E-Mobility AC / DC töltők

Átírás

1 DARVAS ISTVÁN MILE Kft. / AUTOMOTIVE HUNGARY Október 18. E-Mobility AC / DC töltők Elektromos személygépkocsik a KIF hálózaton 1

2 EV elektromos hajtású gépkocsik MIÉRT? #1. Co2 gázok-kibocsátás csökkentése #2. Nox gázok-kibocsátás csökkentése #3. Sox gázok-kibocsátás csökkentése #4. Mikropor kibocsátás csökkentése #5. Újrafelhasználható technológiák elterjedésének biztosítása #6. Városi- és elővárosi közlekedés megújítása #7. Fosszilis energia hordozók kiváltása Környezetbarát és fenntartható fejlődés a jövőben csak új energia formák feltárásával, honosításával, hasznosításával lehetséges 2

3 EV elektromos hajtású gépkocsik KINEK? Elektromos hajtású gépkocsik? A gyerekeinknél ez a megközelítés természetes. Az autó elektromos energiával működik. Amennyiben az akku lemerül, veszik a töltőt, és töltés után a játék újból üzemképes. Számukra ezt az élményt kell valósággá tenni. 3

4 EV elektromos hajtású gépkocsik HOGYAN? Az energetika és az autóipar közös nevezője lehet az a kihívás, ami az elektromos meghajtású személygépkocsik és az üzemeltetésüket biztosító energia ellátása / rendelkezésre állása jelent. Energia A megújuló energia a gazdasági fejlődésnek, a jövőnek záloga, annak ellenére, hogy ma még a világ energia szükségletének csak körülbelül 2%-a zöld energia termelés. Lehetőségek A városi közlekedésben résztvevő könnyű teherszállító járművek (3t. alatt) kb. 73% - a lecserélhető elektromos (EV) vagy hibrid hajtású járművekre, anélkül, hogy a meglévő KIF elosztó hálózat bővítésére lenne szükség! 4

5 Rendszerszemlélet és az EV / PHEV gépkocsik töltési kihívásai Akku csere állomások KÖF kapcsoló berendezés KÖF/KIF transzformátor KIF hálózat energia elosztás, világítás, HVAC, vezérlés AC / DC Konverter Mérés, hálózati kommunikáció Akku töltő elektronika RFID azonosítás POS számlázás Renewable Megújulók energy : nap, sources szél DC/DC Converters Grid communication Measurement Devices KIF tárolás hálózati Energy storage for csúcs kiegyenlítés grid peak leveling Grid communication Measurement Devices Charging Controller KÖF hálózat és alállomás Substation Substation Automation System High Voltage Products Power Transformers Medium Voltage Switchgear Distribution Transformers Protection & Control Grid communication Measurement Devices Közösségi Public fast charging station 100kW DC MV Switchgear Transformer AC/DC converter DC/DC Converter & Charging controller DC Circuit Breaker Grid communication Measurement Devices Remote Terminal Unit User Interface & Billing System LV Plugs and Cables Residual Current Protection Device EVSE Hálózat management Network Management Energy Management System Generation Management System Distribution Management System Lakossági Domestic Wallbox 3-4kW Circuit Breaker Over Current Protection Grid communication Measurement Devices Grid Communication Charging Control Pilot Low Voltage Connectors Közösségi Public slow and semi-fast charging pole 22-50kW AC Circuit Breaker Over Current Protection Grid communication Measurement Devices Residual Current Protection Device Low Voltage Connectors User Interface & Billing System Charging Control Pilot EVSE EVSE= Electric Vechicle Supply Equipment 5

