Sähköajoneuvojen latausjärjestelmien standardointi Juha Vesa Kehityspäällikkö SESKO 3.10.2017 1
Standardointiorganisaatio Yleinen Sähkötekniikka Televiestintä Maailma ISO TC 22/SC 21 23H, 64, 69, 121B Eurooppa TC 301 23H, 64, 69X Suomi SK 23, SK 64, SK 69 IEC = International Electrotechnical Commission CENELEC = European Committee for Electrotechnical Standardization 3.10.2017 2
IEC-, EN- ja SFS-standardien valmistelu (tuotteet, esim. SFS-EN 61439-1) IEC CENELEC SESKO Ehdotus uudeksi työkohteeksi (NP) Ylläpito Valmisteluvaihe Aloite tai äänestys NPehdotukseen ja kommentit ehdotukseen WG/MT/PT-ryhmien kansalliset jäsenet Lausuntokierros (CD) 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 BT:n ratifiointi EN-standardi UAP UAP Kansallinen lausuntokierros Äänestykset (IEC & CENELEC) Lausunnot tarvittaessa (CENELEC) Äänestykset (IEC & CENELEC) Kansallinen lausuntokierros SESKOn toimitusjohtaja SFS-EN-standardi 3.10.2017 3
Puhtaasti kansallisten standardien valmistelu (SFS 6000) 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 3.10.2017
Sähköauton standardoinnin 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) & Johdoton lataus AC-latauksen pistokytkimet (IEC 62196-2) DC-latauksen pistokytkimet (IEC 62196-3) Kotitalouspistokytkimet Liittyminen sähköverkkoon ja kuormitusten hallinta * Useiden autojen lataamisesta johtuvat (paikalliset) verkkovaikutukset * Tunnistus, laskutus, tiedonsiirto, tietoturva * Kansalliset asiat (asennukset, olemassa olevan infran hyödyntäminen, kuormitusten optimointi, maantieteelliset seikat, ilmasto, suola) * Standardointi toistaiseksi kesken ja painopistealueena tällä hetkellä. 3.10.2017 5
Sähköautojen rakenne Ladattava hybridi Täyssähköauto Plug-in Hybrid Electric Vehicle AC-lataus Akuston koko < 12 kwh PHEV toimintasäde 10-50 km Battery Electric Vehicle DC- ja AC-lataus Akuston koko > 20 kwh BEV toimintasäde 50-500 km 3.10.2017 6
Energian kulutus ja siirto 0,2 kwh/km 24 kwh = 120 km 60 kwh = 300 km Teho kw 50 40 30 20 10 Teholataus Hidas lataus 10 20 30 40 50 60 Latausaika min Latausaika vaihtelee akun kapasiteetin, varaustason, lämpötilan sekä ulkolämpötilan ja lataustehon mukaan 3.10.2017 7
Sähköauton varsinaiset lataustavat SFS-EN 61851-1 (IEC 61851-1 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. Sähköauton teholataus (lataustapa 4) Tasasähkölataus ulkopuolisella tasasähkölaturista Max. 50 kw (erityisratkaisuin jopa 350 kw) Latausjohto kiinteästi latauspisteessä 3.10.2017 8
Kotilataus ja kevyet sähköajoneuvot Hidaslataus/tilapäinen (lataustapa 2) SFS-EN 61851-1 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 (kotitalouspistorasia) LEV-lataus (lataustapa 1) IEC 61851-3 Vaihtosähkösyöttö tavanomaisesta maadoitetusta kotitalouspistorasiasta, joka on suojattu kiinteään asennukseen kuuluvalla vikavirtasuojalla 3.10.2017 9
Johdoton lataus, akunvaihto Johdoton lataus IEC 61980-1:2015 Electric vehicle wireless power transfer systems (WPT) - Part 1: General requirements Draft IEC/TS 61980-2 Ed. 1.0 - Part 2: Communication between EV and infrastructure with respect to wireless power transfer (WPT) systems, valmistuu 2017 Draft IEC/TS 61980-3 Ed. 1.0 Part 3 specific requirements for the magnetic field power transfer systems, valmistuu 2017 Akunvaihtoasemat IEC/TS 62840-1 Ed. 1.0 Electric vehicle battery swap system Part 1: General and guidance IEC 62840-2 Ed. 1.0 Part 2: Safety requirements 3.10.2017 10
Latausjärjestelmän turvallisuusstandardit Latauspisteestä autoon SFS-EN 61851-1 Yleiset turvallisuusvaatimukset SFS-EN 61851-21 On- ja off-board-laturin EMC, verkkovaikutukset SFS-EN 61851-23 DC-latausasema SFS-EN 61851-24 DC-latausasema/EV-kommunikaatio SFS-EN 62196-1 ja -2 AC-pistokytkin SFS-EN 62196-1 ja -3 DC-pistokytkin SFS-EN 50620 Latauskaapeli ja SFS-EN 62752 Suojalaiteyksikkö Sähköverkosta latauspisteeseen SFS 6000-7-722 Latauspisteen asennus ja syöttö IEC/TS 61439-7 Lataustolppa (koteloinnit yms.) SFS-EN 61000-6-2 ja -3 EMC, immuniteetti ja emissio SFS-EN 61140 Suojaus sähköiskulta SFS-EN 61508 Sähköisten järjestelmien toiminnallinen turvallisuus 3.10.2017 11
Sähköauto-, kommunikaatio-, tietoturvastandardit Auton turvallisuus ISO 6469 ja ISO 17409 Auton EMC (yleinen) ISO 7637, 11451 ja 11452 Kommunikaatio & Security ISO/IEC 15118 -sarja V2G tiedonsiirto SFS-EN 61850-7-420 DER Datamodels ISO/IEC 15408 sarja Security technics ISO/IEC 27001-1 Security technics IEC 63110 Protocol for Management of EV charging and discharging infrastructures IEC 63119 Information exchange for EV charging roaming service Akusto SFS-EN 62660-1, -2, -3 ISO 12405-1, -2, -3 3.10.2017 12
Latausjärjestelmän yleinen turvallisuus (SFS-EN 61851-1) Scope Normative references Terms and definitions General requirements Classification Charging modes and functions Communications Protection against electric shock Conductive electrical interface requirements Requirements for adaptors Cable assembly requirements EV supply equipment constructional requirements and tests Overload and short-circuit protection Automatic reclosing of protective devices Emergency switching or disconnect (optional) Marking and instructions Annexes (e.g. control pilot function, current coding, charging circuit diagrams) Degrees of protection against access to hazardous live parts Stored energy Disconnection of plug connected EVSE Loss of supply voltage to permanently connected EVSE Fault protection Protective conductor Residual current protective devices Safety requirements for signalling circuits between the EVSE and the EV Isolating transformers Mechanical switching devices (Switch, Contactor, CB, Relay, etc.) Clearances and creepage distances & IP classes Touch current Dielectric withstand voltage & Insulation resistance Temperature rise Damp heat functional test Minimum temperature functional test Mechanical Strength 3.10.2017 13
