Aiheet:
- esittely
- Latauspistokkeet ja liitännät
- Elektroniset ajoneuvotarvikkeet (EVSE)
- Latausvaihtoehdot
- Latausajat
- Ladattavat hinnat
- Yhteys latausaseman ja ajoneuvon välillä
- Läheisyyspilotti
- Ohjauspilotti
- Sähköverkko
Esipuhe:
Sähköajoneuvojen tai ladattavien hybridien akut voidaan ladata ulkoisilla latauslaitteilla. Voit liittää auton latauskaapelilla yleiseen latausasemaan, julkiseen latausasemaan tai omaan seinärasiaan (ulkosivulla tai autotallissa) lataamaan akkua sähköverkon kautta. Usein on saatavilla myös mobiililaturi, jolla voi ladata pistorasian kautta, mutta tätä laturia suositellaan käytettäväksi vain hätätapauksissa.
Seuraavassa kuvassa näkyy sähköauton lataus. Ajoneuvon kyljessä on läppä, joka näyttää hyvin samanlaiselta kuin polttomoottorilla varustetun auton polttoaineläppä. Läpän takaa löytyy pistokeliitäntä, johon latauspistoke voidaan laittaa.
Läpän tarra osoittaa, minkä värin pistokkeen vieressä oleva LED palaa tietyssä tilassa.
Latauspistokkeet ja liitännät:
Latauspistokkeet ja -liitännät ovat standardoituja Euroopassa. Käytämme Mennekes (tyyppi 2) AC-lataukseen (vaihtovirta) ja CCS2-pistoke DC-lataukseen (tasavirta).
Seuraavassa kuvassa on yhdistetty Mennekes Type 2 CSS2-latauspistokkeilla. Tämä pistoke mahdollistaa (nopea) latauksen tasavirralla.
Alla olevassa kuvassa näkyvät muualla maailmassa käytetyt pistokkeet. AC ja DC erotetaan toisistaan, ja DC-versio on usein AC-liittimen jatke.
Elektroniset ajoneuvojen tarvikkeet (EVSE):
Julkiset latauspaikat on aina varustettu liitännällä EVSE:n (Electronic Vehicle Supply Equipment) kanssa. Tämä takaa turvallisuuden ja yhteydenpidon. EVSE:n toimintoja ovat mm.
- Liitäntöjen tarkistus: kun olet varmistanut, että kaikki pistokkeet on kytketty ja lukittu, lataustila käynnistyy;
- Itsediagnoosi: kun virheitä havaitaan, verkkovirta katkeaa;
- Vuotovirran havaitseminen: verkkovirta katkeaa, jos vuotovirta ilmenee;
- Virranhallinta: kommunikoi auton sisäisen laturin kanssa käyttämällä PWM-signaalia virran rajoittamiseksi.
Latausvaihtoehdot:
Vaihtovirralla (AC) ladattaessa auton sähköverkosta tuleva sähkö muunnetaan tasavirraksi (DC). Vaihtovirtalatauksen haittana on, että induktioilmiöiden ja johtimen vastuksen aiheuttamien häviöiden riski on suuri. Autossa tapahtuu myös muunnos AC:sta tasavirtaan ennen kuin energia saavuttaa akun, mikä rajoittaa latausvirtaa.
Tasavirtalataus (DC) mahdollistaa "supernopean" latauksen. AC/DC-muunnos ei enää tapahdu sisäisessä laturilla, vaan ajoneuvon ulkopuolella. Akku voidaan siksi ladata suuremmalla latauskapasiteetilla ja näin ollen se täyttyy nopeammin. Tämä on ihanteellinen lataukseen kahvitauon aikana moottoritiellä loppumatkan ajan.
Ajoneuvon lastaustavat ja nopeudet voidaan jakaa neljään eri tilaan. Tilat 1, 2, 3 ja 4 osoittavat, kuinka ajoneuvo on kytketty virtalähteeseen.