6 Szabványok IEC Part-1 EV gépkocsik csatlakozási elemeire vonatkozik (dugaljak, villák, kábelek) hivatkozással az IEC előírások szerinti töltési módozatokra IEC Mode 1 Lassú AC töltés (6-8 óra) lakossági háztartási Schuko dugaljról. IEC Mode 2 ua. mint fent, de a védelem a csatlakozó kábelbe van építve. IEC Mode 3 - Lassú AC töltés (6-8 óra), vagy gyors DC töltés (max 15 perc) speciális EV gépkocsik számára kialakított csatlakozóval (SAE J , VDE-AR-E , CHAdeMO, stb) vezérlési, védelmi és kommunikációs adatcserére a töltő és a gk. akku vezérlő-bms- egység között. IEC Mode 4 DC gyorstöltés külső, fix telepítésű töltő elektronikáról. A lakossági, háztartási töltések számára szakmai ajánlatként a Mode 3. töltési eljárás javasolt Az alábbi biztonsági szabványok és előírások kötelezők: Fiy telepítésű berendezések- CEI Vezetékes töltő berendezések- CEI (TC 69) EV elektromos részegységek - (nem töltők) ISO TS 22/SC 21 Akkumulátor cellák és fűzérek- CEI SC 21A Akkumulátorok - ISO TC 22/SC 21 Adatátvitel- JWG CEI/ISO - V2G Csatlakozó felületek, interfészek- CEI (SC 23H). Csatlakozók és teljesítmények: #1. SAE J ,8 kw (240V,70A) ; 1f #2. VDE-AR-E ,5 kw (400V, 63A ); 3f #3. CHAdeMO DC 62.5 kw (500V,125A); DC, #4. J1773 (Magne Charge) induktív! 50 kw Nimh akkuhoz, 80% ig, 12 perc alatt 6

7 Szabványok 7

8 Szabványok 8

9 Elektomos meghajtású gépkocsik, EV & PHEV EV: =(pure) Electric Vehicle Elektromos hajtású gépkocsi Akku kapacitás: 16 30kWh Hatótávolság: km Példa: Tesla Roadster 2008 Mitsubishi i-miev 2009 Nissan Leaf 2011 Renault Fluence 2012 Opel Ampera Töltés: Lassú (lakossági v. 230V/16A, 5-8h Gyors 400V, 32A 50KW perc Ultra 200kW DC < 5perc Akku csere (Swap) 2perc PHEV: = Plug-in Hybrid Electric Vehicle Hibrid-elektromos hajtású gépkocsi Akku kapacitás: 4 10kWh Hatótávolság:40-80km (elektomos üzem) Utána a meghajtás kis teljesítményű belsőégésű motorral biztosítva Példa: Chevrolet Volt 2011 BYD F3DM 2010 Töltés: Lassú (lakossági v. 230V/16A, 1-2h 9

10 Célterület - Gépjármű típusok A hibrid és elektromos gépkocsik hajtási lánc rendszere 10

11 Elektromotor kb.47 kilowatt / 64 lóerő teljesítménnyel, től rpm-nél Töltés - csatlakozás Töltés management/display (HMI) EV hajtási lánc Vezérlés Li-ion Akkumulátor 11

12 Teljesen elektromos gépkocsi hajtási rendszere 12

13 A hajtási lánc elektromos energia ellátása, egységei és felépítése 13

14 14 Felhasználási javaslat - 01

17 Two US car makers and five German-based manufacturers have agreed to use a common charging system so their customers can share the same charging system for the EVs they sell. The companies say it's good for customers, good for the industry and good for the charging infrastructure. Audi, BMW, Daimler, Volkswagen, Porsche - General Motors, Ford The harmonized electric vehicle charging solution is backward compatible with the J1772 connector standard in the U.S. Backward compatibility also has been achieved in Europe where the system is based on the IEC Type 2. The approval of the J1772 standard has given electric vehicle owners the comfort of knowing they can charge at all Level 2 charging stations. 17

18 18

19 Jogszabályok (OTÉK módosítása) Az országos településrendezési és építési követelményekről szóló 253/1997. (XII. 20.) Korm. rendelet módosítása (2) Az R a a következő (14) (17) bekezdésekkel egészül ki: (14) A (10) bekezdés a) pontjában meghatározott újonnan létesített várakozó- (parkoló) helyeket úgy kell kialakítani, hogy 100 várakozó- (parkoló) hely után legalább 10 várakozó- (parkoló) hely vonatkozásában elektromos gépjármű töltőállomás kiépíthető legyen a burkolat megbontása nélkül. (15) A meglévő, (10) bekezdés a) pontjában meghatározott minden megkezdett 100 várakozó- (parkoló) helyből legalább kettőt elektromos gépjármű Töltőállomással kell ellátni a) 1500 m2 nettó árusítóteret meghaladó árusítótér felett január 1-jéig, b) m2 közötti nettó árusítótér esetében ba) ha az lakosnál nagyobb településen található január 1-jéig, bb) lakosú településen január 1-jéig, bc) lakosnál kisebb településen január 1-jéig. 19

