Charge Days to międzynarodowa konferencja skupiająca się na bieżących wyzwaniach i przyszłości, jaka czeka zarówno technologię, jak i samą infrastrukturę ładowania. Nie mogło więc nas tam zabraknąć. Nasz przedstawiciel udał się do Bochum w Niemczech, gdzie przez dwa marcowe dni zgłębiał najnowsze trendy. Chcecie wiedzieć o czym mówiono na najważniejszym w Europie wydarzeniu dotyczącym problematyki ładowania pojazdów elektrycznych? Zapraszamy na relację.
Charge Days 2019, Bochum, Niemcy
Jak ładować pojazdy efektywnie i w krótkim czasie? Jak rozwijać i inteligentnie łączyć ekosystem pojazdów i sieci energetycznej, aby umożliwić postępującą elektryfikację transportu? Jak to wszystko może wpływać na nasze codziennie życie, wygląd naszych miast i zmianę przyzwyczajeń, aby użytkowanie samochodu elektrycznego było ekonomiczne? Jak zapewnić bezpieczeństwo danych (w tym płatniczych), których coraz więcej gromadzą operatorzy, sieci i urządzenia do ładowania EV? Jakie wyzwania legislacyjne stoją przed nami w zakresie tworzenia pan-europejskiej sieci wysokiego ładowania?
Te wszystkie pytania to tylko część tematów poruszanych w trakcie Charge Days 2019. Nie ulega wątpliwości, że tematyka związana z ładowaniem pojazdów elektrycznych jest szeroka i dotyka wielu aspektów. My postaramy się przybliżyć wam jedynie kilka zagadnień, które mogą dać pojęcie, jak będzie zmieniać się ta dziedzina w przyszłości.
Ładować tyle, ile trwa tankowanie paliwa
Ładowanie szybkie i wysoką mocą to zdecydowanie przyszłość ładowania. Coraz większe pojemności baterii pozwalające na przejechanie na jednym ładowaniu porównywalnej z samochodem spalinowym odległości, a także elektryfikacja pojazdów ciężarowych i transportu miejskiego, wymuszają zmiany technologiczne. Jednak nie tylko technologia musi to umożliwiać, zmienić się musi też infrastruktura – tradycyjne kable miedziane dostarczają maksymalnie do 200 AMP (110 kW), powyżej takiej mocy niezbędne są kable chłodzone. Szybsze ładowanie – o większej mocy – wymusi dodatkowo zwiększenie napięcia w sieci.
Zmiany te umożliwią jednak osiągnięcie znacznie krótszego czasu ładowania pojazdów – moc do 350 kW umożliwi naładowanie samochodu o baterii 100 kWh w czasie krótszym niż 20 minut (do 80%). Zaś proponowane przez niektórych ładowanie przemysłowe (wysokiej mocy; 500 kW) pozwoli na ładowanie pojazdów ciężarowych (klasy 6, 7 i 8), czyli także np. autobusów, w ciągu 20 minut. A krótki czas ładowania jest ceniony przez kierowców – zwłaszcza w trasie, albo wtedy, kiedy dużą rolę odgrywa logistyka ładowania.
VGI, czyli jak związać samochód z siecią?
Czy znacie pojęcie Vehicle to grid (V2G, pojazd do sieci)? To system, w którym pojazdy elektryczne nie tylko pobierają energię z sieci (i zużywają ją do napędu), ale także ją do sieci oddają oraz służą jako mobilne magazyny energii. Można go potraktować szerzej, jako ogólnie pojętą integrację pojazdu z siecią (VGI). O ile V2G pozwala na sprzedawanie energii do sieci (samochód jako prosument) i niwelowanie przeciążeń sieci w godzinach szczytu oraz wysokiego zapotrzebowania na energię elektryczną, o tyle VGI umożliwia dostosowanie ładowania EV do potrzeb sieci elektrycznej. Aby tak się działo, pojazdy elektryczne muszą mieć możliwość zarządzania ładowaniem lub dwukierunkowo komunikować się z siecią. Zarówno V2G jak i VGI umożliwią znacznie większy udział energii ze źródeł odnawialnych w zasilaniu pojazdów elektrycznych, jest to więc rozwiązanie, nad którego opracowaniem i wdrożeniem pracuje się obecnie na całym świecie. Tym bardziej, że koncepcję VGI można stosować nie tylko do pojazdów, ale wszystkich inteligentnych „odbiorców” energii – budynków, urządzeń, itd.
