Villanyszerelők Lapja

Zöld oldal

Kommunikáció az elektromos autó és a DC töltőállomás között

Elektromosautó-töltőállomás

2017. december 8. | Kozma László villamosmérnök |  1393 | |

Kommunikáció az elektromos autó és a DC töltőállomás között

Az előző havi cikkünkből kiderült, hogy mi történik az AC töltőállomás és elektromos autó között töltés előtt. Hasonlóan érdekes téma, hogy vajon hasonló folyamatok zajlanak-e le egy DC villámtöltő és ugyanazon elektromos autó között, vagy vannak különbségek?

Mi az, hogy villámtöltő?

Mielőtt a DC töltés rejtelmeiben elmerülnénk, kicsit ismételjük át, mit is értünk villámtöltő vagy villámtöltés alatt, habár ezt az egyik korábbi cikkünkben már részleteztük. Mi is a töltés, gyorstöltés és villámtöltés? Nem beszélhetünk szabványos megnevezésekről, egyszerűen ezek a fogalmak alakultak ki a köznyelvben, és várhatóan még sokáig „forgalomban” maradnak. Az angol leírás kétfajta töltést különböztet meg: „sima” töltés (charging) és gyorstöltést (fast charging). Az angol kontextus a gyorstöltés alatt a DC nagy teljesítményű (50 kW vagy felette) töltést érti.
Ettől kicsit eltérően, idehaza elterjedt a villámtöltés fogalma, ami érthető is. Ezen töltés alatt a hazai szakemberek és érdeklődők a DC nagy teljesítményű (50 kW vagy azt meghaladó) töltést értik, és a villámtöltés fogalma utalhat arra, hogy maga a töltés valóban nagyon gyors, a leggyorsabb, mert akár 30 perc alatt 80%-os töltöttségre is fel tudja húzni a villanyautót. Gyorstöltés alatt pedig a legnagyobb teljesítményű és leggyorsabb AC töltéseket kezdték el megnevezni, ezek az AC 43 kW és az AC 22 kW teljesítmények. 22 kW alatt (11 kW, 7 kW és 3 kW) pedig sima töltésről beszélhetünk. Jómagam úgy vélem, hogy helyes ez a megközelítés és felosztás, mert megkülönböztet gyors és ultragyors töltést, ráadásul még el is tudja választani a közvetlen DC és az autó töltésvezérlőjén keresztüli közvetett AC töltéseket.

3-as és 4-es töltési módozatok

A villámtöltők esetében fontos tudni, hogy a töltők nem csak DC, azaz egyenáramú töltésre alkalmasak. A töltőállomásokat 1, 2 vagy 3 töltőcsatlakozóval szokták felszerelni. Vannak olyan típusok, amelyek AC töltésre is alkalmasak úgy, hogy a töltőfej (az előző cikkünkben bemutatott) T2-es csatlakozóval rendelkezik. Ezen a töltőfejen keresztül maximum 43 kW teljesítmény leadására képesek. A másik két töltőfejtípus a CHAdeMO és Combo 2 vagy más néven CCS (combined charging system) lehet. A legelterjedtebb és leginkább alkalmazott típus az 50 kW teljesítménnyel rendelkező változat, de sokszor keresett a 22 kW-os változat is. A DC villámtöltő-állomások általában úgy működnek, hogy a DC töltőfejek közül egy időben csak az egyik használható, míg ha a töltőállomás rendelkezik AC töltőfejjel is, akkor az képes a teljesítményt megosztani valamelyik DC és az AC töltőfej között. Például az 50 kW teljesítményű változat, ha 22 kW teljesítményt ad le az AC töltőfejen, akkor a fennmaradó teljesítmény a DC csatlakozón még elérhető és töltésre használható. Szintén egy korábbi cikkünkben említettük a töltési módokat, és azt is, hogy a 4-es töltési módozat az csak a DC töltőkre értendő. Így tehát az a töltőállomás, amely a DC egyenáramú töltés mellett alkalmas AC töltésre is, az képes az úgynevezett 3-as töltési módozatra is.

