Sähköautojen latausjärjestelmiä koskeva standardointi. Juha Vesa Kehityspäällikkö

Transkriptio

1 Sähköautojen latausjärjestelmiä koskeva standardointi Juha Vesa Kehityspäällikkö

2 2 Liikenne sähköistyy

3 3 Standardointijärjestelmä Standardointiorganisaatio Yleinen Sähkötekniikka Televiestintä Maailma Eurooppa Suomi IEC = International Electrotechnical Commission CENELEC = European Committee for Electrotechnical Standardization TC 22/SC 37 21, 23H, 64, 69, 121B TC X, 23H, 64, 69X SK 23, SK 64, SK 69 ABB Oy ARO Systems Oy Destia Oy / Energiainfra Energiateollisuus ry Ensto Oy Ensto Chago Oy Fortum Oyj LUT Energia Metropolia AMKK Parkkisähkö Oy Schneider Electric Finland Oy SGS Fimko Oy Sähköinfo Oy Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy Turvallisuus- ja kemikaalivirasto Tampereen teknillinen yliopisto Valmet Automotive Oy SESKO ry

4 4 IEC-, EN- ja SFS-standardien valmistelu (rinnakkaismenettely) IEC CENELEC SESKO Ehdotus uudeksi työkohteeksi (NP) Aloite tai äänestys NP-ehdotukseen ja kommentit ehdotukseen Valmisteluvaiheessa käytetään usein DC-kyselyä. Se on myös lausuntokierros Ylläpito Valmisteluvaihe Lausuntokierros (CD) WG/MT/PT-ryhmien kansalliset jäsenet Lausunnot ehdotukseen viimeistään (SK/SR) Y L L Ä P I T O J A K S O Äänestyskierros (CDV) Loppuäänestys (FDIS) IEC-standardi Parallel CDVäänestys Parallel FDISäänestys Ratifiointi (BT) EN-standardi UAP UAP Kansallinen lausuntokierros Äänestykset (IEC & CENELEC) Lausunnot tarvittaessa (CENELEC) Äänestykset (IEC & CENELEC) Kansallinen lausuntokierros SFS-EN-standardi SFS-standardi valmistellaan IEC:ssä!!!

5 5 Puhtaasti kansallisten standardien valmistelu SESKO IEC-standardi HD-asiakirja SFS-standardin uusiminen Kansallinen aloite Notifikaatio Vilamourailmoitus Standardin valmistelu SK-komiteassa Kansallinen lausuntokierros Standardin täsmentäminen SESKOn hyväksyntä Standardin julkaiseminen (SFS) SFS-standardi

6 6 Erilaisia sähköautoja Sähköautojen rakenne Ladattava hybridi (PHEV) Täyssähköauto (BEV) Plug-in Hybrid Electric Vehicle AC-lataus Akuston koko < 12 kwh PHEV toimintasäde km Battery Electric Vehicle DC- ja AC-lataus Akuston koko > 20 kwh BEV toimintasäde km

7 7 Sähköautojen latausjärjestelmien standardointi Sähköautojen ja latausjärjestelmien teknisiä haasteita Auton turvallisuus - suuret jännitteet < 400 V vs. 12 V/24 V (normaali käyttö, huolto, poikkeustilanteet) Latausjärjestelmän turvallisuus - suuret jännitteet ja virrat < 1000 V/200 A (350 A) Auton EMC ja matalataajuiset häiriöt 2 khz 150 khz ladattaessa AC-lataus (lataustavat 1, 2 ja 3) & DC-lataus (lataustapa 4) AC-latauksen pistokytkimet (IEC ) DC-latauksen pistokytkimet (IEC ) Kotitalouspistokytkimet Kansalliset asiat (asennukset, olemassa olevan infran hyödyntäminen, kuormitusten optimointi, maantieteelliset seikat, ilmasto, suola) Ajankohtaista juuri nyt Tunnistus, tiedonsiirto, protokollat, tietoturva, laskutus, roaming Liittyminen sähköverkkoon, kuormitusten hallinta ja syöttö autosta verkkoon Sähköbussien lataus (johdollinen & johdoton) Samojen koskettimien käyttö AC:lle ja DC:lle Johdoton lataus Keveiden sähköajoneuvojen latausjärjestelmät Lataustehojen kasvattaminen ( 350 kw)