- Tila 1: lataus tapahtuu suoraan kotitalousliittymän sähköverkon kautta. Ajoneuvossa jännite muunnetaan AC:sta (vaihtovirrasta) tasavirraksi (DC). Latauslaite tarjoaa turvallisuutta, koska siinä ei ole virtarajoitusta tai palautetta ajoneuvosta pistorasiaan. Tätä lastausmenetelmää käytetään harvoin vaaran ja vikojen vaaran vuoksi, ja siksi se on kielletty monissa maissa.
- Tila 2: kuten tilassa 1, käytetään taloliitännän pistorasiaa ja latausvirta rajoitetaan 16 A:iin teho 3,68 kW. Ylikuormituksen estämiseksi latausjohtojen kautta kulkeva teho on kuitenkin yleensä rajoitettu 2,3 kW:iin (n. 10 A). Lataustilassa 2 latausasema on suunniteltu mobiililaturiksi, jonka voi ottaa mukaan. Ajoneuvossa sisäänrakennettu laturi muuntaa vaihtovirran tasavirraksi.
- Tila 3: latauksessa käytetään kiinteää latausasemaa tai seinärasiaa, joka, kuten tilassa 2, liitetään rakennuksen sähköverkkoon. Mode 3 -laturi soveltuu AC-lataukseen ja tehoille 3,68 - 22 kW. Jälleen kerran vaihtovirta muunnetaan tasavirraksi ajoneuvon tehoelektroniikassa.
- Tila 4: Kun lataustilat 1-3 käyttävät vaihtovirtaa ja tämä on muutettava tasavirraksi ajoneuvossa, tilassa 4 muuntaminen vaihtovirrasta tasavirraksi tapahtuu itse latausasemassa. Tasavirta syötetään suoraan akkuun. Tätä kutsutaan DC-lataukseksi tai pikalataukseksi. DC-latausasema tilan 4 lataamista varten vaatii vähintään 480 voltin tulojännitteen ja tuottaa 43 kW tehoa.
Latausajat:
Hybridi- ja sähköautojen latausajat voidaan määrittää akun kapasiteetti jaetaan toimitetulla määrällä teho laturista.
Käytettävissä oleva latausteho ei määräydy ainoastaan laturin ja latauskaapelin tyypin mukaan, vaan myös suurimman lataustehon mukaan, johon ajoneuvon tehoelektroniikka sopii. Uudet luksusautot saavat yhä enemmän suurempia akkuja, joissa on enemmän kapasiteettia suuremmalle kantamalle, mutta koska latauskapasiteetti kasvaa, se voi jopa tarkoittaa, että latausaika lyhenee. Esimerkkinä otamme VW e-Golfin (32 kWh) verrattuna Mercedes EQS SUV 500:aan (108,4 kWh). Kaikki ajoneuvot eivät voi ladata jopa 100 % tasavirtaa käyttäen. DC-lataus pysähtyy 80 prosenttiin. Viimeiset 20 % menee pienemmällä latauskapasiteetilla AC:n kautta. Tämä on tarkoitettu HV-akun suojaamiseksi.
VW e-Golf (32 kWh)
AC-lataus:
Tyypin 2 latauspistokkeella akku voidaan ladata verkkovirralla. Integroidun laturin enimmäislatausteho on 3,7 kW. Kun akkua ladataan 20 %:sta latausaseman kautta (tila 3), tämä kestää noin 7 tuntia. Selitys: 80 % (lataus) 32 kWh:sta = 25,6 kWh. Laskemme latausajan jakamalla tarvittavan tehon toimitetulla teholla: (25,6 / 3,68) = 6,96 tuntia (6 tuntia ja 58 minuuttia).
Pistorasian kautta ladattaessa (tila 2) teho on rajoitettu 2,3 kW:iin ja latausaika on 11,13 tuntia (11 tuntia ja 8 minuuttia).
DC-lataus:
Pikalatauksessa tasavirralla teholla 44 kW, akku latautuu täyteen 0,58 tunnin (35 minuutin) kuluttua.