Itt érdemes megjegyezni, hogy gazdasági értelemben – és már erről is beszéltünk korábban – minél több töltőfejjel van felszerelve egy töltőállomás, fajlagosan annál alacsonyabb költség jut egy töltőfejre a töltőállomás árából. Más szavakkal tehát érdemes olyan töltőállomást felszerelni egy üzleti megoldás megvalósításakor, amely minél több töltőfejjel rendelkezik, így több fizető ügyfelet tudunk kiszolgálni és a befektetés költségei is optimálisabbak (persze ebben az esetben a beruházás összege is magasabb). Ez egész egyszerűen azért van, mert a töltőállomásokban egy sor olyan alkatrész van, amely akkor is kell bele, ha csak egy töltőfejjel rendelkezik. Kicsit más a helyzet gazdasági szempontból a DC villámöltőkkel, mert ezek a rendelkezésre álló teljesítményt DC és AC töltés esetén osztják a töltőfejek között. Tehát például egy 50 kW-os töltőállomásban megtalálható a teljes 50 kW teljesítmény annak minden vonzatával, függetlenül attól, hogy hány csatlakozó töltőfejet szereltek rá. Így tehát el lehet képzelni, hogy egy állomás, amely csak egy töltőfejjel rendelkezik, az csak minimálisan olcsóbb egy két töltőfejes állomáshoz képest, hiszen szinte csak egy kábel és egy csatlakozó kell hozzá többletként.

Töltőfejek száma Leírás
3 töltőfej Combo / CHAdeMO / AC 43 kW
Combo / CHAdeMO / AC 22 kW
2 töltőfej Combo / CHAdeMO
CCS / AC 22 kW
CCS / AC 43 kW
CHAdeMO / AC 22 kW
CHAdeMO / AC 43 kW
1 töltőfej CCS
CHAdeMO

Néhány kombináció a lehetséges töltőállomás típusokra

A DC villámtöltő-állomásokat moduláris teljesítménymodulokból építik fel, például 12,5 kW-os teljesítményekkel. Ez rendkívül megkönnyíti az üzemeltetést és a karbantartást. A töltőállomás DC feszültségen 500 V DC/100 A (Combo csatlakozó) vagy 485 V DC/125 A (CHAdeMO csatlakozó) teljesítményt ad le, ezeket a teljesítményeket korlátozza a töltőállomás 50 kW-ra. AC feszültségen 400 V AC/63 A (T2 csatlakozó) a teljesítmény.

DC villámtöltő 1 vagy 2, illetve 3 töltőfejjel

„Kommunikáció” az autó és a töltési pont között az IEC 61851 szabvány szerint

Az AC váltakozó áramú csatlakozókhoz hasonlóan a DC egyenáramú csatlakozók is tartalmaznak erősáramú csatlakozási pontokat, valamint gyengeáramú kommunikációs vezetékeket. A CHAdeMO csatlakozó CAN BUS kommunikációt használ, a Combo pedig a CPL compatible ISO 15118-1-2-3 / DIN 70121 / J1772 protokollt.

CHAdeMO

A CHAdeMO csatlakozóban megtalálható CAN BUS kommunikációs vezetékeken keresztül tudatja az autó, hogy valamilyen rendellenesség észlelhető, ebben az esetben természetesen leáll a töltés. A töltés akkor is megszakad, ha kommunikációs vezetékben keletkezik hiba. Ez a kommunikációs csatorna felelős azért is, hogyha a csatlakozót ki szeretnénk húzni, akkor a bontást megelőzően, a földelő vezetékek és a pilot vezetékek szétnyitásakor a DC áramköröket bontja az autó, így elkerülhetővé válik a nagy teljesítményű DC áramköri ívhúzás, amely rendkívül veszélyes, mert nincs nulla átmenet és szinte semmi sem korlátozza az ív fenntartását.

CHAdeMO csatlakozó vezetékkiosztás. 1 DC + töltőcsatlakozó, 2 DC – töltőcsatlakozó, 3 Töltés indítás és leállítás 2, 4 Csatlakozó reteszelése +, 5 Csatlakozás ellenőrzése, 6 Földelés, 7 CAN BUS low, 8 Töltés indítás és leállítás 1, 9 Töltés engedélyezés és tiltás, 10 Csatlakozó reteszelése –, 11 CAN BUS high.

