DC-pikalataus

DC-pikalataus siirtää pääasiallisen tehonmuunnoksen pois autosta latausasemaan. Se voi lisätä matkaan tarvittavaa energiaa nopeasti, mutta hyödyllinen tulos riippuu latauspaikan, aseman, kaapelin, ajoneuvon, akun ja latausverkoston koko ketjusta.

DC-tehonsiirtoreitti

Julkisessa pikalatauspaikassa on tavallisesti enemmän laitteistoa kuin näkyvä latauspiste antaa ymmärtää:

Verkkoliitäntä, muuntaja ja kytkinlaitteisto syöttävät latauspaikkaa.
Tehokaapit tasasuuntaavat vaihtovirran hallituksi tasavirraksi.
Muunnosmoduuleja voidaan jakaa usean latauspisteen kesken.
Nestejäähdytteinen tai luonnollisesti jäähtyvä kaapeli johtaa tasavirran ajoneuvoon.
Kontaktorit, eristyksen valvonta ja suojajärjestelmät pitävät korkeajännitteen eristettynä, kunnes tarkastukset on läpäisty.
Ajoneuvo pyytää jännitettä ja virtaa turvallisten rajojensa puitteissa.
Asema mittaa energian ja ilmoittaa tapahtuman latausverkoston taustajärjestelmään.

Joillakin latauspaikoilla käytetään kiinteää akkua vähentämään sähköverkon tehopiikkejä, tukemaan rajallista verkkoliitäntää tai siirtämään ajankohtaa, jolloin energiaa otetaan verkosta. Akku ei tuota energiaa, vaan se on ladattava. Latauspaikan jatkuva teho riippuu silti verkkoliitännästä ja käyttöstrategiasta.

Mitä tapahtuu pistokkeen kytkemisen jälkeen

Tarkka järjestys vaihtelee latausjärjestelmän mukaan, mutta nykyaikainen DC-latauskerta noudattaa samaa turvallisuuslogiikkaa:

Asema tunnistaa liittimen ja ajoneuvon.
Pienjännitesignalointi vahvistaa yhteyden tilan ja kaapelin ominaisuudet.
Asema ja ajoneuvo muodostavat korkean tason tiedonsiirtoyhteyden.
Kuljettaja tai ajoneuvo valtuutetaan, ellei asema käynnisty ilman käyttäjätilin tunnistautumista.
Järjestelmät tarkistavat eristyksen, lukituksen, jänniteyhteensopivuuden ja vikatilan.
Asema nostaa lähtöjännitteensä vastaamaan ajoneuvon puolta ennen korkeajännitereitin sulkemista.
Ajoneuvo pyytää toistuvasti sallittua virtaa ja jännitettä.
Molemmat osapuolet valvovat virtaa, jännitettä, eristystä, liittimen lämpötilaa, hätäsignaaleja ja tiedonsiirtoa.
Pysäytettäessä virta pienenee, kontaktorit avautuvat, jännite puretaan tarpeen mukaan ja liittimen lukitus avautuu.

Tämä neuvottelu selittää, miksi fyysisesti yhteensopiva pistoke on välttämätön mutta ei riittävä. Lataus voi epäonnistua ennen tehonsiirtoa tiedonsiirron, varmenteiden, aseman taustajärjestelmän, valtuutuksen, eristystarkastusten, lukituksen tunnistuksen tai yhteensopimattoman jännitteen vuoksi.

Ilmoitettu luku on yläraja

Merkintä ”350 kW:n laturi” voi tarkoittaa laitekaappia, yhtä ihanteellisissa olosuhteissa toimivaa latauspistettä tai tehoa jakavan ryhmän enimmäisarvoa. Se ei lupaa 350 kW:n tehoa jokaiselle kytketylle ajoneuvolle.

Hetkellistä lähtötehoa rajoittavat:

Latauspaikalla sillä hetkellä käytettävissä oleva teho
Muunnosmoduulien jako
Aseman enimmäisjännite ja -virta
Kaapelin ja liittimen jatkuva tai tilapäinen tehostusvirta
Jäähdytys ja koskettimien lämpötila
Ajoneuvovastake, johtimet ja tehoelektroniikka
Akun jännite ja ajoneuvon pyytämä virta

Teho on jännitteen ja virran tulo. Asema, jonka virta on rajoitettu 500 A:iin, voi ihanteellisesti syöttää 200 kW 400 V:n jännitteellä, 350 kW 700 V:n jännitteellä tai 450 kW 900 V:n jännitteellä. Matalamman jännitteen ajoneuvo voi siksi saavuttaa virtarajan, vaikka se olisi kytketty latauspisteeseen, jonka ilmoitettu kilowattiteho on paljon suurempi.

Tehonjako voi olla staattista, dynaamista tai moduulipohjaista. Latauspaikka voi jakaa laitekaapin tehon tasan, ohjata vapaat moduulit niitä hyödyntävälle autolle tai rajoittaa kokonaistehoa muuntajan tai akun rajojen vuoksi. Aseman näytöt ja sovellukset eivät aina kerro, mikä raja on aktiivinen.

