Villanyszerelők Lapja

Zöld oldal

Az elektromosautó-töltőállomások jövője és fejlődési irányai

2018. március 20. | Kozma László villamosmérnök |  614 | |

Az elektromosautó-töltőállomások jövője és fejlődési irányai

Az elektromosautó-töltőállomás, mint üzlet és termék, rendkívül fiatal üzletág, gyakorlatilag néhány évre tekint vissza modernkori formájában. A 21. században (de már bőven a 20. század végén is) a különböző iparágak, így a villamosipar is, a szabványos megoldások elterjedését élte és éli, ami azt jelenti, hogy a gyártóknak a különböző termékek és megoldások gyártása során meg kell felelniük egy bizonyos minimum elvárási szintnek. Ez nem kerülte el a töltőállomásokat sem, korábbi cikkeinkben számos szabványt megemlítettünk már. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a töltőállomásokat nem lehet fejleszteni, változtatni vagy jobbá tenni – ezekről a lehetőségekről szól ez a cikk.

Jelenlegi állapot

Az elektromosautó-töltőállomások jelenlegi formájukban tulajdonképpen inkább nevezhetők „okos” mágneskapcsolóknak, mint töltőállomásnak, bár a termék megnevezése akár a gyártók oldaláról (EV charger – elektromosautó-töltő), akár a szabványos megnevezést nézzük (EV charging station – elektromosautó-töltőállomás), töltőre utal. Ez egész pontosan azt jelenti, hogy a váltakozó áramú töltőállomások jelen állapotukban egy elektronika által vezérelt kontaktort tartalmaznak a mérések mellett, amely mágneskapcsoló a feltételek teljesülése esetén behúz, máskor pedig elenged, így biztosítva a biztonságos töltést, ki- és bekapcsolást, kommunikációt a tápforrás és az autó között. Persze azért sosem ilyen egyszerű, de ha ezt állítjuk, nem vagyunk messze a valóságtól. Az autó akkumulátora számára szükséges DC egyenáramot az autóba épített fedélzeti töltésvezérlő alakítja át a váltakozó áramú tápforrásból (töltőállomás). Az egyenáramú töltőállomások kicsit összetettebb szerkezetek, mert azokban teljesítményelektronikai elemek, hűtés/fűtés, védelmek (kismegszakító, áram-védőkapcsoló) csatlakozókábelek, kontaktorok, mérés és kommunikációs elemek is megtalálhatók, lévén az egyenáramra történő átalakítás ezeknél a megoldásoknál a töltőben történik meg. De ez a „bonyolultság” leginkább a töltőáram átalakítása miatt van az állomásban, nem szolgál most még egyelőre más célokat.

Hogyan tovább?

Mivel jelenleg a töltőállomások döntő többsége a fentebb leírtakat tartalmazza, feltehető a kérdés, hogy milyen irányba indulhat el az állomások fejlesztése. Nem könnyű a kérdés, hiszen a jövőt megjósolni sosem könnyű, de azért már látszódnak bizonyos jelek és igények. Van olyan változtatás, amelyet a gyártók maguk találnak ki és fejlesztenek bele a töltőállomásokba, és vannak olyan igények, amelyeket a piac követel ki magának, és amelyekhez a töltőgyártók kénytelenek alkalmazkodni. Bárhogy is van, mindkettő út a töltőállomások változását hozzák.