8 8 Sähköajoneuvojen lataustavat Sähköauton varsinaiset lataustavat SFS-EN (IEC Ed. 3.0 voimaansaattaminen EN-standardiksi kesken) Sähköauton peruslataus (lataustapa 3) Vaihtosähkösyöttö erityisestä sähköautopistorasiasta Tunnistus- ja valvontajärjestelmä Latauspisteen pistorasioiden mitoitusvirta on 63 A yksi- tai kolmivaiheisena. Pistorasiasta otettava virta valitaan automaattisesti käytössä olevan syöttöverkon mukaan Max. 22 kw (43 kw) V2G-kommunikaatio mahdollistaa kuormitusten ohjauksen, virran syötön verkkoon jne. (sähköauto osaksi sähköverkkoa) Sähköauton teholataus (lataustapa 4) Tasasähkölataus ulkopuolisella tasasähkölaturista Max. 50 kw (erityisratkaisuin jopa 350 kw) Latausjohto kiinteästi latauspisteessä

9 9 Sähköajoneuvojen lataustavat Hidas lataus ja kevyet sähköajoneuvot Hidaslataus/tilapäinen (lataustapa 2) SFS-EN Vaihtosähkösyöttö tavanomaisesta maadoitetusta kotitalouspistorasiasta tai kolmivaiheisesta voimapistorasiasta liitäntäjohdolla, jossa on tarvittavat suoja- ja ohjauslaitteet (ml. vikavirtasuoja) sisältävä yksikkö Latausvirta rajoitettava pitkäaikaisessa käytössä 8 A:iin (pistorasiat usein vanhoja, kuluneita, rikkinäisiä) LEV-lataus (lataustapa 1) IEC Vaihtosähkösyöttö tavanomaisesta maadoitetusta kotitalouspistorasiasta, joka on suojattu kiinteään asennukseen kuuluvalla vikavirtasuojalla

10 10 Lataustehot kasvavat Lataustehot ja ajat suunnilleen (20 kwh akku) 350 Suurteholataus (HPC) DC-lataus auton ulkopuolisella laturilla 150 (Lataustapa 4) 50 kw Teholataus DC-lataus auton ulkopuolisella laturilla (Lataustapa 4) DC-lataustehot Suomessa 350 kw: Asennukset aloitetaan kw: Asennukset aloitettu kw: Nykyisin 20 3,6 2,5 Peruslataus, 400 V, 3P, 32 A, AC lataus (Lataustapa 3) 10 min 1 h 5 h Hidas lataus 230 V, 1P, max 8 A, AC lataus (Lataustapa 2) h

11 11 Sähköajoneuvojen lataustavat Johdoton lataus, akunvaihto Akunvaihtoasemat IEC/TS Ed. 1.0 Electric vehicle battery swap system Part 1: General and guidance IEC Ed. 1.0 Part 2: Safety requirements Johdoton lataus IEC :2015 Electric vehicle wireless power transfer systems (WPT) - Part 1: General requirements Draft IEC/TS Ed Part 2: Communication between EV and infrastructure with respect to wireless power transfer (WPT) systems, valmistuu 2019 Draft IEC/TS Ed. 1.0 Part 3 specific requirements for the magnetic field power transfer systems, valmistuu 2019

12 12 Standardit Sähköauton standardit Auton turvallisuus ISO 6469 ja ISO Auton EMC (yleinen) ISO 7637, ja Akusto SFS-EN , -2, -3 (kennot) ISO , -2, -3 (akkupaketti) Komponentit Lukuisia standardeja EV

