Sähköautojen latausinfraa laajennettaessa on pikalatausasemiin integroitava metrologiaa sääntelevien lakien mukaiset DC-energian mittauksen ja laskutuksen menettelytavat. Tätä vaaditaan tarkkuuden, läpinäkyvyyden ja luottamuksen takaamiseksi.

Siirtyminen polttomoottoreista sähköajoneuvoihin (EV) asettaa yhteiskunnalle joukon uusia haasteita erityisesti sen määrittämisessä, miten ja missä sähköautot voidaan ladata tehokkaimmin. Koska sähköautoja voidaan ladata useissa eri paikoissa ja monin eri tavoin, loppukäyttäjien tulee ymmärtää nämä latausvaihtoehdot perusteellisesti. Kuljettajille on myös tarjottava mutkattomia palveluja, joiden avulla he voivat halutessaan omaksua koko autoalan yhteisen tavoitteen vähentää hiilidioksidipäästöjä.

Käytettävä lataustapa riippuu useiden eri tekijöiden tasapainosta: käytettävissä oleva aika latauspaikalla, ajoneuvon tarvitsema energiamäärä sekä latauslaitteiden saatavuus ja kustannukset. Ajoneuvon sisäisen laturin teho on rajallinen paino- ja kustannussyistä, joten se soveltuu vain hitaaseen lataamiseen verkkovirralla (AC) esimerkiksi kotona ja työpaikalla.

Jotta voitaisiin kuitenkin saavuttaa suurempia latausnopeuksia, joita sähköautojen yleistyvä käyttöönotto edellyttää, on käytettävä pikalatureita, jotka pystyvät lataamaan ajoneuvon akun suoraan tasavirralla (DC). Nämä pikalaturit nopeuttavat lataamista merkittävästi ja niitä hyödynnetään esimerkiksi taajamien julkisissa latausasemissa sekä valtateiden varsilla.

Sähköautojen pikalatausinfran laajentaminen herättää uusia kysymyksiä. Kuinka esimerkiksi kuljettajat voivat sähköautoa ladatessaan olla varmoja, että heitä laskutetaan oikeudenmukaisesti periaatteella ’maksat siitä, mitä saat’. Tai miten latauspisteitä hallitsevat operaattorit voivat varmistaa, että heidän infrastruktuurinsa noudattaa sähkön myyntiä kuluttajille säänteleviä määräyksiä, erityisesti tasavirtalatauksessa? Samoin voidaan kysyä, mihin toimiin supermarkettien, kaupunkikeskusten ja e-kuorma-autovarikkojen kaltaisten toimijoiden tulee ryhtyä, jotta niiden tulevat maksujärjestelmät voivat laskuttaa käyttäjiä tai kolmansia osapuolia tarkasti ja hallitusti?

Energiaa mitaten

Vastaus edellisiin kysymyksiin on lyhyesti ilmaistuna energianmittauksen kautta. Latausjakson aikana siirretyn energian mittaaminen tarjoaa oikeudenmukaisuutta ja läpinäkyvyyttä käyttäjille ja kolmansille osapuolille, mikä lisää luottamusta uuden tekniikan hyväksymiseen.

Näin varmistetaan, että käyttäjää laskutetaan latauksesta todellisen kulutetun energian mukaan kilowattitunteina (kWh). Sähköenergian myymistä koskevat määräykset ja metrologian standardit antavat turvaa sähköauton käyttäjän lisäksi latausinfrastruktuurin omistajalle, joka voi näin luottaa latauspisteiden suorituskykyyn ja valvoa sitä.

Metrologiaa koskevan lainsäädännön tavoitteena on varmistaa, että kaikki osapuolet voivat luottaa tehtyihin mittauksiin. Metrologisesti kontrolloidut instrumentit ovat muutenkin osa jokapäiväistä elämää: niitä hyödynnetään mitattaessa juomaveden käyttöä, syötäväksi tarkoitettuja hedelmiä, kotitalouden sähkönkulutusta, kaasunmyyntiä, perinteisten polttoaineiden käyttöä ja paljon kaikkea muuta.