Megerősített, autótöltésre alkalmas fali dugaszoló aljzatok

Bár nem igazán töltőállomás, inkább csak töltési pontnak nevezhető, de ne feledkezzünk meg a tényről, hogy az elektromosautó-töltés technológiája lehetővé teszi az autó töltését egyszerű háztartási hálózati dugaszoló aljzatról. Arra azért érdemes odafigyelni – és számos korábbi cikkünkben ezekről megemlékeztünk –, hogy a normál háztartási aljzatokat nem arra tervezték, hogy 2-2,5 kW teljesítményt, minden nap, hosszú órákon keresztül (8-10 óra) átvigyen. Ezek a konnektorok arra valók, hogy kisebb teljesítményt (nagyjából 2 kW) rövid ideig (ha például sűrűn használjuk) vagy ritkán hosszabb ideig (de ebben az esetben is csak maximum néhány óráig) közvetítsenek. Az autótöltés viszont megköveteli, hogy legyen olyan megerősített dugalj, amely kielégíti a mindennapos töltés igényeit. Ilyen gyártmányok már most is kaphatók, és várhatóan egyre több fali szerelvénygyártó dob piacra ilyen aljzatokat.

Ezek az aljzatok 1-es és 2-es töltési módozatokra képesek, mert nem lehet létrehozni kommunikációt az autó és a töltési pont között. Tehát olyan kábelt kell használni, amelyet az autógyártók adnak az autókhoz, és amely rendelkezik töltésvezérléssel és túláramvédelemmel (2-es töltési módozat). Mivel azonban még mindig egyfázisú rendszerről és maximum 16 A teljesítményről beszélhetünk csupán, az elektromos autó feltöltése teljesen lemerült állapotból 8-10 órás időtartamot is igénybe vehet.

Beépített védelmek

A váltakozó áramú töltőállomások jelenleg jellemzően nem tartalmaznak védelmeket (kismegszakító, áramvédő, túlfeszültség-védelem), de még csak egy terhelés- vagy szakaszoló kapcsolót sem (a mágneskapcsolók önmagukban nem alkalmasak leválasztásra). Adódik a kérdés, hogy miért nem? Most is van olyan gyártmány, olyan „töltőállomás” a piacon, amely tulajdonképpen egy hagyományos szerelőlapos szekrényben elhelyezett elektronika és kontaktor, valamint olyan is, amelyik bizonyos védelmi funkciókat (túláram-, esetleg szivárgóáram-védelem) is felvonultat, de ez még kevésbé jellemző. Az viszont biztos, hogy védelmi funkciók, esetleg kapcsolóelemek a jövőben beépítésre fognak kerülni a töltőállomásokba.
Bár a szivárgóáram-védelem szempontjából arra azért oda kell figyelni, hogy az energiaelosztási rendszer minden pontján legyen ilyen védelem. Ha a töltőállomásba beépítésre kerülnek Fi-relék, akkor megoldott az emberek védelme a töltőállomás és az autó között. Viszont nem biztos, hogy ez a védelem meglesz az elosztószekrény és a töltőállomás közötti vezetékszakaszon, így tehát inkább abba az irányba fognak elmenni a gyártók várhatóan, hogy az egyenáramú szivárgóáram-érzékelést (DC szivárgóáram figyelő relé) fogják csak beépíteni a töltőállomásba, ezért a betáplálási ponton elegendő lesz az A vagy A SI típusú áram-védőkapcsoló. Ez azért nagy előrelépés, mert a B típusú Fi-relé jelenleg még rendkívül drága készülék (kb. 200 000 Ft egy darab), és ennek elhagyása jelentősen csökkentheti a beruházási költségeket. Előző számunkban részletesen írtunk erről a témáról.

„Okos” mágneskapcsoló – váltakozóáramú elektromosautó-töltőállomás.

Szigetelésfigyelés

Jelenlegi ZE Ready és EV Ready követelmények rendelkeznek arról, hogy figyelni kell, és anomália esetén be kell avatkozni akkor, ha a töltőállomás csatlakozási pontjaira feszültség kerül , amikor nincs autó csatlakoztatva a töltőállomásra. Ez olyankor történhet meg, amikor a kontaktor beragad (összeégnek az érintkezők), vagy egy szigetelés leromlik és átvezetnek vezetékek, fémes testrészek. Ez egy nem üzemszerű állapot, meg kell szakítani a betáplálást. Van olyan gyártó, amely nullfeszültség-kioldó alkalmazásával oldja meg a kérdést, vannak olyanok, amelyek nem gondoskodnak ilyen védelemről. Bizonyosan várható, hogy a jövőben hasonló szigetelésfigyelő rendszerek és védelmek felbukkannak a töltőállomásokban.