13 13 Standardit Latausjärjestelmän turvallisuusstandardit Latauspisteestä (EVSE) autoon (EV) SFS-EN Yleiset turvallisuusvaatimukset SFS-EN On- ja off-board-laturin EMC, verkkovaikutukset SFS-EN DC-latausasema SFS-EN DC-latausasema/EV-kommunikaatio SFS-EN ja -2 AC-pistokytkin SFS-EN ja -3 DC-pistokytkin SFS-EN Latauskaapeli ja SFS-EN Suojalaiteyksikkö IEC Kiinteä RDC-DD-yksikkö lataustapaan 3 Auton turvallisuus ISO 6469 ja ISO Auton EMC (yleinen) ISO 7637, ja Akusto SFS-EN , -2, -3 (kennot) ISO , -2, -3 (akkupaketti) Komponentit Lukuisia standardeja EVSE EV

14 14 Standardit Latauspisteen sähköasennuksen turvallisuusstandardit Latauspisteestä sähköverkkoon SFS Latauspisteen asennus ja syöttö IEC/TS Lataustolppa (koteloinnit yms.) SFS-EN ja -3 EMC, immuniteetti ja emissio SFS-EN Suojaus sähköiskulta SFS-EN Sähköisten järjestelmien toiminnallinen turvallisuus Latauspisteestä (EVSE) autoon (EV) SFS-EN Yleiset turvallisuusvaatimukset Auton turvallisuus SFS-EN On- ja off-board-laturin EMC, verkkovaikutuksetiso 6469 ja ISO SFS-EN DC-latausasema SFS-EN DC-latausasema/EV-kommunikaatio SFS-EN ja -2 AC-pistokytkin SFS-EN ja -3 DC-pistokytkin SFS-EN Latauskaapeli ja SFS-EN Suojalaiteyksikkö IEC Kiinteä RDC-DD-yksikkö lataustapaan 3 Auton EMC (yleinen) ISO 7637, ja Akusto SFS-EN , -2, -3 (kennot) ISO , -2, -3 (akkupaketti) Komponentit Lukuisia standardeja Power plant & Renewable energy Transmission System Distribution System EVSE EV

15 15 Standardit Tietoliikenne- ja tietoturvastandardit Clearing House Roaming Tietoliikenne & Tietoturva ISO/IEC sarja V2G-tiedonsiirto SFS-EN DER Datamodels ISO/IEC sarja Security technics ISO/IEC Security technics, management IEC Protocol for Management of EV charging and discharging infrastructures IEC Information exchange for EV charging roaming service Smart Grid Power plant & Renewable energy Transmission System Operator Distribution System Operator Charge Service Provider (CSP) Charging Station Operator (CSO) IEC EVSE IEC ISO/IEC EV Transportation System Operator Charge Service Provider (CSP) Camera / Sensors Smart devices Intelligent Transportation

16 16 Sähköautojen pistokytkimet Sähköautojen pistokytkimet Lataustapa 3 (peruslataus) SFS-EN Type 1 Type 2 max. 3 x 63 A, 480 V AC Lataustapa 4 (teholataus) SFS-EN Eurooppalaiset ratkaisut julkisissa latauspisteissä (AFID 2014/94/EU ja Laki 478/2017) CCS 2 (Combo 2) 200 A, 1000 V DC CHAdeMO

17 17 EU:n direktiivi liikenteen vaihtoehtoisista käyttövoimista (AFI) enintään 22 kw yli 22 kw wireless, connectors

18 18 Monta erilaista pistoketta Teholatausasema AC CHAdeMO CCS Lähde: ABB

19 19 Raskaiden ajoneuvojen lataus Sähköbussien lataus Draft IEC Valmis Pantografi kw Rooftop 4-pole charging rails On-board converter VMS BMS AC traction motor Optimal size Li 4 Ti 5 O 12 battery pack Depot charging CCS2 High DC voltage powerline Lähde: ABB

