Maantiekuljetukset ovat elintärkeitä talouselämälle. Kuorma-autoilla kuljetetaan ruokaa, tarvikkeita, materiaaleja ja monia muita tavaroita mihin tahansa paikkaan. Vaikka keskiraskaiden ja raskaiden kuorma-autojen osuus maailman ajoneuvoista on vain neljä prosenttia, niiden osuus tieliikenteen hiilidioksidipäästöistä on 40 prosenttia, tehden niistä kasvihuonekaasupäästöjen päälähteen, joka on otettava huomioon pyrittäessä kohti hiilivapautta.

Euroopassa hiilidioksidipäästöjen vähennystavoitteeksi kuorma-autoille on asetettu 45 prosenttia vuoteen 2030 ja 90 prosenttia vuoteen 2040 mennessä, mikä tarkoittaa erittäin kovia vähennysvaatimuksia. Tätä haastetta pyritään ratkaisemaan erilaisilla tekniikoilla kuten vedyllä ja nesteytetyllä kaasulla, joissa sähköistäminen on tärkeässä osassa ja nopeasti hyödynnettävissä henkilöautoja varten kehitetyillä tekniikoilla ja prosesseilla. Tämän seurauksena merkittävät kuorma-autovalmistajat ovat asteittain siirtymässä sähkökäyttöisiin kuorma-autoihin, jolloin syntyy tarvetta erityisesti pitkän matkan liikenteelle sopivasta latausinfrastruktuurista.

Vuodesta 2024 lähtien eri puolilla Eurooppaa on julkistettu ehdotelmia, joilla taattaisiin latausinfrastruktuurin tehokas kattavuus sähkörekkojen liikennöintiä varten seuraten AFIR:n (Alternative Fuel Infrastructure Regulation) asettamia kattavuustavoitteita. Tämä mahdollistaa rahti- ja logistiikkayritysten helpomman siirtymisen sähkörekkoihin, missä Amazon on näyttänyt esimerkkiä tuomalla Euroopan kuljetuskalustoonsa yli 200 pitkän matkan sähkörekkaa – jo aikaisemmin sen kuljetuskalusto Pohjois-Amerikassa käsitti sähkörekkoja vastaanottajan määränpään toimitusvaiheen kuljetuksia varten. Tämän tyyppiset julkistukset tulevat yleistymään laajemmin lähitulevaisuudessa.

Raskaiden ajoneuvojen sähköistämisstrategian menestys riippuu monista tekijöistä kuten sähkörekkojen kokonaiskustannuksista, tehokkaan latausinfrastruktuurin sijoittelun laajuudesta teiden varsille, latauskustannusten kohtuullisuudesta ja sähkörekoille tarkoitettujen suurten akkujen painotoleranssien kehittymisestä. Jälkimmäiseen liittyen EU-komission Weight and Dimension (W&G) -direktiiviehdotuksessa kaavaillaan painorajojen nostoa 2-4 tonnilla dieselrekkoihin verrattuna. On erittäin tärkeää tässä herkässä siirtymisvaiheessa, että yhteistyö teollisuuden, standardointielinten ja poliitikkojen välillä toimii määrätietoisesti ja saumattomasti.

Sähkörekkojen lataaminen

Sähkörekkojen kysynnän ja kehitystyön lisääntyminen edellyttää soveltuvaa latausinfrastruktuuria, joka vastaa erilaisiin käyttötarkoituksiin. Koska sähkörekkojen akut ovat kookkaita – Mercedes eActrosin 600 kWh:n akku on kapasiteetiltaan kymmenenkertainen sähköhenkilöautoon verrattuna – sähkörekat vaativat ensisijaisesti DC-latauksen kapasiteettia ja nopeutta, jotta saavutetaan riittävän lyhyet latausajat (kuva 1). Sähköhenkilöautoissa puolestaan käytetään sekä AC- että DC-latausta.

Kuva 1: AC- ja DC-latauksen keskimääräiset ajat.