Arvioi autoa lisätyn energian ja ajan perusteella

Huipputehoa on helppo markkinoida, mutta se on usein huono matkasuorituskyvyn mittari. Oikeudenmukaisessa vertailussa ilmoitetaan:

Varaustaso alussa ja lopussa
Lisätyt kilowattitunnit
Kulunut latausaika
Keskiteho täsmälleen kyseisellä välillä
Akun ja ympäristön lämpötila
Lämpötilan esikäsittelyn tila
Aseman jännite- ja virtakapasiteetti
Onko arvo mitattu, sertifioitu vai valmistajan ilmoittama

Kun 120 kWh:n akkuun lisätään 60 prosenttiyksikköä, energiaa siirtyy paljon enemmän kuin lisättäessä 60 prosenttiyksikköä 60 kWh:n akkuun. Kahta ”10–80%” latausaikaa ei voi verrata tietämättä lisättyä energiaa.

Latausvälin keskiteho on:

Keskiteho = toimitettu energia ÷ kulunut aika

Jos ajoneuvoon siirtyy 56 kWh 18 minuutissa, aseman keskiteho on noin 187 kW:

56 kWh ÷ 0.3 h ≈ 187 kW

Mittarin ja akun välinen ero on silti merkityksellinen. Aseman toimittama energia voi olla suurempi kuin akkuun varastoitu energia, koska ajoneuvo käyttää tehoa pumppuihin, puhaltimiin, lämmitykseen, jäähdytykseen, elektroniikkaan ja sisäisiin häviöihin.

Akun lämpötilaa, latauskäyriä, C-arvoa, jännitearkkitehtuuria ja peräkkäisten latauskertojen lämpökäyttäytymistä käsitellään artikkelissa How an EV Battery Charges. Tässä artikkelissa käsitellään aseman ja matkanteon rajapintaa eikä toisteta akkujen teoriaa.

Saavu matalalla varaustasolla, mutta säilytä marginaali

Monet sähköautot hyväksyvät suurimman DC-tehonsa melko matalalla varaustasolla ja pienentävät tehoa akun täyttyessä. Reittisuunnittelussa tätä voidaan hyödyntää saapumalla pienellä mutta turvallisella varauksella ja lataamalla vain sen verran, että seuraava sopiva pysähdyspaikka saavutetaan.

Alin teoreettinen saapumisprosentti on harvoin paras tavoite. Huomioi:

Sää ja tuuli
Korkeuserot
Kiertotiet ja tiesulut
Perävaunun veto tai kattokuorma
Laturin vika tai jono
Kylmä akku tai tekemättä jäänyt lämpötilan esikäsittely
Vaihtoehtoisen latauspaikan saavuttamiseen tarvittava energia

Myöskään lähteminen 80%:n varaustasolla ei ole yleispätevä sääntö. Jos teho pysyy suurena, seuraava luotettava asema on kaukana tai olosuhteet ovat huonot, lataaminen yli 80%:iin voi olla järkevää. Jos teho on pienentynyt voimakkaasti ja toinen luotettava asema on lähellä, aiempi lähtö voi lyhentää matka-aikaa.

Ajoneuvon energiatehokkuus yhdistää latausnopeuden etenemisnopeuteen tiellä. Auto, johon lisätään energiaa 180 kW:n teholla mutta joka kuluttaa 30 kWh/100 km, saa ajomatkaa samaan tahtiin kuin auto, johon lisätään energiaa 120 kW:n teholla ja joka kuluttaa 20 kWh/100 km, ennen muiden erojen huomioimista. Pelkät kilowatit eivät ratkaise matkanteon nopeutta.

Lämpötilan esikäsittely ja toistuvat pysähdykset

Kun ajoneuvon navigoinnissa valitaan yhteensopiva DC-asema, auto voi valmistella akun ennen saapumista. Myös manuaalinen esikäsittely, reittiin perustuva automatiikka tai ajastettu lähtö voi olla käytettävissä.

Lämpötilan esikäsittely tarvitsee aikaa ja energiaa. Se ei voi korjata yhteensopimatonta asemaa, hyvin korkeaa varaustasoa saapumishetkellä, latauspaikan tehonjakoa tai akkua, jonka lämpötila on ajoneuvon säädettävän alueen ulkopuolella. Vain puhelinsovellukseen syötetty latausasema ei välttämättä käynnistä auton reittiin perustuvaa valmistelua.

Pitkillä matkoilla toistettavuudella on merkitystä. Suurella nopeudella ajaminen, perävaunun veto, kesähelteet ja useat peräkkäiset latauspysähdykset kuormittavat jäähdytysjärjestelmää. Ajoneuvo, jonka latauskäyrä on kohtalainen mutta vakaa, voi suoriutua paremmin kuin ajoneuvo, jonka ensimmäisen latauskerran korkeampaa huipputehoa ei voida toistaa.

Kattavuus on muutakin kuin pisteitä kartalla

Aseman merkki kartalla ei todista, että paikka on käyttökelpoinen latauspysähdys. Reittisuunnittelussa tulisi huomioida:

Itsenäisesti käytettävien latausruutujen määrä
Liittimen ja jännitteen yhteensopivuus
Kaapelin ulottuvuus ja pysäköintisuunta
Aseman nykyinen tila ja viimeaikainen luotettavuus
Tehonjako
Aukioloajat ja fyysinen pääsy
Perävaunuille sopivat tai läpiajettavat paikat
Valaistus, sääsuoja, WC:t ja ruokapalvelut
Mobiiliverkon kuuluvuus ja vaihtoehtoinen valtuutus
Hinta, joutoaikamaksut ja pysäköintirajoitukset
Uskottava varavaihtoehto

Seuraava kartta on historiallinen tilannekuva kesäkuulta 2023. Se kuvaa verkoston maantieteellistä kattavuutta, ei Electrify American nykyistä kattavuutta.

Latausverkostot voivat erota toisistaan yhtä paljon latauspaikkojen suunnittelussa kuin laajuudessa. Teslan integroitu ajoneuvojen, reittisuunnittelun ja Supercharger-asemien ekosysteemi vähensi useita omien ajoneuvojensa yhteensopivuustekijöitä. Avoin käyttö ja SAE J3400:n käyttöönotto laajentavat mahdollista ajoneuvojoukkoa, mutta aseman sukupolvi, sovittimen hyväksyntä, jännite, kaapelin ulottuvuus ja verkoston valtuutus ratkaisevat edelleen lopputuloksen.

IONITY on esimerkki eurooppalaisesta suurtehoisesta CCS-verkostosta, joka on suunniteltu tärkeimpien matkareittien ympärille. Kuljettajan käytännön arvion tulisi silti perustua tiettyyn latauspaikkaan eikä oletukseen, että jokaisessa paikassa on sama laitteisto tai saatavuus.

Tunnistautuminen, maksaminen ja protokollat

Useita tiedonsiirron rajapintoja on käytössä samanaikaisesti:

Ajoneuvon ja aseman välinen tiedonsiirto ohjaa energiansiirtoa.
ISO 15118 Plug & Charge voi käyttää ajoneuvoon tallennettuja sopimusvarmenteita automaattiseen tunnistautumiseen ja laskutukseen.
OCPP yhdistää latauspisteen sen hallintajärjestelmään valtuutusta, tapahtumia, valvontaa, määrityksiä ja älykästä latausta varten.
Verkkovierailujärjestelmät yhdistävät liikkumispalvelujen tarjoajat ja latausoperaattorit.
Maksupääte, sovellus, RFID-tunniste, QR-menettely tai pankkikortti voi mahdollistaa kertaluonteisen valtuutuksen.

Yhden kerroksen tuki ei takaa muiden tukea. Asema voi toteuttaa OCPP:n ilman ajoneuvopohjaista Plug & Chargea, ja auto voi tukea ISO 15118:aa, vaikka verkostolta puuttuisi tarvittava varmenne- ja sopimusekosysteemi.

EU-säännöt ovat hyödyllinen esimerkki asiakasvaatimuksista: sovellettavien säännösten mukaisesti käyttöön otettujen julkisten latauspaikkojen on tuettava kertamaksua, ja vähintään 50 kW:n asemien on näytettävä ennen latausta kertamaksun energiahinta kilowattitunnilta sekä mahdollinen käyttöaikamaksu. Muiden markkinoiden säännöt poikkeavat tästä.

Kuljettajan tulisi verrata lopullista tariffia, ei vain sähkön osuutta. Latauskertamaksut, aikamaksut, verkkovierailulisät, jäsenyysohjelmat, pysäköintimaksut ja joutoaikamaksut voivat muuttaa kokonaishintaa.

Jos lataus ei käynnisty

Järjestelmällinen tarkistus on nopeampi kuin toistuva uudelleenkytkentä:

Lue aseman ja ajoneuvon viestit ennen niiden sivuuttamista.
Varmista, että liitin on täysin paikallaan eikä kaapeli vedä sitä sivulle.
Kokeile aseman pysäytyskomentoa, avaa ajoneuvon lukitus ja kytke sitten uudelleen kerran.
Tarkista, edellyttääkö asema valtuutusta sovelluksella, RFID-tunnisteella, pankkikortilla tai Plug & Chargella.
Kokeile saman latauspaikan toista latauspistettä. Se voi käyttää eri tehomoduuleja tai kaapelilaitteistoa.
Jos se on turvallista ja käytännöllistä, siirry läheiseen vaihtoehtoon sen sijaan, että käyttäisit varauksen loppuun.
Ilmoita operaattorille tarkka latausruutu, liitin, aika ja virhe.

Älä käytä improvisoituja sovittimia, pidä vaurioitunutta liitintä paikallaan, ohita lukitusta tai jatka latausta näkyvien valokaarien, paljaiden johtimien, nesteen tunkeutumisen, savun tai liittimen voimakkaan kuumenemisen jälkeen. Käytä aseman hätäpysäytystä vain hätätilanteessa, älä tavanomaisena tapana lopettaa lataus.

Liitinperheitä ja sovittimien rajoituksia käsitellään artikkelissa EV Charging Connectors and Inlets. Järjestelmän täydellinen yleiskatsaus on artikkelissa EV Charging: The Complete System.