20 (OTÉK módosítása) folyt. (16) Az ellenérték fejében várakozó- (parkoló) hely értékesítésére szolgáló építmények létesítése esetén a várakozó- (parkoló) helyeket úgy kell kialakítani, hogy 100 várakozó- (parkoló) hely után legalább 10 várakozó- (parkoló) hely vonatkozásában elektromos gépjármű töltőállomás kiépíthető legyen a burkolat megbontása nélkül. (17) Az ellenérték fejében várakozó- (parkoló) hely értékesítését szolgáló, meglévő építmények esetén minden megkezdett 100 várakozó- (parkoló) helyből január 1-jéig legalább egyet, január 1-jéig legalább kettőt elektromos gépjármű töltőállomással kell ellátni. Bővebben: 20

21 JEDLIK ÁNYOS TERV - Pályázat. A Nemzetgazdasági Minisztérium, mint Támogató, elektromobilitási töltőinfrastruktúra kiépítésének támogatására vonatkozó pályázati felhívást tesz közzé helyi önkormányzatok (települési, megyei, fővárosi kerületi és Budapest Főváros Önkormányzata) számára. Pályázati útmutató: a Jedlik Ányos terv, elektromos töltőállomás alprogram helyi önkormányzatok részére című pályázati kiírás Pályázat kódszáma: GZR-T-Ö

22 Szabványok Töltési elvek - IEC Fix, bármilyen 16A, AC dugalj Feltételezett üzemelő védelem Fix, bármilyen 16A, AC dugalj, a védelem a kábelbe építve! Fix, speciális AC dugalj külön áramkörön, állandó védelem és töltés management Fix DC töltő, gyors CCS kapcsolat, védelem és management a töltőben 22

23 A CCS kombinált DC töltési versus hagyományos AC töltés összehasonlítása 23

24 Az AC töltési technológia elvi töltési idők összehasonlítása Példa Nissan LEAF töltése 24

25 E-Gépkocsik és az e-tankolás 25

26 AC töltési folyamat felügyelete és a kábel reteszelése 26

27 Töltési csatlakozók

28 Minősített töltőfejek bekötése - AC-T2, DC-T2-CCS 28

29 Li-ion, nagykapacitású akkumulátorok töltése, vezérlése, felügyelete CCCV = Állandó áramú-állandó feszültségű töltő elektronika BMS = Battery Management System / Akku vezérlési-szabályozási elektronika 29

30 A Li-ion akkumulátor cella 30

31 A Li-ion akkumulátor cella töltés/kisütés management (BMS) 31

32 MILE Termék portfólió

33 A gépkocsi elektromos energia ellátása, akkumulátor és BMS egység 33

34 A Li-ion akkumulátor cella jellemzők (példa) A 43 kwh kapacitású Li-Ion akkumulátor egységet a Renault Zoe elektromos gépkocsi részére a török Imecar Elektronik Ltd. cég építi a Renault Törökország számára. A Panasonic cég NCR18650B (3.400 mah) típusú hengeres formátum szerinti akku cellák a népszerű zöld Li-Ion energia tárolók. A gépkocsi energia tárolását biztosító akkumulátor telep (battery pack) több mint darab ilyen Li-Ion cellából áll. Egy akkumulátor telep Wh tárolási kapacitással rendelkezik és minden cella 12,41 Wh (3,65 V x 3,4 Ah), energia tárolására képes, ennek alapján az összes beépítet egység körülbelül 3,465 darab Li-Ion cella Minden cella egyenként mintegy 45 g, ez azt jelenti, hogy a 3,465-darab cella össztömege kg. Ezután adjuk hozzá a csatlakozókat, kábeleket, a BMS (Battery Management System) vezérlő és felügyeleti rendszert, a tároló tokozatot és így már az egész telep összsúlya meg is haladja a 200 kg-ot. 34