A CHAdeMO csatlakozóban megtalálható vezérlőáramkörök biztosítják az EV-autóban lévő kontaktorok vezérléséhez a feszültséget, ezért mindaddig, amíg nem történik csatlakoztatás és ezen keresztül feszültségadás az autóra, addig az autóban megtalálható kontaktor nem kerülhet zárt állapotba. Így megakadályozható, hogy az elektromos autó csatlakozójára feszültség kerüljön akkor, amikor az nincs a töltőre csatlakoztatva. Ezután a töltés megkezdése előtt történik egy automatikus biztonsági ellenőrzés, egy teszt lefuttatása, amely a szigeteléseket és a rövidzárlatokat ellenőrzi a töltőállomás és az autóban lévő kontaktor között. A töltés során a csatlakozó lezárt állapotban van az autóban egy mechanikus retesz segítségével, amelyet egy villamos tart benn. Ha a töltés kész, akkor a reteszelés feloldásra kerül, viszont mindaddig, amíg a feszültségszint nem csökken egy biztonságos szint alá, addig a csatlakozók nem bonthatók.
A CHAdeMO csatlakozó tipikusan az ázsiai gyártók által preferált megoldás. Ezzel a csatlakozóval és megoldással az autók általában csak 80%-ig tölthetők fel. Ezen felüli töltést már AC váltakozó áramon kell megtenni.

Combo

A Combo vagy CCS csatlakozót azért hívják kombinált megoldásnak, mert 2 csatlakozási lehetőséget tartalmaz egy csatlakozóban. A felső részen egy T2-es csatlakozó helyezkedik el, és ezen keresztül AC váltakozó feszültségen lehet tölteni az autót, alul pedig a DC egyenáramú töltéshez található meg a + és a – bekötésű csatlakozási pont. A DC egyenáramú kör a töltőállomás teljesítményével képes tölteni (pl. 50 kW), míg a T2-es csatlakozón keresztül AC üzemmódban maximum 43 kW-tal történik a töltés, ha az autó ekkora teljesítmény felvételére alkalmas. Combo csatlakozókkal akarják megvalósítani a németországi autópályákon a rendkívül gyors töltést, 350 kW teljesítményen.

Combo vagy CCS csatlakozó vezetékkiosztás. 1 DC + töltőcsatlakozó, 2 DC – töltőcsatlakozó, 3 Proximity Pilot – közelítésérzékelő-áramkör, 4 Control Pilot – vezérlőáramkör, 5 Hőmérsékletellenőrzés. 6 Földelés.

Természetesen ebben a rendszerben is megvan a mechanikus és villamos reteszelés, hogy töltés közben ne lehessen szétválasztani a csatlakozókat. Érdekes megoldás viszont a Combo csatlakozóban, hogy rendelkezik egy PT1000 típusú hőmérséklet-figyelővel, amely a rendszer túlmelegedését hivatott meggátolni. Ez kíméli az akkumulátorokat és meghosszabbíthatja az élettartamukat, bár várhatóan a nagy teljesítményű töltések megoldásához elengedhetetlen lesz a későbbiekben az akkumulátorpakkok töltés közbeni folyamatos, aktív hűtése. A Combo csatlakozó esetében a párbeszéd a Control Pilot vezeték és a földelő vezeték közötti nagy frekvenciás jeleken alapuló PLC (power line communication) kommunikáción alapul. Ez akár 10 Mbps sebességre is képes, és nemcsak a töltés vezérlését képes ellátni, hanem akár azonosításra, fizettetésre, oda-vissza töltés vezérlésre is alkalmas (lesz). Azért csak lesz, mert most még nem alkalmazzák ezeket a tulajdonságokat, de hamarosan erre is sor kerül. A csatlakozókiosztás megegyezik az előző cikkben leírt T2-es csatlakozó kiosztásával, kivéve a két alsó DC + és – vezetékeket.

T2-es csatlakozó, CHAdeMO csatlakozó és Combo 2 vagy CCS (combined charging system) csatlakozó.

A Combo vagy CCS csatlakozót leginkább az európai autógyártók alkalmazzák. Ezzel a csatlakozóval az autók teljesen feltölthetők, mert a nagy teljesítményű és rendkívül gyors DC töltés után átvált a töltő AC, kisebb teljesítményű váltakozó áramú töltésre az akkumulátor 100%-os töltöttségének eléréséig.

E-mobilitásElektromos autó

Kapcsolódó