Mivel az elektromos járművek (EV) piaca az elmúlt években egyre jelentősebbé vált Európában, a töltőpontok iránti igény is folyamatosan növekszik. Az infrastruktúra iránti kereslet leginkább az elektromos járművek elterjedésének köszönhető, mivel egyre több autógyártó összpontosítja ezekre az erőfeszítéseit, hogy megfeleljen az EU követelményeinek. Az is nyilvánvaló, hogy az új EV-k eladásainak növekedése az infrastruktúra további bővítését is szükségessé teszi, beleértve az új töltőpontok létesítését és a meglévőek bővítését.
Az EV-töltés teljes infrastruktúrájának tervezése során a töltőállomások típusát is meg kell adni. A gyorstöltők szükségessége kényelmes helyeken elengedhetetlen minden utazáshoz; mivel tudjuk, hogy minden akkumulátor töltése hosszú ideig tart, az EV-k nem különböznek egymástól. A legkisebb EV-akkumulátorok kb. 20–30 kWh, a legnagyobbak pedig akár 100 kWh kapacitásúak is lehetnek. A körülbelül 100 kWh kapacitású akkumulátort normál 240 V-os fali aljzatból nagyjából 24 óra alatt lehet feltölteni 2,3 kW teljesítménnyel. Egy speciális fali töltőberendezés körülbelül 7,5 óra alatt töltené az akkumulátort 7,4 kW teljesítménnyel, a gyorstöltő pedig 50 kW-os névleges teljesítménnyel 1 óra alatt is feltöltheti az akkumulátort. A gyorstöltők rendelkezésre állása alapvető fontosságú a nagy távolságokat utazó járművezetők többsége számára, különben az egész infrastruktúra használhatatlannak tekinthető.
A legtöbb elektromos jármű tulajdonosa rendelkezni fog külön otthoni töltővel is, amely a belső háztartási villamos hálózathoz csatlakozik, és a járművét éjszaka tölti, amikor az áram sokkal olcsóbb és kisebb az áramigény. Ez az otthoni töltő vagy egy normál 240 V-os, 13 A terhelhetőségű konnektor, vagy a legtöbb energiaszolgáltató által telepített 7,4 kW/32 A teljesítményű fali egység.
EV-töltési piramis
Az elektromos járművek piacának növekedése az autógyártókkal együtt számos saját töltő és csatlakozótípus kialakulásához vezetett, amelyek mindegyike egyedi kialakítást kínál. Már ez az egyetlen téma hatalmas kihívást jelent az elektromos járművek töltésére szolgáló általános tervezési infrastruktúrán belül. A probléma egyik megoldása a töltési stratégiák alkalmazása.
A skála alsó végén a lassú töltők találhatók, amelyek névleges teljesítménye jellemzően 2 és 3 kW közé esik, és szinte minden otthonban használni lehet. Ezen kívül van számos otthoni fali töltő is, ami felszerelhető a házon kívül vagy a garázsban. Ezek a fali töltők 7,4 kW névleges teljesítményűek, és közvetlenül a közüzemi hálózatra csatlakoznak.
A gyorstöltők a legtöbb nyilvános helyen megtalálhatók, például parkolókban, bevásárlóközpontokban, egyes esetekben a nyilvános utcai parkolókban is található belőlük. Ezek a töltők a töltőhálózattól függő ütemben töltik fel az elektromos járművet. A gyorstöltők névleges teljesítménye 7–22 kW, és az akkumulátora kapacitásától függően akár 3–6 óra alatt teljesen feltölthetik az elektromos járművet nulláról.
A rapid gyorstöltők még gyorsabbak, és leggyakrabban olyan parkolókban találhatók, ahol az elektromos járművek több órán át tartózkodnak. Kétféle típusuk létezik, a 43 kW teljesítményű váltakozó áramú és az 50 kW-os egyenáramú töltők. Az egyenáramú töltők közvetlenül töltik az akkumulátort, AC/DC átalakító és így teljesítményveszteség nélkül. Az EV akkumulátora mindkét töltési módszer esetén körülbelül 1 óra alatt töltődik fel.