Mercedes EQS SUV 500 4MATIC (108,4 kWh)
AC-lataus:
Tyypin 2 latauspistokkeella akku voidaan ladata verkkovirralla. Integroidun laturin enimmäislatausteho on 11 kW. Jälleen kerran oletetaan, että veloitamme alkaen 20 %. Latauslaitteen syöttämä teho on 86,72 kW. Latausaseman kautta ladattaessa latausaika on 7,88 tuntia (7 tuntia ja 53 minuuttia).
DC-lataus:
Tilalla 4 on mahdollista ladata jopa 207 kW. Latausaika on: (86,72 / 207) = 0,42 tuntia (25 minuuttia).
Ladattavat hinnat:
Latauskorttien tarjoajia on monia. Useat verkkosivustot tarjoavat yleiskatsauksia hinnoista. Tässä osiossa oletetaan maaliskuussa 2023 voimassa olleet energiahinnat, emmekä ota huomioon liittymismaksuja tai aloitushintoja latauskertaa kohti, vaan ainoastaan energian hintoja.
- Alankomaat AC 0,60 €/kWh
- Alankomaat tasavirta 0,85 €/kWh
- Belgia ja Luxemburg 0,65 €/kWh
- Eurooppa: AC 0,51 €/kWh
- Eurooppa: DC 0,87 €/kWh
Esimerkeissä VW e-Golf ja Mercedes EQS laskemme lataushinnat latauskapasiteetin ja sen perusteella, että lataamme 20 %:n alueelta.
- VW e-Golf: 25,6 kW:n lataustehon perusteella se maksaa Alankomaissa 15,36 € AC-latauksesta ja 21,76 € DC-latauksesta. Kokonaismatka: 190 km.
- Mercedes EQS: 86,72 kW:n latausteholla se maksaa Alankomaissa 52 € vaihtovirtalatauksesta ja 73,70 € DC-latauksesta. Toimintasäde on noin 485 km.
Yhteys latausaseman ja ajoneuvon välillä:
Latausliitäntämoduuli tarjoaa yhteyden latausaseman ja ajoneuvon välillä. Ns. "Proximity Pilot" ja "Control Pilot", lyhenne "PP" ja "CP", osoittavat, että latauspistoke on kytketty, ja määrittävät, kuinka paljon latausvirtaa on sallittu. Seuraavat kaksi kappaletta selittävät PP:n ja CP:n toiminnan.
Kuvassa näkyy CP ja PP amerikkalaisessa Type 1:ssä (vasemmalla) ja eurooppalaisessa Type 2 Mennekes -pistokkeessa (oikealla), molemmat yhdistettynä tasavirtalatauspistokkeeseen. Keskitymme oikeaan pistokkeeseen, jossa on CP, PP, kolme vaihetta (L1 - L3) nollajohdolla (N) ja ns. suojamaa (PE).
Tässä osassa käytetään seuraavaa kaaviota, joka perustuu eurooppalaiseen standardiin (IEC 62196-2). Tämä koskee tyypin 2 liitintä, jota kutsutaan myös Mennekesiksi. Kaaviossa näemme (vasemmalta oikealle) seuraavat komponentit:
- EVSE-ohjain: tämä on latausasemaan tai Wallboxiin sisäänrakennettu moduuli;
- Latauspistoke: latausvirran lisäksi tiedonsiirto tapahtuu EVSE-ohjaimen ja ajoneuvoohjaimen välillä PP:n ja CP:n kautta;
- Ajoneuvon ohjain: ajoneuvon elektroniikka käynnistää latausprosessin heti, kun useat ehdot täyttyvät.
Läheisyyspilotti:
Läheisyyspilotilla on kaksi toimintoa: rekisteröidään, onko latauskaapeli kytketty ja minkä tyyppinen latauskaapeli on kytketty, jotta voidaan määrittää enimmäislatausvirta.
Alla olevassa kaaviossa PP-piiri on väritetty punaiseksi. Tässä näemme jännitteenjakajan R1:n ja R2:n välillä, joka saa virtansa 5 voltista. Ohjausyksikkö mittaa jännitteen välillä R1 ja R2 (tämä osoitetaan volttimittarilla selvyyden vuoksi). Vastus R1 toimii vetovastuksena.