35 Lithium-ion akkumulátorok - Üzemeltetés Ha hosszú ideig áll a gépkocsi, félig töltsd fel az akkumulátorát.! Ha hosszú ideig szeretnéd tárolni a gépkocsit, két kulcstényező befolyásolja az akkumulátor általános állapotát: a környezet hőmérséklete és a töltöttségi százalék, amikor tároláshoz kikapcsolod. Javaslat: Ne töltsd fel teljesen, és ne is merítsd le teljesen a gépkocsi akkumulátorát, hanem töltsd fel körülbelül 50%-ig. Ha teljesen lemerült akkumulátorral tárolsz egy autót, az akkumulátor a mélykisülés állapotába kerülhet, amitől elveszti a töltésmegtartó képességét. Ellenkező esetben, ha teljesen feltöltve tárolod hosszabb ideig, az akkumulátor veszíthet a kapacitásából, ami rövidebb üzemidőt eredményez. Tárold a gépkocsit hűvös, száraz helyen, 32 C-nál alacsonyabb hőmérsékleten. Ha hat hónapnál hosszabb ideig áll a gépkocsi, félévente töltsd fel 50%-ra. 35

36 AC töltési folyamat felügyelete hibaáram védelem 36

37 Energia ellátás -Telephelyen üzemelő AC töltő- 7,4 kw AC-Töltő elvi kapcsolás 37

38 Temperature (deg C) kw or kva Elektromos személygépkocsik a KIF hálózaton E-Mobility EV gépkocsik töltési rendszerének hatása a KIF hálózatra Terhelések a lakossági elosztó-hálózati KIF transzformátorokon 1200 Load at transformer Trafó II. terhelés Transzformátor specs.: 11kV/0,42kV,800kVA ONAN X=4,829%, R=0,829%, KIF oldali Yp fixen földelve :00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 Napszak Time of Day (óra) (hr) Trafó II. Hotspot hőmérséklete Hot Spot Temperature of Transformer II Trafo II (kva) 10% EV penetration 25% EV penetration 50% EV penetration Transzformátor védelem lekapcsol Túláram kioldási küszöb: 1.18 pu Hőkioldási küszöb: Trip: 90 C Top Oil, Névleges Hotspot: 110 C Trafók tartós üzeme hot spot felett 10 C értékkel, ennek élettartamát felére csökkenti! /Hot spot max.hőm. = névleges üzemi hőm.(+40 C) + megengedett túlterhelési hőm.+ Hot spot túlfutási hőm.(+10 C) / :00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 Time of Day (Hr) Napszak (óra) Rated Hotspot Temp (C) 10% EV penetration 25% EV penetration 50% EV penetration Egy helyi EV gk. penetráció mely >10%, a teljes családi-házas ellátási kört lekapcsolja megfelelő intézkedés nélkül! 38

39 Temperature (deg C) kw or kva Elektromos személygépkocsik a KIF hálózaton E-Mobility EV gépkocsik töltési rendszerének hatása a KIF hálózatra Intelligens töltés - management (SMART GRID amikor majd lesz ) Loading of Transformer II with "smart charging" Intelligens töltés - management Trafo II (kva) 10% EV penetration 25% EV penetration 50% EV penetration 75% EV penetration 100% EV penetration Kitolni a töltési periódust du18,0 tól éjszaka 12 ig. Töltési menetrend elkerülhetővé teszi a hálózati lekapcsolást, akár a 100% EV penetrációnál is! Javaslat: (trade-off) a gépkocsiknak csak 87% lesz töltött reggel 6 ra. a maradék csk később, reggel 7 re lesz feltöltve. 0 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 Time of Day (hr) Hot Spot Temperature of Transformer II with Smart Charging A töltési management rendszerét és szabályozását az elszámolási és fogyasztói igény - szolgáltatói döntés mechanizmusában kell beépíteni. (demand response ) :00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 Time of Day (hr) Rated Hotspot Temp (C) 10% EV penetration 25% EV penetration 50% EV penetration 75% EV penetration 100% EV penetration Intelligens töltés - management megelőzi a hálózat túlterhelését és lehetővé teszi a csúcs korlátot peak shaving! 39