Metrologisesti varmennetut tulokset ovat olennaisia punnitukseen ja muihin mittauksiin perustuvissa liiketoimissa. Sähköenergian siirto DC-pikalaturin ja sähköauton välillä noudattaa tätä samaa periaatetta. Tämä ei koske ainoastaan julkista latausinfraa, vaan myös yksityisiä latauspaikkoja, joissa useat eri tahot haluavat käyttää todelliseen energiankulutukseen perustuvaa laskutusta.

Tämän vuoksi näille latausalueille tarvitaan ohjeita ja standardeja DC-pikalatauksen infrastruktuurien johdonmukaisuuden varmistamiseksi. Euroopassa ’Fit for 55’ -lainsäädäntöpaketti sisältää vaihtoehtoisten polttoaineiden infradirektiivin (AFID), jossa vahvistetaan säännöt käytön helpottamiseksi ja standardoitujen palvelujen tarjoamiseksi kaikkialla EU:ssa. Tähän kuuluu myös sähköautojen lataamisen kWh-perusteisen laskutuksen käyttöönotto.

Vastaavasti Yhdysvalloissa NEVI:n (National Electric Vehicle Infrastructure) Formula Program -ohjelma sisältää säännöt, joiden mukaisesti rahoitetaan DC-pikalatauksen infrastruktuurien käyttöönottoa. Tämä on tarkoitus toteuttaa samanlaisen kWh-perusteisen laskutuksen asettamien vaatimusten mukaisesti.

Koska latausasemien operaattorit ovat kiinnostuneita energiahäviöiden minimoimisesta latausprosessin aikana, kWh-pohjainen laskutus kannustaa myös entistä energiatehokkaampien lataustekniikoiden kehittämiseen. Tämä puolestaan tuottaa yleistä hyötyä koko sähköautoyhteisölle.

Käytännössä pikalatauksen kokonaishinnan laskelmissa käytetään perustana kilowattituntia – metrologian määräysten mukaisesti – mutta lisäksi siihen voidaan soveltaa myös aikaperusteista hinnoittelua siinä tapauksessa, että sähköauto jää pysäköitynä latauspisteeseen täyden latauksen jälkeen (latauspisteen tarpeettoman varaamisen estämiseksi).

Ajatuksena DC-energiamittauksen integroinnissa pikalaturiin on, että sähkön tarkka mittaaminen on suoritettava laturin ja sähköauton rajapinnassa tasavirtamittauksena. Tämä tarkoittaa, että kWh-lukeman mittaus kuvaa tarkasti ajoneuvon vastaanottamaa energiamäärää latauksen aikana. Näin käyttäjää ei laskuteta mistään muunnoshäviöistä tai muista tehohäviöistä, joita voi syntyä esimerkiksi johdotuksen vuoksi ja jotka eivät ole käyttäjän hallittavissa.

Energian mittaaminen suoritetaan vakaalla ja tarkalla laitteistolla kaikissa olosuhteissa, ja tiedot suojataan kaikilta muutoksilta. Sen jälkeen ne välitetään kyseisen latauspalvelun tarjoajalle, joka viime kädessä on vastuussa lopullisesta hinnanlaskennasta ja laskutusprosessista.

Mittausjärjestelmän suorituskyvyn ja suojausmekanismien asianmukaisen toteutuksen varmistamiseksi standardit ja direktiivit ohjaavat mittauslaitteiden suunnittelua ja tuotantoa. Tähän kuuluu MID-direktiivi 2014/32/EU, jossa asetetaan perusvaatimukset aktiivisille energianmittauksille Euroopan tasolla sekä erityiset kansalliset vaatimukset Saksalle (Eichrecht) ja Ranskalle (päätös nro 22.00.570.001.1). DC-energian mittaus on kuitenkin käsitteenä vielä melko uusi monille laboratorioille ja sääntelyelimille.

Saumattomasti yhteen

Kun EV-sektori oli vielä kehityksensä alkuvaiheessa, latausmaksut perustuivat käytettyyn aikaan, ja kuljettajat maksoivat aina latausjakson keston mukaan. Tämä johti epäoikeudenmukaiseen laskutukseen eri sähköautojen ja laturien tarjoamasta latausnopeudesta riippuen.