Nie jest to jednak takie proste. Obecnie istnieje co najmniej 50 wartych uwagi projektów VGI, a każdy z nich zakłada inne podejście. Jest podejście cyfrowe, analogowe, sterowania logicznego, zarządzania energią. O ile każdy z nich może działać osobno, nie są jednak kompatybilne i nie da się ich połączyć. Zaś opracowywanie różnych rozwiązań (jak np. istniejące różne standardy ładowania EV) w istocie generuje więcej problemów, dlatego niezbędne jest zintegrowane podejście do tej koncepcji już na tym etapie.
Podejście Porsche do VGI
Co proponuje Porsche? Wg nich należy wykorzystać standard ISO/IEC 15118 oraz lokalne EMSy (systemy zarządzania energią) z wykorzystaniem tabeli cen energii. Jak ma to działać?
Tabela cen energii określa dostępność energii i jej koszt, a jest przesyłana do pojazdu za pomocą EVSE, elementu, który znajduje się w każdej ładowarce. Na podstawie tabeli, swego BMS i ustawień kierowcy, pojazd tworzy profil ładowania, który opisuje planowany w czasie pobór mocy przez pojazd.
Aby zrozumieć tę koncepcję niezbędne jest opisanie, co oznacza inteligentne ładowanie. Można rozumieć je jako ładowanie „optymalne” – dynamicznie dostosowujące profil ładowania pojazdu na podstawie aktualnego stanu sieci energetycznej, kosztów za energię i potrzeb kierowcy. Kiedy zastosujemy EMS oparty na cenie energii (nie tylko do ładowania pojazdów, ale wszelkich urządzeń elektrycznych), uzyskujemy coś w rodzaju aukcji energetycznej, gdzie źródła i „pochłaniacze” energii sprzedają ją i kupują. EMS działa jak agregat energii, jednocześnie decydując, ile energii jest dostępnej dla urządzeń inteligentnych. Natomiast w inteligentnym domu czy budynku zarządza np. tym kiedy ładować, a kiedy oddawać energię do sieci, czy jak optymalizować budżet ładowania z czasem i zapotrzebowaniem na energię.
Oczywiście podejście Porsche zakłada znaczną regularność – w miarę stały czas ładowania, typowe podłączanie i odłączanie pojazdu. Jednak taka regularność występuje zwłaszcza w domu i miejscu pracy. Są to dwa preferowane przez użytkowników EV miejsca ładowania, i nawet jeśli szybkie ładowanie publiczne będzie zwiększać udział w piramidzie ładowania, to jednak przez długi czas wolne (i długie) ładowanie w domu i miejscu pracy będzie podstawą pozyskiwania energii. Co ważne, w tych miejscach samochód jest podłączony do EVSE przez czas dłuższy, niż potrzebny na naładowanie, co sprzyja generowaniu danych.
Kto musi uczestniczyć w procesie tworzenia takiego systemu VGI? Oczywiście pojazd (i jego kierowca), który otrzymuje ładowanie szybko, w optymalnej cenie i bez kłopotu. Będzie to także właściciel „licznika”, czyli osoba lub firma, która zarządza daną posesją i może optymalizować swoje koszty energii oraz producent samochodu, jako że on decyduje o konstrukcji i możliwościach BMSu pojazdu. Nie można pominąć operatorów stacji ładowania, którzy mogą łatwo zarządzać ładowaniem oraz rozliczać koszty za usługi ani producentów energii, którzy dzięki niemu optymalizują wytwarzanie.