- Jos latauspistoketta ei ole kytketty, jännitteenjakajaa ei ole. Vastus R1 ei absorboi jännitettä, joten mitattu jännite on 5 volttia;
- Kun latauspistoke on kytketty, syntyy sarjaliitäntä. Annetuilla resistanssiarvoilla ohjausyksikkö mittaa 3,1 voltin jännitteen.
Latauspistokkeen resistanssiarvo ilmaisee latauskaapelin läpi kulkevan maksimivirran. Nämä vastusarvot ovat seuraavat:
- 100 ohmia: maksimi 63 A;
- 220 ohmia: maksimi 32A;
- 680 ohmia: maksimi 20 A;
- 1500 ohmia: maksimi 13A.
Esimerkin resistanssiarvo on 220 ohmia, mikä tarkoittaa, että tämän latauskaapelin läpi kulkeva virta voi olla enintään 32 A. Suurempi tai pienempi vastus varmistaa erilaisen jännitteen jaon ja siten erilaisen syöttöjännitteen säätimelle.
Pohjois-Amerikan liittimet ovat SAE J1772 -standardin alaisia. Tämä tyypin 1 latauspistoke eroaa eurooppalaisesta versiosta:
- Yksivaiheinen vaihtojännite kolmivaiheisen vaihtojännitteen sijaan eurooppalaisessa tyypin 2 pistokkeessa;
- Manuaalinen lukituskoukku. Ylimääräinen jännitteenjakaja mahdollistaa lisäturvallisuuden rakentamisen. Heti kun tunnistetaan, että painiketta on painettu, latausjärjestelmä kytkeytyy välittömästi pois päältä.
Alla oleva kaavio näyttää Yhdysvaltain version.
Erityisesti lukituskoukku laajentaa Proximity Pilot -piiriä.
- Liittimessä on jännitteenjakaja;
- Kytkin S3 on rinnakkain vastuksen R7 kanssa. Lepotilassa kytkin on kiinni ja vastus R7 on sillotettu;
- Kun irrotat pistokkeen, kuljettajan on käytettävä lukituskoukkua pistokkeen irrottamiseksi ajoneuvosta. Kun tätä koukkua painetaan, S3 avautuu. Vastus R7 on osa jännitteenjakajaa.
ControlPilot:
CP valvoo latausprosessia latauksen aloituspyynnöstä latauksen loppuun, kun akku on latautunut täyteen. CP mahdollistaa tiedonsiirron lataustilassa olevan EVSE-ohjaimen ja ajoneuvon välillä.
- Kun latauskaapeli on liitetty latausasemaan, EVSE-ohjain syöttää latauspistokkeen Control Pilot -liitäntään 12 voltin jännitteen.
- heti kun latauspistoke on kytketty ajoneuvoon, jännite putoaa noin 9 volttiin R3:n ja R4:n välisen jännitteenjakajan vuoksi;
- Säädin mittaa tulevaa jännitettä ST2:n (Schmitt trigger) kautta.
Virtavirta liitetyn latauskaapelin kanssa on merkitty punaisella.
- 9 voltin rekisteröinnin jälkeen EVSE-ohjain vetää releen K2. 12 voltin virtalähteen sijasta piirissä on oskillaattori;
- oskillaattori tuottaa neliöaaltojännitteen -12 - +12 volttia;
- diodi varmistaa, että CP-liitännän jännite muuttuu välillä +9 ja -12 volttia;
- Kun PWM-signaalin toimintajakso on, EVSE-ohjain näyttää suurimman latausvirran, jonka ajoneuvo voi kuluttaa.
Kun PWM-signaali on muodostettu, ajoneuvon ohjain käynnistää releen K1, kun ajoneuvo on valmis aloittamaan latauksen.
- Rele K1 kytkee vastuksen R5 maahan;
- R4:n ja R5:n välisen rinnakkaisliitännän vuoksi PWM-signaalin positiivinen pulssi putoaa 6 volttiin;
- Latauslaitteen EVSE-ohjain mittaa 6 voltin jännitteen ja yhdistää nyt virtalähteen latauskaapeliin akun lataamiseksi.