Nykyään yleinen suuntaus on ottaa käyttöön kWh-pohjainen hinnoittelu, joka perustuu todelliseen kulutettuun energiaan. Sähköautojen omistajat ymmärtävät silloin paremmin tarkalla reaaliaikaisella datalla varustettuja lataustietoja, joiden avulla on mahdollista tehdä entistä paremmin todellisiin kustannuksiin perustuvia päätöksiä.

Todellisen kWh-pohjaisen hinnoittelun saavuttamiseksi virallisesti hyväksytty ja sertifioitu energianmittausjärjestelmä on liitettävä saumattomasti EV-laturiin. Hyödyntämällä sähkömittausten asiantuntemustaan ja kokemustaan LEM-yhtiö on noussut merkittäväksi toimijaksi EV-latausympäristössä ja tarjoaa räätälöityjä ratkaisuja DC-energian mittaamiseen erityisesti tällä sovellusalueella.

Tiivistä yhteistyötä

LEM on toiminut avainroolissa tasavirtaenergian mittaamisen edistämiseksi tekemällä tiivistä ja läheistä yhteistyötä viranomaisten ja EV-pikalatureita valmistavan teollisuuden kanssa. Se on ollut edelläkävijä DC-sertifikaattien (esim. MID 2014/32/EU) hankkimisessa ja edistämisessä sekä kalibrointilakien sertifioinnin saavuttamisessa Ranskan ja Saksan markkinoilla.

Lisäksi yhtiön latausratkaisut ovat vastanneet nopeasti Pohjois-Amerikan markkinoiden tarpeisiin tarjoamalla niihin suorituskykyisiä ratkaisuja, jotka täyttävät CTEP-sertifiointivaatimukset (California Type Evaluation Program) kaikille sähköautojen DC-pikalatureille.

Tämän sektorin ollessa vasta kehittymässä LEM pystyi tunnistamaan ja selvittämään kaikki asiakkailta esiin nousseet tarpeet ja keräämään arvokasta markkinatietoa. Tämän ansiosta yhtiöstä tuli ensimmäinen yritys, joka on kehittänyt DC-laskutusmittarin EV-pikalatureita varten.

Tiukasti eteenpäin katsoen LEM loi vahvat suhteet tärkeimpiin sääntelyelimiin keskustellakseen säännöksistä, jotka eivät vielä olleet edes voimassa tuolloin. Koska Eurooppa on ollut sääntelyn edelläkävijä, yhtiö aloitti eurooppalaisella standardilla ja yksittäisillä maastandardeilla yksi kerrallaan tunnistaen samalla, että kullakin markkina-alueella on omat erityiset sääntönsä ja vaatimuksensa.

Yhtiön kehittämien DC-laskutusmittareiden (DCBM) valikoima antaa sähköajoneuvojen latausasemia (EVCS) ylläpitäville operaattoreille mahdollisuuden tarjota käyttäjille heidän toivomansa kWh-pohjainen latauskokemus. Mittarit on suunniteltu yksinkertaistamaan integrointia monimutkaisiin ja modulaarisiin EV-pikalatureihin.

Tätä helpottaa mittarin inforuutu, joka näyttää reaaliaikaiset mittaukset, energiamäärät ja kaikki tarvittavat lakisääteiset tiedot. Jälkiasennukseen sekä uusiin DC-pikalatausasemiin (jopa 600 A/1000 V) tarkoitetut DCBM-mittarit varmistavat turvallisen tiedonsiirron, autenttisen laskutuksen, helpon liitettävyyden taustajärjestelmiin sekä nopean sertifiointiprosessin metrologian säädösten mukaisesti.

Saksaa koskevan säännöstön (Eichrecht), EU:n MID-direktiivin 2014/32/EU ja Ranskan säädöksen nro 22.00.570.001.1 lisäksi DCBM-mittarit noudattavat seuraavia standardeja: EN 50470-1:2006, EN 50470-3:2006, PTB-A 50.7, PTB-A 20.1, CISPR32 Class-B -päästöt, IEC 62052-11:2003, IEC 61000-6-2:2016, IEC 61000-6-3:2016, UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 No. 61010-1 ja UL94-V0. Tämä tarkoittaa, että DCBM-mittarit on sertifioitu käytettäväksi kaikkialla Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa.

