Sähköautojen innovatiivinen teknologia on johtamassa liikkumisen mullistukseen, mutta niiden laajamittainen yleistyminen tuo mukanaan uusia teknologisia haasteita. Yhtenä tärkeänä esimerkkinä tällaisista ovat latausasemat. Haasteena on seuraavien viiden vuoden aikana rakentaa maailmanlaajuinen verkosto, joka vapauttaa sähköautoilijat latauksen kestävyyden ja matkan pituuden aiheuttamasta epävarmuudesta ja takaa, että lataaminen onnistuu matkan varrella millä tahansa latausasemalla. Suuret latausasemaverkostot tulevat levittäytymään yli Euroopan, mitä kehitystä tullaan tukemaan myös osana taloudellisia elvytysratkaisuja.
|
Kirjoittajat: Alexis Rigaud, Clément Saudet, Sébastien Auray, Florent Balboni ja Mathieu Béguin (LEM) |
Nykyinen käytössä oleva latausinfrastruktuuri syöttää enimmäkseen vaihtovirtaa. Tästä aiheutuvat pitkät, keskimäärin kahdeksan tunnin latausajat, koska tehoa syötetään matalalla noin 44 kilowatin teholla. Kun latausaika halutaan lyhentää vain muutaman minuutin mittaiseksi, laturivalmistajat muuttavat vaihtovirran tasavirraksi ajoneuvon ulkopuolella ohittamalla autossa olevan laturin (OBC, On-Board-Charger) ja syöttämällä suoraan auton akustoa. Vaikka tällä menettelyllä lataustehoa saadaan lisättyä 400 kilowattiin saakka, muunnosvaiheessa syntyy tehohäviöitä, joita ei sähköauton omistajalta tulisi laskuttaa. Sähkömittari tuleekin asentaa muunnosasteen perään, jolloin se seuraa ja laskuttaa todellista sähköautoon siirtyvää energiaa eikä latauksen kestoaikaa.
Tähän tarpeeseen LEM on tuonut markkinoille tasavirtalaskutusmittarin (DCBM, DC Billing Meter). Se on älykäs, erittäin kompakti ja täyttää täysin saksalaiset Eichrecht-säännökset, jotka edellyttävät, että laskutus perustuu todelliseen mitattuun energiamäärään. Standardit ovat Euroopan lisäksi tulossa voimaan kansainvälisestikin.
Kuva 1: LEM DCBM
LEM DCBM -mittarin kehitystyön tavoitteena on ollut yhteensopivuus ja dataturvallisuus, helppo ja nopea asennettavuus jo olemassa oleviin latausasemiin sekä suurten jopa 600A/1000V tehojen mahdollistaminen.
Yhdyskäytävä pilveen
LEM-tasavirtalaskutusmittari integroidaan globaaliin latausasema-arkkitehtuuriin. Kun sähköautoilija haluaa ladata autonsa akkuja, käynnistetään kyselyketju, joka etenee latausoperaattorin ja latausohjainyksikön kautta DCBM-laitteelle. Tämä käynnistää energian mittauksen koko lataustapahtuman keston ajaksi.
Kun lataaminen on vamis, mittausdata kerätään ja tallennetaan DCBM:n pitkäaikaismuistiin yhdessä useiden peräkkäisiin kyselyihin liittyvien tunnisteiden ja varmistavan allekirjoituksen kanssa. Lataustapahtuman aikana DCBM tuottaa ohjainyksikköön dataa parhaillaan siirrettävästä energiasta sekä ajantasaista dataa virran, jännitteen ja lämpötilan mittauksista.
Kuva 2: Yleinen latausaseman arkkitehtuuri.