Az elektromos járművek töltési skálája tetején azok a töltők találhatók, amelyek teljesítménye 120 és 300 kW között helyezkedik el. A Tesla volt az egyik első elektromosjármű-gyártó, amely 120 kW-os supercharger töltőt tervezett saját szabadalmaztatott csatlakozóval, a közelmúltban pedig bejelentették az új, 250 kW-os supercharger töltőt. A Tesla azt állítja, hogy az európai több mint 20 000 supercharger töltőből álló hálózatán 15–30 perc alatt képes teljesen feltölteni akkumulátorait. Az ilyen típusú töltők autópálya pihenőknél és benzinkutaknál ideálisak, mivel ezek általában jó helyen vannak a hosszú utakhoz, és könnyen hozzáférhetők.
Van már néhány EV-töltéssel foglalkozó cég, amely már túllépte az általában a legtöbb supercharger töltő által biztosított 150 kW teljesítményt. Az egyik ilyen vállalat a svájci székhelyű ABB. Az ABB Terra néven piacra dobta nagy teljesítményű egyenáramú gyorstöltőjét, amely akár 350 kW teljesítményre is képes, ami közel háromszorosa a Tesla supercharger töltői teljesítményének. Egyelőre még nincs a piacon olyan termék, ami képes lenne kezelni ezt a töltési képességet, de a technológia már létezik, és azonnal bevezethető, amint az elektromos járművek is idáig fejlődnek.
Csatlakoztatási lehetőségek
Az EV-infrastruktúrán belül nemcsak számos töltési lehetőség, de számos töltőcsatlakozó is rendelkezésre áll. Az egyes csatlakozók és töltőrendszerek nem kompatibilisek egymással, ami gátolja a kihívást az elektromos járművek iparágában. Íme egy lista a leggyakoribb EV-csatlakozók típusairól:
Type 1 csatlakozó – A Type 1 csatlakozó egy egyfázisú csatlakozó, amely maximum 7,4 kW (230 V, 32 A) töltési teljesítményszintet tesz lehetővé. A szabványt elsősorban az ázsiai régió gépjárműtípusai használják, Európában ritka, ezért nagyon kevés a nyilvános Type 1 töltőállomás.
Type 2 csatlakozó – A háromfázisú csatlakozó főként Európában terjedt el, és szabványos modellnek tekinthető. Magánterekben a 22 kW-ig terjedő töltési teljesítmény az általános, míg a nyilvános töltőállomásokon akár 43 kW (400 V, 63 A) töltési teljesítmény is használható. A legtöbb nyilvános töltőállomás Type 2 csatlakozóval van felszerelve. Ehhez minden Mode 3 töltőkábel használható, és az elektromos járművek 1-es és 2-es típusú csatlakozókkal is tölthetők. A töltőállomások oldalán található Mode 3 kábelek mindegyike Mennekes dugasszal (Type 2) rendelkezik.
Kombinált csatlakozók (Combined Charging System, CCS) – A CCS-csatlakozó a Type 2 csatlakozó továbbfejlesztett változata, két további tápérintkezővel a gyors töltés érdekében, emellett az AC és DC töltési teljesítményszinteket (váltakozó és egyenáramú töltési teljesítményszintek) akár 170 kW-ig támogatja. A gyakorlatban az érték általában 50 kW körül van.
CHAdeMO csatlakozó – Ezt a gyorstöltő rendszert Japánban fejlesztették ki, és lehetővé teszi az akár 50 kW töltési kapacitást is a megfelelő nyilvános töltőállomásokon. A következő gyártók kínálnak a CHAdeMO csatlakozóval kompatibilis elektromos járműveket: BD Otomotive, Citroën, Honda, Kia, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Peugeot, Subaru, Tesla (adapterrel) és Toyota.
Tesla Supercharger – A Tesla a supercharger töltőinél a Type 2 Mennekes dugasz egy módosított változatát használja. Ez lehetővé teszi a Model S 30 percen belül 80%-ra történő feltöltését. A Tesla ingyenes töltést kínál ügyfeleinek. Jelenleg más gyártmányú gépkocsi nem tölthető Tesla supercharger töltőn.