Oikeudenmukainen ja läpinäkyvä

DC-laskutusmittarit ovat välttämättömiä, jotta tasavirralla toimivan sähköauton pikalatauksen laskutus voidaan suorittaa kohtuullisesti, oikeudenmukaisesti ja läpinäkyvästi. Niiden käyttäminen on ainoa tapa varmistaa, että sähköautojen käyttäjät ja kolmannet osapuolet saavat tarkat, laillisesti valvotut ja luotettavat energiamittaukset laskutusta varten.

Ne myös varmistavat, että maailmanlaajuinen sähköajoneuvojen pikalatausinfra on kestävä ja mukautuva, kun vaatimukset muuttuvat tulevaisuudessa. Tämän ansiosta LEM-yhtiön asiakkaat voivat vaivattomasti ottaa käyttöön kWh-pohjaisen latauksen ja sen ansiosta keskittyä enemmän infrastruktuurin käyttöönoton ja laajentamisen vaativiin prosesseihin.

Kyseessä ovat markkinoiden ensimmäiset DC-energiamittarit, joiden rakenne on jaettu modulaariseksi. Moduulikonsepti (patentti vireillä) mahdollistaa suunnittelijoille kompaktit ja joustavat vaihtoehdot. LEM:n DCBM-mittarit koostuvat anturiyksiköstä, joka mittaa kaksisuuntaisesti energiaa, jännitettä, virtaa ja syöttökiskojen lämpötilaa sekä lähettää nämä tiedot turvallisesti mittariyksikköön. Mittarilohko vastaanottaa ja käsittelee mittaustiedot, hallitsee latausjaksoja ja -muotoja sekä autentikoi tiedot niin, että data voidaan luotettavasti siirtää laskutusta varten.

Yhä useammat organisaatiot, jotka haluavat kehittää kWh-pohjaisia latausratkaisuja sähköautojen käyttäjille ja liikennöitsijöille, tiedostavat nyt, kuinka tärkeää on hyödyntää sertifioitua järjestelmää energianmittauksessa, kun rakennetaan sähköautojen latausinfrastruktuuria.

Alun perin kahta DCBM-versiota (400/600 A) tarjonnut LEM on jo nähnyt näitä yksiköitä asennettuina laajasti eri puolilla Eurooppaa, missä niillä on ratkaiseva osa kWh-pohjaisen latauksen mahdollistamisessa. Markkinoiden edelläkävijänä LEM on äskettäin kehittänyt myös 80 A latausvirtaan yltävän kaksisuuntaisen laskutusmittarin DCBM 100 (alla), joka on tarkoitettu kaksisuuntaisiin DC-lataussovelluksiin (V2G, Vehicle-to-Grid) 30 kilowatin tehoalueella. Laite on jo saanut sekä MID- että Eichrecht-sertifioinnin.

Tämä on hyvä esimerkki siitä, että LEM mukauttaa jatkuvasti tuotevalikoimaansa tarjotakseen ratkaisuja asiakkaiden tarpeisiin sekä täyttääkseen kaikki metrologian säädökset niiden edelleen kehittyessä. Kompakti mittari varmistaa helpon liittämisen pilvipalveluihin sekä entistä nopeamman sertifiointiprosessin kaikkien asiaankuuluvien standardien mukaisesti.

Tasapuolisuus korostuu

Yhteenvetona voidaan todeta, että kWh-perusteinen laskutus varmistaa käyttäjien kohtelun tasapuolisesti ja oikeudenmukaisesti. Tämä on elintärkeää sähköajoneuvojen luotettavan DC-pikalatausinfran onnistuneelle käyttöönotolle, joka varmistaa johdonmukaiset palvelut eri maissa ja takaa laajan läpinäkyvyyden.

Loppukäyttäjät ja kolmannet osapuolet voivat luottaa siihen, että latausjaksoja laskutetaan eheyttä ja turvallisuutta noudattaen ja että vuorovaikutuksessa saatavat tiedot ovat jatkuvasti tarkkoja ja ajan tasalla. Hyödyntämällä vain kaikkein vankimpia sertifioituja ratkaisuja operaattorit voivat laajentaa latausinfrastruktuuria nopeudella, joka vastaa ripeästi kasvavaa kysyntää.