20 20 Entistä nopeampaa latausta CCS2 + thermal cooling, 1000 V/400 A (Draft) High power charging Draft IEC TS Ed.1 Jäähdytyksellä saadaan latauskaapelin johdinpoikkipinta (ja massa) putoamaan järjellisiin arvoihin (240 mm2 70 mm2) Huolena se, että liittimien lämpenemät yms. aivan sallituissa ylärajoissa. Oletettavasti lataustehot pienentyvät jonkin verran laskennallisista arvoista (turvamarginaali) Jännite V DC Latausteho kw Valmis IEC/TS:

21 21 Pistokytkimet High load (HL) plug and socket-outlet (Draft) IEC Normaali pistokytkin Lämpenemistesti 22 A, 1 h ΔT = 45 K Ripustuskuorma 0,5 kg Kuormitus täydellä mitoitusvirralla tilapäistä Suomessa pitkäaikaisessa latauksessa kuormitusvirta rajoitettu 8 A:iin Puoli miljoonaa autolämmitys- ja ulkopistorasiaa, joiden kuntoa ei kukaan tiedä... Sähköautokäytössä ollut kotitalouspistorasia IEC High load pistokytkin Puristusliitokset Umpinaiset kosketintapit 16 A/2,5 mm2 Lämpenemistesti 26 A, 5 h +1 h, min. 125 jaksoa ΔT = 35 K Pitkäaikainen kuormitus täydellä mitoitusvirralla IEC Ed. 4.0 parannettu schuko ollut lausuntokierroksella. Vastustusta!!! Valmis standardi ehkä Q4/2018 SFS 5610 Ed. 5 valmistuu aikaisintaan 2019 Markkinoilla on myös erilaisin teknisin turvaratkaisun varustettuja sähköauton lataamiseen erityisesti suunniteltuja latauskeskuksia, joissa on normaali pistorasia.

22 22 SESKOn lataussuositus SESKOn SK 69:n suositus 2018 (3. painos) Sähköajoneuvojen lataussuositus Kohderyhmät taloyhtiöt isännöitsijät kuluttajat sähköauton hankinnasta kiinnostuneet sähköalan ammattilaiset

23 23 SESKOn lataussuositus Kansallisen suosituksen pääsanoma Latausverkon suunnittelu ja tekniset vaatimukset sekä kunnon valvonta Asennukset SFS 6000 (SFS ) mukaisesti Järjestelmän kunto, kuormitus, häiriöt ja uuden kuormituksen liittämismahdollisuus Syötöt. Varaudutaan kuormituksen ohjaukseen, mittauksen järjestämiseen ja etähallintaan. Tehonrajoitusta voidaan käyttää, jos syötetään useampia latauspisteitä Latauspistekohtainen ohjaus, tunnistus ja tarvittaessa mittaus Valitaan käyttöön ja ympäristöön soveltuvat latauspisteet, lukumäärä, sijoittelu jne. Pistorasiat suojataan mitoitustoimintavirraltaan max. 30 ma vikavirtasuojilla Varsinaiset sähköauton pistorasiat (mode 3): tyyppi B tai tyyppi A + DC-valvonta 6 ma Ryhmäjohtoon vain lataamiseen ja lämmittämiseen tarkoitettuja piirejä Maakaapelit suojaputkiin ja rakennuksissa noudatettava SFS ja Mitoitetaan kestämään pitkäaikaista täyttä kuormitusta kesällä (ilma 30 C, maa 20 C) Latauspisteen osalta otetaan huomioon ulkoiset tekijät (lumi, maantiesuola) V2G ja energiavarastot tarvittaessa Vikavirtasuojille, pistokytkimille ja muille säännöllistä huoltoa ja tarkastusta tarvitseville laitteille kirjallinen kunnossapito-ohjelma Kuluttajille ohjeita Käytettävä lataamiseen tarkoitettuja latauspisteitä. Nykyiset autolämmityspistorasiat ja muut kotitalouspistorasiat eivät sovellu pitkäaikaiseen suuritehoiseen lataukseen teknisten rajoitusten vuoksi. (Sähköautoja ladataan myös kesäisin). Lataustavan 2 latausjohdon painava suojalaiteyksikkö on tuettava. Vaatimusten mukaista latausjohtoa on käytettävä. Lataussähköä ei saa ottaa rakennuksen sisätiloista esimerkiksi ikkunoiden tai ovien kautta. Jatkojohtoja ja adaptereita ei saa käyttää. Jos pistotulppa kuumenee latauksen aikana, on pistotulpassa tai rasiassa vikaa tai kulumia eikä latausta saa jatkaa. Lataus keskeytetään joko autosta tai irrottamalla latausjohdon pistoke ensin auton vastakkeesta.