Tiedonsiirto
Ethernet-liitännällä varustettu DCBM-laite on Plug&Play-yhteensopiva. Välitön verkkointegraatio taataan yleisellä TCP/IP-standardilla ja automaattiseen ohjaamiseen tarkoitetulla valinnaisella DHCP:llä. DCBM-mittari tarjoaa HTTPS/REST-rajapinnan helppoon ja turvattuun datajärjestelmiin liittymistä varten. Mittausdata on myös allekirjoitettua ja siten aitoudeltaan todennettua. S.A.F.E. -aloitteen mukaisesti DCBM tukee OCMF-formaattia tarjoten yleiskäyttöisyyttä pilvipalvelinoperaattorien kanssa.
HTTP/REST
HTTP on tiedonvaihtoprotokollana käytössä kaikissa verkkoselaimissa, joten se on yhteensopiva minkä tahansa ohjelmiston kanssa. HTTPS/REST on protokollan johdannainen (subset), joka sallii yksinkertaisen datan formatoinnin. DCBM:ään valittu formaatti on JSON, jolloin laite tukee ihmisen luettavaa ja IoT-käyttövalmiita datasarjoja. Tärkeimpiä HTTP-metodeja (GET/POST/PUT) käyttäen DCBM on helposti pyydettävissä käynnistämään, lopettamaan ja noutamaan lataustapahtumia. Lisäksi tapahtumakohtaiset lukemat ovat ajantasaisesti kuljettajan nähtävissä, jolloin asiointikokemus on samanlainen kuin bensa-asemalla. Tämä edesauttaa suuren yleisön myöntyväisyyttä ottaa uusi järjestelmä käyttöön.
OCMF
OCMF (Open Charge Metering Format) on S.A.F.E. -aloitteessa kehitetty avoin standardi. Koska se on suunniteltu järjestelmistä riippumattomaksi, se kohdistuu suureen määrään olemassa olevia sähköauton latausstandardeja, joilla hallinnoidaan mittarin lopullista laskutusta. Lisäksi standardi on suunniteltu ottamaan huomioon nopeasti muuttuvia sähköauton lataustapahtumien laskutusprosesseja. S.A.F.E. -yhteenliittymän sertifioidulla läpinäkyvyysohjelmistolla OCMF voi todentaa lataustapahtuman ja -tulosten aitouden.
Allekirjoitettu laskutusdata
DCBM tukee omaa dataformaattia yhdessä OCMF-formaatin kanssa. Molemmat formaatit allekirjoitetaan digitaalisesti standardeilla ECDSA-menetelmillä ja ne mahdollistavat aitouden todennuksen ja laskutusdatan integriteetin. Jokaisella DCBM-laitteella on oma julkinen avaimensa, joka rekisteröity PKI-instituutioon loppukäyttäjän suojelemiseksi.
Kuva 3: Esimerkki DCBM:n lataustapahtuman tietokannasta.
Yhteenveto
Uudella DCBM-mittarilla LEM avaa lataussähkön laskutukseen kentä, jolle voi kuulua sellaisia sovelluksia kuin datakeskukset, aurinkokennosovellukset ja DC-verkko, mikä mahdollistaa kestävän, ekologisen siirtymän sähköautoiluun.
Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on antanut uuden presidentin asetuksen, jolla perustetaan United States Investment Accelerator -niminen virasto vauhdittamaan miljardiluokan investointeja maahan. Tavoitteena on houkutella sekä kotimaisia että ulkomaisia yrityksiä sijoittamaan erityisesti strategisesti tärkeisiin aloihin, kuten puolijohdeteollisuuteen.
Teollisuus- ja ajoneuvosovelluksissa siirtyminen kohti kestävämpiä energiaratkaisuja ja tehokkaampia moottoreita tuo mukanaan uudenlaisia vaatimuksia elektroniikkasuunnittelulle. Järjestelmät yhdistävät yhä useammin laajan kaistaeron komponentteihin perustuvat suurjännitealijärjestelmät ja herkät pienjännitepiirit, kuten mikro-ohjaimet. Näiden yhdistäminen samassa kokonaisuudessa lisää sekä suorituskykyä että riskejä – galvaaninen erotus ja häiriösuojaus ovatkin nyt tärkeämpiä kuin koskaan, sanoo Toshiba Electronics Europe.