Alla olevassa kuvassa näkyy ohjauspilotin signaali, joka näyttää jännitteen kehityksen ajan funktiona. Tämä jänniteprofiili voidaan mitata latauspistokkeen Control Pilot -liitännästä sen ollessa kytkettynä.
- Tila A: Ei yhteyttä ajoneuvoon. Niin kauan kuin latauskaapelia ei ole kytketty, jännite pysyy 12 voltissa;
- Tila B: Sähköajoneuvo on kytketty. Rele K2 on jännitetty. Jännite putoaa 9 volttiin piirin diodin vuoksi;
- Tila C: Rele K1 on kytkettynä. Tämä on "signaali" latausyksikölle latausprosessin aloittamiseksi.
Tilat D ja E osoittavat, milloin ilmanvaihtoa tai latausprosessin lopettamista varten tarvitaan toimenpide, koska virhe on havaittu.
Sähköverkko:
"Latausvaihtoehdot"-osiossa näytettiin tilat 1-4. Voit ladata ajoneuvon kotona kotilaturin, wallbox-latauspisteen, latausaseman tai pikalaturin kautta maantiellä. Etenkin kotona lataaminen oman latauspisteen kautta on yleistymässä. Kotilaturi voidaan liittää yksinkertaisesti pistorasiaan, mutta lyhimmän mahdollisen latausajan saavuttamiseksi suuremmalla latausvirralla voit kytkeä oman seinärasian säätämällä jakelurasiaa. Ensin tarkastellaan käsitteitä: 1- ja 3-vaiheinen vaihtovirta.
1-vaiheisella liitännällä näemme "tavallisen" sähkökaapelin, jossa on kolme johtimista:
- ruskea: vaihejohto;
- sininen: neutraali lanka;
- keltainen/vihreä: maadoitusjohto.
1-vaiheisessa latausasemassa tai wallbox-latauspisteessä sähkö kulkee kahden johdon kautta (vaihejohdin ja nollajohdin).
1-vaiheinen wallbox-latausasema tai latausasema käyttää kodin elektroniikan vakioliitäntää 230 V. Maksimiteho on 16 A, mikä nostaa 1-vaihelaturin maksimilataustehon 3,7 kW:iin. 60 kW:n akkupaketti latautuu tällä latauskapasiteetilla noin 16 tunnissa, mikä kestää suhteellisen kauan. Useimmissa uusissa sähköautoissa on suurempi kapasiteetti.
Kodinelektroniikan jakokotelon maksimivirtaa on mahdollista nostaa niin, että 32 A 1-vaihelaturille jää enemmän kapasiteettia. Tällöin lataus voidaan tehdä enintään 7,4 kW:lla. 1-vaiheisella laturilla on kuitenkin mahdollisuus, että jakelurasia ylikuormittuu, mikä johtaa sähkökatkoihin. Latausaseman lisäksi tarjolla on enemmän sähköverkkoa käyttäviä sähkölaitteita, kuten pesukone, astianpesukone, liesi ja lämpöpumppu. Kuormantasauksen avulla maksimikapasiteetti voidaan hyödyntää:
- Päivän aikana on hyvä mahdollisuus, että useita sähkölaitteita käytetään. Ajoneuvon latausvirta pienenee;
- Suurin osa laitteista sammutetaan yöksi, jotta ajoneuvossa on enemmän latauskapasiteettia.
Lataamisen nopeuttamiseksi latausasema tai wallbox-latauspiste on mahdollista liittää jakelurasiaan 3-vaiheliitännällä. Tämän ei välttämättä tarvitse olla virtaa. 3-vaiheisella liitännällä näemme kaksi ylimääräistä johtoa:
- musta: lisävaihejohto;
- harmaa: lisävaihejohto.
3-vaiheisella latausasemalla sähkö kulkee neljän johdon (kolmivaihejohtimen ja nollajohdon) kautta.