Otthoni töltés háztartási aljzatról – Maximum 3,7 kW (230 V, 16 A) töltési teljesítmény érhető el konnektorból, megfelelően biztosított hálózat esetén. Az elektromos gépkocsi feltöltésére Mode 2 töltőkábel szolgál. Ha az aljzatot előzőleg nem ellenőrizték, mindenképpen javasoljuk a maximális töltési teljesítmény 2,3 kW-ra (230 V, 10 A) történő korlátozását. Konnektorok néha nyilvános töltőállomásokon is találhatók. Ez a töltési módszer minden elektromos gépkocsi esetében elérhető.
Hálózati infrastruktúra
Az elektromos járművek elterjedésével párhuzamosan Európában az elektromos járművek töltőpontjainak száma évente növekszik. Ez egyes régiókban sokkal gyorsabban történik, mint másokban. 2019-ben körülbelül 15 ezer nagy teljesítményű (22 kW+) töltőpont volt használatban, 2020-ben ez az Európai Alternatív Üzemanyag Megfigyelőközpont adatai szerint csaknem megduplázódott 25 ezerre. Ez nem csak a EV-töltés terén történt előrelépéseknek köszönhető, hanem a 2014/94/EU irányelv 3. cikke alapján létrehozott nemzeti politikai kereteknek is (National Policy Frameworks, NPF).
Az EV-k egyik vezető országa Norvégia, ahol több mint 300e regisztrált elektromos személygépkocsi van forgalomban, ami 2020-től a teljes gépjárműpiac több mint 15%-át teszi ki. A konnektorról tölthető gépkocsik piaci részesedése már évek óta itt a világon a legmagasabb, és ez volt az első ország, ahol az EV-eladások túlszárnyalták a belső égésű motorú típusokéit. Jelenleg mintegy 500e elektromos jármű van forgalomban Norvégiában, beleértve a hibrideket és a konnektorról tölthető hibrideket, körülbelül 5,2 millió lélekszám mellett.
Az elektromos járművek ilyen hihetetlen elterjedését csak a töltőhálózati infrastruktúra kezelheti. Jelenleg mintegy 9000 töltőpont van Norvégiában, amelyek az elektromos töltőpontok térképe szerint 2500 állomáson oszlik meg. Mindemellett ez a világ legtisztább hálózata is, mivel az elektromos járművek töltéséhez felhasznált villamos energia 98%-a megújuló energiaforrásból származik.
Európaszerte számos energiaszolgáltató vállalat lép be az elektromos járművek töltésének iparágába, mivel ők a legalkalmasabbak az ilyen jellegű piacra, különösen akkor, ha megújuló energiaforrást, például szél-, nap- és vízenergiából származó villamosenergiát tudnak kínálni. A holland Fastned vállalat vezető EV-töltési specialista, nemrég bevezetett töltőállomásai kizárólag napelempanelekre támaszkodnak. Ez a megoldás költséghatékony módja az EV-k feltöltésének, mivel a korábbi megoldások a helyi erőművektől kapják az energiát. Az új EV-töltőállomásoknak a már meglévő áramhálózatra kell kapcsolódniuk, ami csak tovább terhelheti az energiahálózatot, emellett nyilvános helyeken kell elhelyezkedniük.
Egyes vállalatok azt kutatják, hogy az elektromos járművek miképpen változtatják meg üzletvitelüket, és hogyan állhatnak folyamatos fejlődési pályára. Az olajtársaságok, mint például a BP és a Shell, Európa-szerte szinte az összes töltőállomáson EV-töltőket telepítettek, így lépést tarthatnak a trendekkel és bővíthetik ügyfélbázisukat. Ezen túlmenően a töltőállomások többsége stratégiai helyzetben van a legtöbb járművezető számára a könnyű hozzáférhetőség érdekében, ami nagy előnyt jelent a teljes elektromos jármű-infrastruktúra számára.
Az elektromos járművek töltésének biztonsága
Az elektromos járművek töltésénél két szempontot is vizsgálni kell: magát a töltő, valamint a töltőkábelt a megfelelő csatlakozóval. Az elektromos járművek töltőpontjai az IEC 61851 EU-irányelv hatálya alá tartoznak, mely jelenleg is fejlődik, és folyamatos fejlesztés alatt áll. A töltőkábel és a töltőcsatlakozó az IEC 62196 EU-irányelv hatálya alá tartozik a dugaszok, az aljzatok, a járműcsatlakozók és a járműaljzatok tekintetében. Ezek az uniós szabványok a berendezések és a végfelhasználók biztonsága érdekében vannak érvényben. A jármű például csak akkor kap áramot, ha kompatibilis jármű csatlakozik, és a jármű mozgásképtelenné van téve, amíg a kábel csatlakozik.
Az IEC 62196 irányelv értelmében továbbá alirányelvek (IEC 62196-1 és IEC 62196-2) is vannak, amelyek részletesen ismertetik az egyes típusú dugaszok kialakítását és specifikációit. Azért vezették ezeket be, hogy lehetővé tegyék a különböző gyártók termékeinek összehangolását.
Konfigurációk:
Type 1 – Széles körben használják az Egyesült Államokban és Japánban, eredetileg a Yazaki tervezte és gyártotta, és SAE J1772 szabványként jelent meg az Egyesült Államokban. Maga a csatlakozó kerek házzal rendelkezik, a járműaljzaton bemetszéssel a tájolás érdekében. 32 A üzemi és 80 A maximális áramerősséget tesz lehetővé, de csak az Egyesült Államokban.
Type 2 – A Mennekes csatlakozóként is ismert dugasz kerek házzal rendelkezik, egyik oldalán lapítással a tájoláshoz. Ezenkívül több csapos és hüvelyes érintkezővel rendelkezik akár négy váltóáramú vezeték számára, található rajta védőföld érintkező, valamint két jelérintkező a működés vezérléséhez. A Type 2 csatlakozók további funkcióval is rendelkeznek, az érintkezőket nem lehet ujjal megérinteni az áramütés elkerülése érdekében, az újabb verzión pedig már zárófedél is található. A csatlakozó legfeljebb 63 A áramerősséget biztosít, egyfázisú alkalmazásokhoz pedig maximum 70 A töltőáram áll rendelkezésre. Az EU-n belül követelmény, hogy minden nyilvános váltakozó áramú töltő Type 2 csatlakozóval és aljzattal is fel legyen szerelve.
Type 3 – A másik kettővel ellentétben ez a konfiguráció nem csak dugaszból és aljzatból áll, ez a jármű kapcsolószerkezetét is tartalmazza. Ez a csatlakozó ovális, az oldalán lapítással a tájolásához. Érintésvédelemmel is el van látva, fedelek formájában az érintkezők felett, melyek megakadályozzák az érintést, emellett reteszelő mechanizmus biztosítja a rögzítettségét az aljzatban. A csatlakozó lehetővé teszi az egyfázisú töltést vezérlőérintkező nélkül 16 A-ig, vezérlőérintkezővel 32 A-ig, a háromfázisú töltést pedig 63 A-ig.
Amint már tudjuk, az elektromos járművek töltőállomásai iránti kereslet Európa-szerte nagyon magas, és létfontosságú annak biztosítása is, hogy minden töltőpont működőképes legyen; ellenkező esetben ez további terhet ró az infrastruktúrára. Számos probléma fordulhat elő, amely a töltő pont meghibásodásához vezethet, például a tápegység túlterhelése, berendezés- és rendszerhibák, valamint túlmelegedés. Európa-szerte számos ország már megkezdte a probléma kezelését annak biztosításával, hogy minden egyes nyilvános töltőállomás megfeleljen az elektromos rendszerekre vonatkozó európai biztonsági szabványoknak. Az egyes töltőállomásokra vonatkozó szabályozások a következők:
A HD 60364 szerint minden kisfeszültségű rendszert szakképzett villanyszerelőnek kell tesztelnie a telepítése után. A vizsgálatok magukban foglalják a szóban forgó töltőállomás különböző üzemmódjainak mérését, ellenőrzését és tesztelését. Az elvégzett vizsgálatok a védőföld vezeték folytonosságának és a beépített RCD működőképességének, valamint a szigetelésnek és a földelési ellenállásnak a méréséből állnak.
Tesztadapterek elektromos járművek töltőállomásához
Mode 3 töltési móddal rendelkező töltőállomásokhoz
Fluke T6-1000 PRO villamos teszter
A T6-1000 PRO villamos teszter akár 1000 V AC feszültséget és akár 200 A AC áramerősséget is képes mérni, nyitott villával és feszültség alatt álló hálózattal kapcsolatban álló tesztvezeték nélkül.
A biztonság nem csak a töltőkre vonatkozik, hanem a töltőberendezések minden elemére, beleértve a töltőkábelek kialakítását is, amelyeknek meg kell felelniük a HD 60364-5-52 szabályozásnak. Ebbe beletartozik a hőmérséklet mérése is egy óra folyamatos üzem során. Az eredmények végső soron a töltőegység és a töltőkábel túlmelegedésének kockázatát tesztelik, megelőzve a tűzkár vagy a kiégés kockázatát. A 45 Kelvin maximális hőmérséklet-emelkedés még elfogadható. Ezek a kockázatok hőkamerával könnyen meghatározhatók.
FLIR Exx sorozat
A nap folyamán nagyszámú objektumot rendszeresen megvizsgáló szakemberek számára készült FLIR Inspection Route a vizsgálati pontok előre meghatározott útvonalán vezeti végig a felhasználót, hogy szervezett módon gyűjthessen képeket és adatokat.
Fluke TiS55 hőképalkotó
Tervezze meg saját proaktív karbantartási (PM) programját, és valósítsa meg. Először is olyan funkciókra van szüksége, amelyek megkönnyítik a képrendszerezési és -vizsgálati szokásait.
Az elektromos töltőállomások tesztelési eljárásainak egy része nem a kezdeti telepítésre vonatkozik, de elengedhetetlen az időszakos tesztelés is az élettartamuk során. Az EN 61851-1 szabványnak való megfeleléshez a vezérlőjel elektromos biztonsági és működési tesztjeit a HD 60364-6 szabvány 6.5. szakasza szerint kell végezni. A PWM-jel teszteléséhez oszcilloszkópot kell használni. A kapott grafikus adatoknak lehetővé kell tenniük a mérnök számára, hogy a töltőállomás és a szóban forgó jármű közötti bármely ponton felmérhesse a töltésjel hibáit.
Kézi oszcilloszkóp csomag, 4x 500 MHz, 5 GSPS, Rohde & Schwarz
Laboratóriumi teljesítmény masszív és hordozható kivitelben – tökéletes univerzális eszköz a laborban és a terepen is.
Kézi oszcilloszkóp, 4x 200 MHz, 2,5 GSPS, Fluke
A Fluke ScopeMeter 190 Series II a legmagasabb biztonsági besorolást és a masszív hordozhatóságot ötvözi az asztali oszcilloszkóp nagy teljesítményével.
Az elektromos járművek infrastruktúrájának jövője
Mivel egyre több felhasználó ruház be elektromos járműbe, a megfelelő helyeken több töltőpontot kell elérhetővé tenni. Számos kormányzati támogatási rendszer is rendelkezésre áll, amelyek segítenek enyhíteni a nyomás egy részét EV-töltőpontok telepítésével a vállalatoknál a dolgozók számára, és otthon is.
Létezik egy globális éghajlat-változási politika is, amely szintén az „elektrifikáció” mozgatórugója, a járműgyártók pedig lassan átállnak a belsőégésű motorokról a teljesen elektromosra. A Ford nemrégiben jelentette be, hogy 2030-ra minden modelljét teljesen elektromosra állítja.
Nem kétséges, hogy a töltési infrastruktúra még sok évig fejlődésen esik át, de a jelenleg működő rendszer nagyszerű alapot jelent a jövőbeli építkezéshez.