24 24 Sähköautojen latausjärjestelmiin liittyvä lainsäädäntö Viranomaisasiat ja lainsäädäntö 478/2017 Laki liikenteessä käytettävien vaihtoehtoisten polttoaineiden jakelusta AFI-direktiivin kansallinen käyttöönotto Lain tarkoituksena on varmistaa yhteiset tekniset määrittelyt vaihtoehtoisten polttoaineiden julkisille lataus- ja tankkauspisteille. Oleellista on, että sähköautojen julkinen lataaminen on hoidettava älykkäästi ja siinä edellytetään peruslataukseen käytettävän Type 2 -pistokytkimiä. Sähköauto ja sen lataaminen on entistä enemmän osa sähköverkkoa ja markkinaa. Valtion tavoitteena on saada Suomeen sähköajoneuvoa vuoteen 2030 mennessä. Laki on tullut voimaan Rakennusten energiatehokkuusdirektiivi (EPBD) Uudistettu direktiivi voimaan kesällä 2018 (implementoitava kansallisesti kahden vuoden kuluessa) Vaaditaan, että uusiin ja peruskorjattaviin liikerakennuksiin ja julkisiin rakennuksiin on tehtävä yksi latauspiste kymmentä ajoneuvoa kohti. Asuinkiinteistöissä jokaiseen paikkaan putkitus latausmahdollisuutta varten.

25 25 Sähköautojen latausjärjestelmiä koskeva standardointi Sähköistyvän liikenteen vaikutukset standardointiin Sähköturvallisuudesta ei tingitä Uusiutuvien luonnonvarojen hyväksikäytön myötä standardointityö on jo tehostunut monilla alueilla (energiavarastot, hajautettu pientuotanto, energiatehokkuus) Kuormitusten hallinta korostuu Uudet energiatehokkaat ratkaisut ja uudet sovellukset antavat haastetta myös vanhojen teknologioiden standardointiin (elektroniikka lisääntyy, EMC-häiriöt) Tuotestandardien ja järjestelmien yhteensopivuus korostuu (tuotteista järjestelmiin, IoT) Tiedonsiirto- ja tietoturvastandardien merkitys kasvaa Standardointi nopeutuu ja monimutkaistuu Standardointirakenteet ovat olemassa ja toimivat Työtä tehdään aktiivisesti eri ja ryhmissä. Suomesta osallistutaan aktiivisesti. Standardeihin voi ja pystyy vaikuttamaan, nimenomaan kansainvälisissä työryhmissä. Jokainen voi valita osallistumistasonsa seuraa, valvo tai vaikuta. Resursseja voi säästää osallistumalla standardointiin.

26 26 Sähköautojen latausjärjestelmiä koskeva standardointi Suunnannäyttäjä - autoteollisuus vai teleoperaattori?

27 27 Lisätietoja standardoinnista Standardoinnin seuraaminen Standardien tilaaminen Standardointiin osallistuminen ja vaikuttaminen SESKOn SK-komiteat ja seurantaryhmät SK 64 Pienjännitesähköasennukset SK 69 Sähköautot ja latausjärjestelmät Lisätietoja