Latausaseman tai seinärasian latauskapasiteetti 3-vaiheliitännällä on suurempi kuin 1-vaiheliitännällä, mikä tarkoittaa, että ajoneuvo latautuu nopeammin. Ajoneuvon enimmäislatausvirtaa ei koskaan ylitetä. Jotkut ajoneuvot soveltuvat vain 3,7 kW:n lataukseen. Silloin ei ole järkevää luoda 3-vaiheista yhteyttä. Ajoneuvot voivat sopia myös 7,4 tai 11 kW teholle: tehoa (3 * 16 A) kannattaa kasvattaa jakolaatikosta.
Vanhemmissa taloissa on usein 1-vaiheinen liitäntä (35 A asti) jakokotelossa. Kaikki kolme vaihetta ovat läsnä, mutta vain yksi on kytketty.
Jakolaatikko voidaan muuntaa niin, että kaikki kolme vaihetta ovat käytössä. Uudemmat talot, joissa jakelurasia on valmisteltu useammalle sähkönkuluttajalle (kuten aurinkopaneelit, induktioliesi ja lämpöpumppu), voidaan varustaa jo toimituksesta lähtien 3-vaiheisella liitännällä. Siinä tapauksessa sähkömittarissa lukee ”3×220/230V tai 3×380/400 volttia”. Jakokotelon pohjasta tulee myös yhteensä neljä johtoa - kolmivaihejohdin ja nollajohdin. Jakokotelosta riippuen ryhmä on suojattu 1x25A, 1x30A tai 1,35A asti. Mitä suurempi ilmoitettu ampeeri, sitä enemmän virtaa voidaan käyttää samanaikaisesti.
Alla olevassa kuvassa näkyy viisi tilannetta 1-vaiheisesta 3-vaiheiseen liitäntään jakokotelossa sekä 1- tai 3-vaiheisen laturin käyttö.
1 vaihe: Hätälaturin avulla voit ladata ajoneuvoa pistorasian kautta. Wallboxilla 1-vaiheinen ryhmä voi ladata jopa 16A ilman kuormitusta ja 32A kuormituksen tasauksella. 32A voidaan saavuttaa vain, kun talossa ei ole muita kuluttajia.
Tehoille 7,4 kW asti on mahdollista 1-vaiheinen verkko kuormituksen tasauksella. Kun kotona käytetään useita paljon kuluttavia sähkölaitteita, mukaan lukien pesukone/kuivausrumpu, astianpesukone ja lämpöpumppu, teho laskee suojatakseen ylikuormitukselta. Käytännössä tämä tarkoittaa, että teho voi laskea jopa 50 %. Vaihe 1 vaiheesta 3:een on siksi järkevää.
3 vaihe: Jos samanaikaisesti pyydetään liikaa virtaa, se voi aiheuttaa ylikuormituksen ja laukaista suojauksen, mikä aiheuttaa sähkökatkoksen. Siksi on tärkeää, että verkko pystyy toimittamaan riittävästi sähköä. 3-vaihekytkennällä voidaan syöttää enemmän virtaa samanaikaisesti. 3 vaiheryhmää on suojattu vakiona 25A asti.
- 11 kW: mittarikaapin vahvistus on tarpeen. Säätö 1-vaiheesta 3-vaiheeseen on riittävä;
- 22 kW: 1-vaiheisen 3-vaiheen säädön lisäksi tarvitaan 35A lisäys.
Säätö 22 kW:iin ja 35 A:iin tuskin kiinnostaa yksityishenkilöitä. Korotuksen vuoksi on maksettava ylimääräisiä 1000 euron vuosimaksuja. Jokaisesta raskaammasta askelmasta (3x63A tai 3x80A) on maksettava lisämaksu. Lisäksi monet sähköajoneuvot eivät (vielä) sovellu lataukseen näin suurilla vaihtovirroilla:
22 kW vaihtovirtaa lataavien ajoneuvojen määrän odotetaan kasvavan tulevina vuosina.
Aiheeseen liittyvät sivut:
