Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens

IC LMV LV, T. Van Renterghem

Copyright © Siemens NV 2011. All rights reserved.

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens: Aanbod Low Voltage

Blz 2 IC LMV LV

1

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens: Aanbod Low Voltage

Blz 3 IC LMV LV

Veranderingen in het elektrische distributienetwerk 19th Century

20th Century

Early 21st Century

End of 21st Century

Electrification of society

Shift to new age of electricity

The new age of electricity

“Age of Coal”

Extensive generation of electrical energy “Age of fossil fuels”

Challenges require rethinking: 1.) Demographic change 2.) Scarce resources 3.) Climate change

Electricity will be the energy source for most applications in daily life. ➨ Integrated energy system with power grid as backbone

Unsustainable energy system

Unsustainable energy system

“Generation and load closely coordinated”

Sustainable energy system

“Generation follows load”

“Energy system shifting”

“Load follows generation”

Supply island with stochastic load

Integrated network, central generation, load stochastically predictable, unidirectional energy flow

Increasingly decentralized, fluctuating generation “consumer” becoming “prosumer”

Central + decentralized generation, intelligence with ICT*, bi-directional energy flow

Fossil energy source: hydro

Fossil energy sources, hydro, nuclear

Fossil energy sources, hydro, nuclear, biomass, wind, solar

Renewable energy sources

No environmental concerns

(solar, wind, hydro, biomass),

“clean” coal, gas, nuclear

Environmental awareness

*) ICT = Information and Communication Technologies

Blz 4 IC LMV LV

2

Veranderingen in het elektrische distributienetwerk

Gisteren

Morgen

Opwekking

Hoogspanningsnet

Middenspanningsverdeling

Uitbreiding van de energievoorziening door kleine decentrale energieopwekkers die op hetzelfde energie-net zijn aangesloten Blz 5 IC LMV LV

Veranderingen in het elektrische distributienetwerk

Energiebalans

Pieklastverdeling

Energieaanbod Energievraag Renewables

Beschikbaarheid

Prosumers

Efficiëntie

Blz 6 IC LMV LV

3

Veranderingen in het elektrische distributienetwerk

Gisteren

Morgen

Opwekking

Hoogspanningsnet

Middenspanningsverdeling

Elektrische voertuigen en nutsvoorziening voor elektromobiliteit maken deel uit van een interactief smart grid Blz 7 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Geïntegreerde aanpak vereist

Blz 8 IC LMV LV

4

Ontwikkeling van elektrische voertuigen (wereldwijd zonder China) Tegen juli 2013 zullen een groot aantal elektrische wagens op de markt komen. Expected production figures 2010 (qty) e-tron

Audi BMW

Megacity

“active e”

5.000

C-Zero1)

Citroen

E-Zell

Mercedes Mitsubishi

i-MiEV

Nissan

15.000 Leaf

20.000

Peugeot

Ion1)

5.000

Fluence Z.E. Zoe Z.E.

Kangoo Z.E.

Renault

Twizy Z.E.

Smart

ED

Tesla

5.000

Roadster

Toyota

EV-II Prius plug in hybrid

E-UP!

VW Calendar years

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

Total 50.000

1) C-Zero & I-On are both produced by PSA Source: ADAC Motorwelt, Issue 12, 12/2009; Pictures: http://autobloggreen.com, Tesla Motors, BMW and other automotive companies

Blz 9 IC LMV LV

Batterij technologie is kritisch voor succes van elektrische voertuigen Actuele status van Li-ion batterijen voor elektrische voertuigen Hoge energiedichtheid van 180 Wh/kg vergeleken met Pb batterij (30kW/kg) of NiMh (60kW/kg)

maar


Actuele kosten liggen tussen $500 /kWh en $900 /kWh.
Om een levensduur te hebben van maar dan 10 jaar, mag de batterij bij het laden niet warmer worden dan 40°C.
Gedurende de levensduur neemt de capaciteit af.
Speciale oplaadvereisten om oververhitting te vermijden (of zelfs ontvlammen van een batterij).
Beperkte beschikbaarheid van Lithium, slechts in een beperkt aantal landen (80% in Bolivië, Chili en Argentinië).

Source: I MO E-car Team

Blz 10 IC LMV LV

5

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadscenario’s

Thuis opladen

Semi-publiek opladen

Publiek opladen

Operation Center

Blz 11 IC LMV LV

for internal use only

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadscenario’s Thuis opladen

Inline-Module

Wall-Box

Oplaadcapaciteit bij een 30 kWh batterij en Ø verbruik 15 kWh/100 km :  3 kW enkelfazig (230 V/16 A):

100% opgeladen na ~8 - 10 h

 11 kW driefazig (400 V/16 A):

100% opgeladen na ~2 - 3 h

Blz 12 IC LMV LV

6

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadscenario’s Publiek laden / Dienstenleverancier

Oplaadstation prototype

Oplaadstation publiek

Oplaadsnelheid bij een 30 kWh batterij en Ø verbruik 15 kWh/100 km :  22kW driefazig (400 V/ 32 A):

100% opgeladen na ~1-2 h

 44 kW driefazig (400 V/63 A):

100% opgeladen na < 1 h

Source: E-car Infrastructure Project Team

Blz 13 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadscenario’s Snelladen

Oplaadsnelheid bij een 30 kWh batterij en

Omruilstations

Batterij omruilen binnen enkele minuten.

Ø verbruik 15 kWh/100 km :  200 kW met DC-lading:

Batterijen worden in magzijn opnieuw opgeladen via snelladen.

100% opgeladen na ~ 5 -15 min Pionier: Better Place Source: E-car Infrastructure Project Team

Blz 14 IC LMV LV

7

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadscenario’s Inductief laden (stationair en mobiel)

• Grotere operationele afstand

• 100% mobiliteit, geen oplaadkabel noodzakelijk

• Locatieonafhankelijk opladen

• gebruiksvriendelijke oplossing

Source: E-car Infrastructure Project Team

Blz 15 IC LMV LV

Oplaadscenario’s 11kW oplading is voldoende in meeste gevallen

Opladen tot 80% SOC (state of charge); batterij: 25kWh, totale efficiëntie: 80% 25

3-fazig 400V, 32A – 22kw

AC laadvermogen [kW]

20

15

3-fazig 400V, 16A – 11kW

10

5

1-fazig 230V, 16A – 3,7kW

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Oplaadtijd [u] Source: I MO E-car Team

Blz 16 IC LMV LV

8

Oplaadmodi volgens IEC 61851 Modus 1 opladen

Modus 3 opladen Bildquelle: Wal ther-Wer ke

Bildquelle: M ennekes

Geen communicatie tussen infrastructuur en elektrische wagen.

Modus 2 opladen

Communicatie tussen laadpaal en elektrische wagen; sturing en beveiliging permanent beschikbaar in de infrastructuur AC, 1 – 3 F, 16 – 63 A, 3 - 43 kW

Modus 4 opladen Bildquelle: Wal ther-Wer ke Bildquelle: Wal ther-Wer ke

~

=

Bildquelle: M ennekes

Communicatie tussen de Inline module en de elektrische wagen (via Pilotbox)

Onrechtstreekseverbinding tussen de elektrische wagen en het AC stroomnet door gebruik van een externe oplader tot 600V DC, 200 kW, 2phase

for internal use only

Oplaadmodi volgens IEC 61851 Oplaadmodus 1

Blz 18 IC LMV LV

9

for internal use only

Oplaadmodi volgens IEC 61851 Oplaadmodus 2

Blz 19 IC LMV LV

for internal use only

Oplaadmodi volgens IEC 61851 Oplaadmodus 3

Blz 20 IC LMV LV

10

for internal use only

Oplaadmodi volgens IEC 61851 Oplaadmodus 4

Blz 21 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Volledig aanbod Geïntegreerde oplossingen in laden, energieverdeling en parkeren, voor thuis, publiek en semi-publiek gebruik

Geïntegreerde oplossingen voor het beheer van oplaadinfrastructuur, energienetten, verkeer en fleetbeheer Ondersteuning in elke projectfaze

Grid and Traffic Planning

Wall box

Energiebeheer

Parkingsystemen

Construction

Service and Maintenance

System Operation

Geïntegreerde infrastructuur voor elektrische wagens: oplossingen en diensten • Charging infrastructure Management • Smart Grid Integration • Billing systems • Service Desks / Back Office Systems • Traffic Management • Fleet Management & Navigation • Security and Access Management • Service and Maintenance • System Operation

Laadpaal AC/DC

LV en MV energieverdeling

Parkeermeters

Source: E D MV E

Blz 22 IC LMV LV

11

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Aanbod voor AC opladen Thuis opladen

Componenten

Standard en specifieke laagspanningscomponenten voor AC laadpalen / wall boxes

Parkeren en laden: satelliet systeem

Publiek opladen

Betalen met cash, kredietkaart, RFID, … AC 1-fazig/3-fazig tot 44kW

1-fazig/3-fazig tot 11kW

1-fazig/3-fazig tot 44kW

Opties - RFID - Metering - Communicatie

Opties - RFID - Metering - Communicatie

Opties - RFID - Metering - Communicatie - Grid integratie

Source: E D MV E

Blz 23 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Aanbod voor DC opladen tot 240 kW Gebaseerd op standaard industriële vermogenelectronica, automatisering en LV/MV componenten Single Pole

Electric Gas station

Source: E D MV E

Blz 24 IC LMV LV

12

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Aanbod LV voor thuis opladen Productinformatie

Oplaadeenheden WB100A voor het laden van elektrische voertuigen volgens IEC 61851 laadmodus 3

Blz 25 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Aanbod LV voor thuis opladen Modus 3 versus modus 1 opladen

Veilig:

- communicatie tussen oplaadeenheid en wagen - vergrendeling van de stekker - nodige beveiligingscomponenten voorzien (oude installaties?)

Snel:

- uitvoeringen tot 22kW (32A 3-fazig)

Comfortabel: - kabel meegeleverd met elektrische wagen vergt meer handeling

Blz 26 IC LMV LV

13

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Aanbod LV voor thuis opladen Eckpunkte Ladeeinheit Beschikbare uitvoeringen

5TT3 201-1KK11

5TT3 201-1KK12

5TT3 201-1KK13

Oplaadeenheid 1 x 16 A stekkertype 1

Oplaadeenheid 1 x 16 A stekkertype 2

Oplaadeenheid 3 x 16 A stekkertype 2

5TT3 201-1KK32 Oplaadeenheid 1 x 32 A stekkertype 2

Blz 27 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Aanbod LV voor thuis opladen Eckpunktegegevens Ladeeinheit Technische oplaadeenheden

Blz 28 IC LMV LV

14

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-100 Toesteluitvoeringen  24 V DC (SELV/PELV)  110/230 V AC met verschillende oplaadstromen conform IEC 61851 Gebruik en toepassing  Regelen en beheren van het oplaadproces voor elektrische voertuigen  Communicatie met een elektrisch voertuig conform IEC 61851 Montage  Montage op standaard DIN-rail (EN 60715)

Blz 29 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-100 1

Verbindingsconnector 1  Relaiscontacten voor het schakelen van vermogenrelais, ventilator, vergrendelingen, signaalcontacten (afhankelijk van het model) LEDs 2  Statusaanduiding van de werking Verbindingsconnector 3  Voedingsspanning  Voertuiginterface  Digitale ingangen voor terugmelding

2

3

Blz 30 IC LMV LV

15

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-100 Toesteluitvoeringen en toepassingsvoorbeeld Oplaadstroom 16 A 13 A 16 A 20 A 32 A 13 A / 32 A

Voedingsspanning 24 V DC 110 … 230 110 … 230 110 … 230 110 … 230 110 … 230

Artikelnummer 5TT3 200-2KK30 5TT3 200-1KK20 5TT3 200-2KK20 5TT3 200-3KK20 5TT3 200-4KK20 5TT3 200-6KK20

V AC V AC V AC V AC V AC

Blz 31 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-100 Overzicht inputs/outputs – blokdiagramma, PWM signaal Control interlock Control contactor

Ventilation

P1 / P2

V1 / V2

Fault status

H1 / H2 S1 / S2

Voltage supply L+ M (DC) L N (AC) Functional ground FE

PX CP

5 V output auxiliary voltage

AV EN HL

Control Pilot Enable Plug present/ proximity

Status interlock

Blz 32 IC LMV LV

16

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-100 Beschrijving van de werking  Indien de voedingsspanning aanwezig is, voert de module enkele initialisaties en functietesten uit.  Indien de hulpspanning AV (geleverd door de CM-100) gedetecteerd wordt op de EN (Enable) ingang, dan is de CM-100 geactiveerd voor opladen. EN kan rechtstreeks verbonden worden met de AV hulpspanning of extern geschakeld door vb. een klok.  In de geactiveerde status wacht de CM-100 op de aansluiting van een correcte laadkabel (status A). Indien een correcte kabel gedetecteerd wordt, zal de vergrendeling van het stopcontact via uitgang H1/H2 geactiveerd worden.  De vergrendeling moet bevestigd worden aan ingang HL (Hatch Lock) door aanwezigheid van hulpspanning, of indien geen vergrendeling vereist is wordt ingang HL rechtstreeks met de hulpspanning AV verbonden.

Blz 33 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-100 Beschrijving van de werking: statussen elektrisch voertuig Status A

Voertuig is niet verbonden

Status B

Voertuig is verbonden / niet klaar om opgeladen te worden

Status C

Voertuig is verbonden / klaar om opgeladen te worden / ventilatie van de ruimte in het gebouw is niet vereist

Status D

Voertuig is verbonden / klaar om opgeladen te worden / ventilatie van de ruimte in het gebouw is vereist

Status E

Kortsluiting / voedingsspanning is verwijderd van het voertuig / elektriciteit is niet beschikbaar / ander voedingsprobleem

Status F

Voedingsspanning is niet beschikbaar / ander voedingspobleem

Blz 34 IC LMV LV

17

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-100 Beschrijving van de werking  Indien de CM-100 tijdens het laden detecteert dat de vergrendeling niet meer actief is, dan wordt het laden meteen stopgezet.  Na de vergrendeling wordt uitgang P1/P2 geactiveerd om het laden te starten.  Binnenruimtes zouden moeten geventileerd worden indien het voertuig ventilatie vereist bij het laden. In dit geval wordt uitgang V1/V2 geactiveerd.  De CM-100 wisselt bidirectioneel communicatie uit met het elektrisch voertuig via een PWM signaal zoals vb. maximum toelaatbare laadstroom, ventilatie vereist, enz.  Via het proximity signaal (PX = proximity), meet de CM-100 de coderingsweerstand en detecteert zo de maximum toelaatbare oplaadstroom van de verbonden kabel. De respectievelijke uitvoering van de CM-100 moet voorzien worden van de juiste lijnbeveilingen in het laadstation of in het energieverdeelbord.

Blz 35 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-230 Toesteluitvoeringen  „Stand alone“: Oplaadregelaar voor toepassing in installaties zonder hoger controle systeem. (Art. Nr. 6FE1021-3CM10-2AA0)  „Managed“: Oplaadregelaar voor toepassing in installaties zonder hoger controle systeem. (Art. Nr. 6FE1021-3CM10-1AA0) Gebruik en toepassing  Regelen en beheren van het oplaadproces voor elektrische voertuigen.  Communicatie met een elektrisch voertuig conform IEC 61851 Montage  Montage op standaard DIN-rail (EN 60715) Blz 36 IC LMV LV

18

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-230 Aansluitingen  Trip signaal (afhankelijk van het model)  RS232 interface  Digital uitgangen  Relaiscontacten  Voedingsspanning  Voertuiginterface  Digitale ingangen  Ethernet interface (RJ45) Afdekking  voor DIP schakelaars LED‘s  Statusweergave van de werking Blz 37 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-230 Toepassingsvoorbeeld “stand alone” versie

Blz 38 IC LMV LV

19

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Oplaadregelaar CM-230 Toepassingsvoorbeeld “managed”versie

Blz 39 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Pilootprojecten en referenties Rijden op de zon  Installatie van PV-panelen op een carport en uitrusten met infrastructuur voor laden van elektrische voertuigen  Gebruik van groene energie voor laden van elektrische voertuigen  PV energie doorsturen naar het net wanneer er niet geladen wordt.  Aansluiting op het net om te kunnen laden bij bewolkte hemel of ‘s nachts

 Eerste referenties beschikbaar:  Carport met per parkeerplaats 3kWpk aan PV-panelen  Componenten: Sentron PAC energieteller  Inverter PVM 10  Wall box 5TT3201-1KK02, Mode 3, 3x32A, etc.  DC schakelaar (5TE..), PV zekeringen (3NW..), overspanningsbeveiliging, behuizing 8HP, etc.

Blz 40 IC LMV LV

20

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Pilootprojecten en referenties Gecombineerde oplossing railkanaal + wall box Standaard railkanaal 8PS

Standaard wallbox 5TT32

Sivacon

MV-transfo

• Toepassingen: appartementencomplex (prive), bedrijvenparking, winkelcentrum (zonder betalingsysteem), wagenpark, enz.. • Oplossing met standaard beschikbare componenten • Verschillende types tot 32A/22kW – 1 / 3 fazen • Projecteren met Simaris Design/Project • Flexibel voor verschillende types van stekkers • Minimale constructiewerken in een bestaande parkeergarage

Quelle: eigene Darstellung

Blz 41 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Pilootproject Volt-Air

Blz 42 IC LMV LV

21

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Pilootproject Volt-Air

Mobility

Leasing concept: 10 eCars in company’s fleet All employees, professional travel Charging stations in Anderlecht & Huizingen

Energy

Sustainable energy production 9893 m² photovoltaic's in Huizingen

Micro Grid

Local Smart Grid approach Integration of eCar in Micro Grid

Blz 43 IC LMV LV

Nutsvoorzieningen voor elektrische wagens Pilootproject Volt-Air Energy Management System

PV Installation

Microgrid Controller

Energy meter

Energy meter

Charging station Electrical Vehicles Blz 44 IC LMV LV

22

Dank u voor uw aandacht, Siemens nv/SA Infrastructure & Cities Low Voltage Guido Gezellestraat 121 1654 Beersel/ Huizingen Tel: +32 2 536 35 71 mailto: [email protected] www.siemens.be/industrie www.siemens.com/ecar

Copyright © Siemens NV 2011. All rights reserved. Page 45

23