Podejście Porsche zakłada, że standaryzacja VGI jest niezbędna do zapewnienia interoperacyjności i powszechnego stosowania tego rozwiązania. Musi ono jednak uwzględniać nie jednego czy dwu uczestników tego procesu, ale wiele podmiotów i ich potrzeby. Nie powinno też być ograniczane tylko do EV, ale wszystkich urządzeń w IoT. Aby VGI było skuteczne, niezbędna jest optymalizacja procesu przed i za licznikiem energii, czyli zarówno po stronie poboru energii oraz jej wytwarzania. A sukces zapewni mu łatwość użycia i możliwość dalszego rozwoju.
Bez kabla?
O ładowaniu bezprzewodowym zapewne każdy wie – wystarczy przypomnieć sobie ładowaną „przez szklankę” szczoteczkę do zębów. O tym, że ładowanie bezprzewodowe świetnie sprawdzałoby się w samochodach elektrycznych też chyba nie trzeba przekonywać. Czy jednak taki typ ładowania ma szansę na przejęcie pałeczki w przyszłości?
To, czy ładowanie bezprzewodowe EV stanie się powszechne zdecyduje kilka czynników – skuteczność innych rozwiązań w zakresie ładowania, koszt infrastruktury, rozwój technologii zapewniający jej niezawodność (w trakcie bezprzewodowego przesyłu energii powstają spore straty), rozwój jazdy autonomicznej, oczekiwania konsumentów i w końcu dostępność standardu. Dlaczego i tu (jak wszędzie) standard jest niezbędny? Bo określi podstawowe i niezbędne wymogi bezpieczeństwa, stosowanej technologii, a także zapewni interoperacyjność rozwiązania i ekonomię skali, by było to opłacalne biznesowo.
Obecne prace koncentrują się na statycznym (pojazd jest nieruchomy) ładowaniu samochodów osobowych mocą do 11 kW. Niewiele, ale i tak są całkiem spore wyzwania. Pierwsze to możliwość dostania się obiektów „obcych” między cewkę transmitera i odbiornika energii i zdolność systemu do ich wykrywania. Mogą to być obiekty „zagrażające”: ludzka ręka, pies, kot, czy choćby metalowa puszka grożąca pożarem lub „bezpieczne”, których system nie powinien uwzględniać, np. liście. Ponieważ transmisja energii odbywa się za pomocą pola elektromagnetycznego, a wykrywanie obiektów „obcych” za pomocą mierzenia jego zmian – a zmiany to fale elektromagnetyczne, w których skład wchodzą np. fale radiowe – istotną kwestią jest kompatybilność elektromagnetyczna. To zaś jest zdolność urządzenia elektrycznego do własnej poprawnej pracy i niezakłócania pracy innych urządzeń, trwa więc obecnie dyskusja, by nie powiedzieć batalia, między radioamatorami oraz rozgłośniami na temat dostępnych częstotliwości dla systemów ładowania bezprzewodowego w EV.
Kolejnym wyzwaniem jest osiągnięcie precyzji parkowania, gdyż aby ładowanie bezprzewodowe było skuteczne niezbędne jest parkowanie w taki sposób, by cewka transmitera i odbiornika były dokładnie naprzeciw siebie. Tu wydaje się, że rozwiązaniem może być pojazd autonomiczny – taki zaparkuje na pewno „w punkt”. No i komunikacja – jakie dane mają być przekazywane między transmiterem, pojazdem a ładowarką w celu autoryzacji i kontroli przebiegu procesu ładowania.
Jak widać, tematyka i szczegółowość konferencji w Bochum była obszerna. Wszystkie były istotne i ciekawe z naszego punktu widzenia. Poznanie tematów, nad którymi pracuje się obecnie na świcie jest fascynujące. A że jesteśmy ludźmi z pasją do elektromobilności, z niecierpliwością będziemy obserwować zachodzące zmiany i dostosowywać się do nich.