Sähköajoneuvojen syöttö (SFS 6000-7-722:2017) Scope Normative references Terms and definitions Conductor arrangement and system earthing Division of installation (a dedicated circuit for electric vehicles) Protection for safety (protection against electric shock) Measures against electromagnetic influences Requirements for wireless charging Selection and erection of electrical equipment Operational conditions and external influences (water, foreign objects, impacts) Isolation, switching and control Devices for protection against indirect contact by automatic disconnection of supply (RCD) Devices for protection against overcurrent Co-ordination of various protective devices Protective conductors Socket-outlets and vehicle connectors Low voltage generating sets (charging EV from battery banks, feeding back electricity from electric vehicles into installation) Kursivoituna muutokset standardiin SFS 6000-7-722:2012 verrattuna 3.10.2017 14
Sähköautojen pistokytkimet Lataustapa 3 (peruslataus) SFS-EN 62196-2 Type 1 Type 2 max. 3 x 63 A, 480 V AC Lataustapa 4 (teholataus) SFS-EN 62196-3 Eurooppalaiset ratkaisut julkisissa latauspisteissä AFIdirektiivin (2014/94/EU) myötä CHAdeMO CCS 2 (Combo 2) 200 A, 1000 V DC 3.10.2017 15
EU:n direktiivi liikenteen vaihtoehtoisista käyttövoimista Enintään 22 kw Yli 22 kw 31.12.2019 31.12.2022 31.12.2016 31.12.2018 wireless, 31.12.2019 connectors 3.10.2017 16
Eri automerkeille eri pistokkeita CHAdeMO AC CCS Lähde: ABB 3.10.2017 17
Power-Enhancement CCS The next level! DC AC DC AC AC 1-3 ph 3,7 kw 11 kw 22 kw 43 kw Today: DC 50 kw Phase 1: DC 150 kw Phase 2: DC 350 kw Charging time for 100 km ~ 90 min ~ 25 min <12 min <5 min DC 10 kw 20 kw * bei einem Verbrauch von 15 kwh/100 km 50 kw 100 kw 150 kw 200 kw 350 kw perspektivisch 3.10.2017 18
CCS2 + thermal cooling, 1000 V/400 A (Draft) High power charging Draft IEC TS 62196-3-1 Ed.1 Jäähdytyksellä saadaan latauskaapelin johdinpoikkipinta (ja massa) putoamaan järjellisiin arvoihin (240 mm 2 70 mm 2 ) Jännite 200 920 V DC Latausteho 150 350 kw Valmis IEC/TS: 2019-06 3.10.2017 19
High load (HL) plug and socket-outlet (Draft) IEC 60884-1 Normaali pistokytkin Lämpenemistesti 22 A, 1 h ΔT = 45 K Ripustuskuorma 0,5 kg Kuormitus täydellä mitoitusvirralla tilapäistä Puoli miljoonaa lämmityspistorasiaa... Sähköautokäytössä ollut kotitalouspistorasia IEC 60884-1 High load -pistokytkin Puristusliitokset Solidit kosketintapit 16 A/2,5 mm2 Lämpenemistesti 26 A, 5 h +1 h, min. 125 jaksoa ΔT = 35 K Pitkäaikainen kuormitus täydellä mitoitusvirralla Standardin IEC 60884-1 seuraavaan painokseen on tarkoitus lisätä vaatimukset ns. parannetulle schukolle. Moni maa kuitenkin vastustaa konseptia, koska HL-pistotulppa sopii tavalliseen pistorasiaan ja sähköauton peruslataukseen on standardoitu sitä varten tarkoitettu pistokytkin (IEC 62196-2). IECstandardi valmistuu n. 2019. Sen jälkeen uusitaan SFS 5610. 3.10.2017 20
SESKOn SK 69:n suositus 2014 (2. painos) Sähköajoneuvojen lataaminen kiinteistöjen sähköverkoissa http://www.sesko.fi/standardit/standardoinnin_aihealueita/sahkoautot_ja_latausjarjestelmat/lataussuositus_2014 3.10.2017 21
