lahko nastavi na delovanje v času poceni električne tarife, komunikacijski modul, števec električne energije, prenapetostno zaščito, kontrolnik napetosti itd.

Kaj nas na področju razvoja hišnih polnilnic lahko čaka v prihodnje? Na trgu se že sedaj pojavljajo t. i. pametne (smart) polnilnice, ki imajo vgrajeno podporo za komunikacijski protokol OCPP (angl. open charge point protocol). Ta protokol naj bi omogočal daljinsko upravljanje polnilnice za polnjenje na zahtevo uporabnika, elektrodistribucije ali pa sistema za nadzor energijskih tokov (angl. power management system). V nekaterih državah so na voljo tudi državne subvencije, pogojene s podporo temu protokolu, npr. v Veliki Britaniji. Vse več pa se govori tudi o dvosmernih polnilnicah, kjer električni avtomobil lahko postane zalogovnik energije. Tu obstajata dva načina:

• vehicle to home (V2H), dvosmerni pretok energije med električnim avtomobilom in gospodinjstvom,
• vehicle to grid (V2G), dvosmerni pretok energije med električnim avtomobilom in električnim omrežjem.

Ob tem se kmalu začnejo odpirati nova vprašanja, kot je smiselnost nenehnega pretvarjanja AC/DC in DC/AC ter s tem povezanih izgub. Morda pa v bitki Tesla/Edison vendarle še nimamo dokončnega zmagovalca in se bo v naših domovih kaj kmalu pojavil tudi enosmerni tokokrog.

Viri: ETI Leaflet: EV_smart_charger.pdf