Méréstechnika

A manapság elérhető töltőállomások olyan elemeket tartalmaznak, amelyek nem alkalmasak pontos, elszámoláshoz megfelelő mérésre. Pontatlanságuk elegendő, hogy energiamenedzsment-funkciókat ellássanak, vagy teljesítménykorlátozásban részt vegyenek, de számlákat nem lehet ezen mérések után kiállítani, és nem lehet fizettetni a vevővel. Viszont erre a funkcióra szükség van minden országban, ezért a jövő töltői elképzelhető, hogy 1%-os pontosságú mérést is felajánlanak majd bizonyos típusok esetében.

Természetesen a sok felsorolt újdonságot tesztelni kell, normáknak és szabványoknak kell megfeleltetni, illetve gazdaságossági szempontokat is figyelembe kell venni. Ezért nem biztos, hogy lesz olyan töltőállomás a piacon, amely ezeket mind tartalmazza, inkább az elérhető kínálatok fognak kibővülni, és válogatni lehet majd különböző kombinációkból.

DC egyenáram-töltőállomás belseje.

Mi jöhet még?

Ha egy kicsit továbbgondoljuk a fejlesztési irányokat és igényeket, akkor az elektromos autózással sokszor összekapcsolt érv a környezetvédelem. A zöld megoldások tehát jól összeilleszthetők ezzel a témával. A megújuló energiák használatával jelentősen javítható az elektromos autózás környezetre gyakorolt hatása, ezért a töltőállomások összekapcsolása szolárpanelekkel teljesen logikus és legitim irány. Most is vannak már olyan gyártó cégek, amelyek olyan parkoló szerkezeteket gyártanak, amelyek tető gyanánt napelempaneleket tartalmaznak, a parkoló autó mellett pedig egy töltőállomást.

Vannak már kísérletek olyan töltőállomásokra is, amelyek energiatárolásra alkalmas elemeket (kondenzátorok, akkumulátor) tartalmaznak. Miért lehet erre szükség? Azért, mert ilyen megoldás esetén egy adott teljesítményű töltőállomáshoz (például egy 22 kW-os teljesítményű típushoz) nem kell azonos méretű hálózati csatlakozást fejleszteni, elegendő kisebb teljesítmény is. Amikor nincs töltés az állomásról, akkor a tartalék tárolót fel lehet tölteni, amikor pedig töltés van, akkor le lehet adni a teljes teljesítményt a hálózatból és az akkumulátorból együtt.

A napelemek és a töltőállomásban elhelyezett akkumulátorok együttes alkalmazása teljesen függetleníteni tudja a parkolót a hálózati csatlakozástól, így decentralizálva az energiatermelést és rendkívüli módon csökkentve az energiaszállításából adódó veszteségeket.

Sokan keresik a lehetőséget a töltőállomás oldaláról, hogy értesüljenek a töltés folyamatáról (töltöttség aktuális állapota; jelzés, ha az autó feltöltődött; jelzés, ha hiba van; jelzés, ha valaki beavatkozott az engedélyünk nélkül). Ez a jelenlegi analóg elektronikára alapozott kommunikációval nem lehetséges, ennek következtében a mai töltőállomások nem tudják, hogy milyen állapotban van az autó akkumulátora, és hogy mikor fejeződik be a töltés. Ezeket az adatokat az autó nem tudja közölni a töltőállomással. Ez nyilvánvalóan nem tartható állapot a 21. században, ezért a következő generációs töltőállomások már várhatóan digitális kommunikációval fognak társalogni az autóval, aminek segítségével minden adat kiolvashatóvá válik majd a töltőállomásból. Ehhez természetesen az autók oldalán lévő töltésvezérlőt is fel kell majd készíteni a kommunikációra.