Kansallisen suosituksen pääsanoma Latausverkon suunnittelu Järjestelmän kunto, kuormitus, häiriötaso ja uuden kuormituksen liittämismahdollisuus Valitaan käyttöön ja ympäristöön soveltuvat latauspisteet, lukumäärä, sijoittelu jne. Syötöt. Varaudutaan kuormituksen ohjaukseen, mittauksen järjestämiseen ja etähallintaan Latausverkon tekniset vaatimukset Asennukset SFS 6000 (SFS 6000-7-722) mukaisesti Pistorasiat suojataan mitoitustoimintavirraltaan max. 30 ma vikavirtasuojilla (tyyppi B tai tyyppi A + dc-valvonta) [Muuttunut vaatimus uuden SFS 6000-7-722 myötä] Syöttävään ryhmäjohtoon vain lataamiseen ja lämmittämiseen tarkoitettuja piirejä Tehonrajoitusta voidaan käyttää, jos syötetään useampia latauspisteitä Latauspistekohtainen ohjaus, tunnistus ja tarvittaessa mittaus Maakaapelit asennetaan suojaputkeen Mitoitetaan kestämään pitkäaikaista täyttä kuormitusta kesällä (ilma 30 C, maa 20 C) Latauspisteen osalta otetaan huomioon ulkoiset tekijät (lumi, maantiesuola) Latausverkon kunnonvalvonta Vikavirtasuojille, pistokytkimille ja muille säännöllistä huoltoa ja tarkastusta tarvitseville laitteille kirjallinen kunnossapito-ohjelma 3.10.2017 22
Viranomaisasiat ja lainsäädäntö HE25/2017 Hallituksen esitys eduskunnalle laiksi liikenteessä käytettävien vaihtoehtoisten polttoaineiden jakelusta AFI-direktiivin kansallinen käyttöönotto http://www.finlex.fi/fi/esitykset/he/2017/20170025.pdf. 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 250 000 sähköajoneuvoa vuoteen 2030 mennessä. Eduskunta on hyväksynyt lain 2017-06-28. Voimaan 2017? Rakennusten energiatehokkuusdirektiiviin (EPBD) uusinta Uusinta vireillä 2018-2020. Tarkoitus vaatia, että uusiin ja peruskorjattaviin rakennuksiin (liikerakennukset ja julkiset rakennukset, ei asuinrakennukset) on tehtävä yksi latauspiste kymmentä ajoneuvoa kohti ja muihin pysäköintipaikkoihin on tehtävä varaukset latausmahdollisuutta varten. Näihin latauspisteisiin on ehdotettu tehorajaksi vähintään 7 kw. 3.10.2017 23
Sähköistyvän liikenteen vaikutukset standardointiin Sähköturvallisuudesta ei tingitä Uusiutuvien luonnonvarojen hyväksikäytön myötä standardointityö on jo tehostunut monilla aihealueilla (energiavarastot, hajautettu pientuotanto) Uudet energiatehokkaat ratkaisut ja uudet sovellukset antavat haastetta myös vanhojen teknologioiden standardointiin (elektroniikan lisääntyminen, EMChäiriöt) Tuotestandardien lisäksi järjestelmien yhteensopivuus korostuu (tuotteista järjestelmiin) Kommunikaatiostandardien merkitys kasvaa Ajoneuvosta osa sähköverkkoa Tekniset spesifikaatiot ja muut esistandardit yleistyvät Standardointirakenteet ovat olemassa ja toimivat Työtä tehdään aktiivisesti eri ja ryhmissä Suomesta osallistutaan aktiivisesti kansainväliseen standardointiin Standardeihin voi ja pystyy vaikuttamaan, nimenomaan kansainvälisissä työryhmissä Jokainen voi valita osallistumistasonsa seuraa, valvo tai vaikuta 3.10.2017 24
Suunnannäyttäjä - autoteollisuus vai teleoperaattori? 3.10.2017 25
Lisätietoja standardoinnista Standardoinnin seuraaminen www.sesko.fi www.iec.ch/tc69 www.iec.ch/tc64 www.cenelec.eu Standardien tilaaminen sales@sfs.fi Standardointiin osallistuminen ja vaikuttaminen SESKOn SK-komiteat ja seurantaryhmät SK 64 Pienjännitesähköasennukset SK 69 Sähköautot ja latausjärjestelmät Lisätietoja juha.vesa(at)sesko.fi asiakaspalvelu@sesko.fi 3.10.2017 26