És akkor innen már csak egy lépés lesz a kétirányú töltés, azaz az autók töltése, valamint bizonyos időszakokban és bizonyos körülmények között az autók akkumulátoraiból történő visszatáplálás a hálózatba. Ehhez viszont nem lesz elegendő az autók és a töltőállomások fejlesztése, hanem az áramszolgáltatói átviteli hálózatot is okosítani kell (smart grid). Ez kapcsolatba hozható az okos városok elképzelésével is, de ezzel majd egy másik cikkünkben foglalkozunk.

Az biztos, hogy ha a villamos energiát ott állítjuk elő, ahol el is fogyasztjuk, akkor az a leghatékonyabb megoldás, és a legkevesebb veszteséget okozza. Nagyon előremutató hatása van az elektromos autóknak, illetve leginkább a bennük elhelyezésre kerülő energiatároló dobozoknak (jelenleg lithium-ion akkumulátorok) a villamosenergia-termelésre és átviteli hálózatra. Ugyanis jelenlegi szokásaink szerint az elektromos személyautóinkat jellemzően nappal használjuk, de inkább csak reggel és délután vagy este, valamint éjszaka otthon tároljuk a garázsban és töltjük. Amíg nincs jelentős mennyiségű villanyautó használatban, addig a rendszerterhelési görbe éves viszonylatban alacsony fogyasztást mutat éjszaka és magas fogyasztást nap közben, de a csúcsokat a reggeli és a délutáni/esti órákban lehet érzékelni. Az elektromos autók tehát pont akkor vannak használatban, amikor csúcsfogyasztás van (nem töltenek), és pontosan akkor kell azokat tölteni, amikor kisebb a fogyasztás. Következésképp terheléskiegyenlítő hatása lehet az elterjedt e-autózásnak. Ennek további hatása lehet, hogy az erőműveket kevesebbet kell szabályozni, hosszabb időszakban futhatnak a maximális hatékonyságuk közelében, ami szintén zöldítő és költségcsökkentő hatású lehet.

Innen tehát már valóban csak egy lépés azt megoldani, hogy ha azt az autó tulajdonosa engedélyezi, akkor a töltőállomásra csatlakoztatott autót ne csak töltsék, hanem abból energiát is vételezzenek, ha a környéken igény lép fel és az autóban felesleges energia áll rendelkezésre. Ennek lebonyolítására át kell alakítani a töltőállomásokat (is), de várhatóan ezen típusú töltők is hamarosan meg fognak jelenni a piacon.

Háztartások napi energiafelhasználása és a völgyidőszakok kitöltése elektromosautó-töltéssel.

Mi az, ami várhatóan nem kerül bele a töltőállomásokba?

Ezt a kérdést sem könnyű megválaszolni, de azért lehet próbálkozni. Szinte biztos, hogy nem fog megjelenni olyan gyártmány, amely bankkártyaolvasót tartalmaz. Nemcsak azért, mert ezen elemek gyártói külön iparágak képviselői, hanem azért is, mert egyre inkább elterjedőben van a mobil eszközökről történő számlarendezés, már sok más helyen sincs szükség fizetéskor magára a bankkártyára fizikai állapotban.

A különböző kijelzők (külön nyomógombos vagy érintőképernyős) integrálása olyan eszközökbe, amelyeket sokan használnak különböző publikus helyeken, mindig is kényes kérdés. Könnyen megsérülhetnek ezek az alkatrészek, vagy olyan biztonsági megoldásokat kell használni, amely megdrágítja a beépítést. Azt gondolom, hogy ezek megjelenése sem várható a relatív olcsó váltakozó áramú állomásokban, inkább itt is a mobil eszközre letölthető applikáció és az arról való töltőállomás interakció terjedhet el a jövőben.

Azt még nem tudjuk, hogy alakul a jövő, de az itt felsorolt kezdeményezések ilyen vagy olyan formában előbb-utóbb biztosan megjelennek a töltőállomásokban.

E-mobilitásElektromos autó