Latausaika riippuu käyttötapauksesta, koska varikolla tai määränpääkohteessa aikaa on käytettävissä paljon enemmän kuin reitin varrella (kuva 2). Varikolla yliyön tapahtuva sähkörekan lataus voi kestää 6-8 tuntia, jolloin riittää 200-400 kW:n latausteho. Tähän soveltuvat sähköhenkilöautojen käytössä jo hyväksi havaitut Combined Charging Systems (CCS) -järjestelmät. Tällöin useampi CCS-järjestelmä voi jakaa tehoa, mikä on tärkeä tekijä, kun halutaan tasapainottaa ja hallita suuren sähkörekkamäärän lataamista ja optimoida latausjärjestelmän kokonaiskustannuksia.

Kuva 2: Tyypillinen kaukoliikenteen sähkörekan kulkema matka.

Tilanne on kuitenkin hankalampi tien varren latauspisteissä. EU on määritellyt, että rekkakuskin tulee pitää jokaisen 4,5 tunnin ajorupeaman jälkeen vähintään 45 minuutin lepotauon, joka aika siis olisi käytettävissä sähkörekan akun lataukseen. Jotta kaukoliikenteen rekan suuret akut saataisiin nopeasti ladatuksi, hyvin suuri latausteho on tarpeen. Tarvitaan yli yhden megawatin Megawatt Charging Systems (MCS) -järjestelmiä, mikä asettaa lataustekniikalle ja sähkönsiirtoverkolle monia haasteita liittyen lataustekniikoiden lämpökuormiin ja sähköverkkojen tehon kulutuspiikkeihin.

Tavanomainen sähkörekan latausaseman tarjoama teho on välillä 2-8 MW, kun siinä on useita CCS- ja MCS-tyypin latauspisteitä (kuva 3). Varikolla tapahtuvan latauksen tavoin reitin varrella tapahtuva lataus perustuu tehon vuorottaiseen jakeluun. Käytettäessä dynaamista vuorottelua latauspisteissä voidaan säätää tehoa jaettavaksi kuhunkin ajoneuvoon perustuen niiden lukumäärään tietyllä latausasemalla ja vaadittavaan palveluntarpeeseen. Tällä tavoin voidaan tasapainottaa käytettävissä olevien latauspisteiden kokonaismäärää ja saatavissa olevaa lataustehon kokonaismäärää latausaseman pitkän aikavälin capex-investointien hallitsemiseksi. Esimerkiksi latausasemassa voi olla useita MCS- ja CCS-latauspisteitä, mutta täysi teho on saatavissa latauspisteestä ainoastaan silloin, kun tietty määrä sähkörekkoja kytketään järjestelmään.

Kuva 3: Sähkörekkojen latausasema koostuu tyypillisesti yhdistelmästä useita CCS- ja MCS-latauspisteitä.

Tehonmittauksen ratkaisut sähkörekkojen latauksessa

Kaikissa tehonlataustilanteissa käyttäjien on voitava luottaa siihen, että sähkörekkojen kuluttama teho mitataan tarkasti ja laskutetaan oikein. Tehonmittauksella mahdollistetaan oikeudenmukainen ja läpinäkyvä toiminta loppukäyttäjille ja kolmansille osapuolille kuten sähkörekkojen omistajille ja latausinfrastruktuurin operaattoreille. Kokonaiskustannukset ovat merkittävässä asemassa etenkin sähkörekkojen yhteydessä, jolloin tarkasti mitattavalla kWh-laskutuksella on merkitystä haluttaessa tukea siirtymistä sähköiseen liikenteeseen.

DC-tehonmittaus pikalatauksessa mittaa tarkasti kulutetun tehon säädösten ja määräysten mukaisesti. Nämä järjestelmät tavallisesti kompensoivat tehohäviöt, joita esimerkiksi latauskaapelit aiheuttavat, mittauspisteen sijaitessa tyypillisesti sähkörekan lataustulossa turvallisuussyistä.

Säädösten mukaisesti määritelty tehonmittaus on tässä tärkeää, koska tällä tavoin varmistetaan suorituskyky ja suojataan loppukäyttäjiä mahdollisilta virheiltä tehon laskutuksessa. Euroopassa on säädetty jo vuosia sitten määräyksiä kuten Eichrecht 1 Saksassa, no 22.00.570.001.1 Ranskassa ja EU:n laajuinen mittauslaitedirektiivi 2014/32/EU. Pohjois-Amerikassa vastaavia määräyksiä on esimerkiksi California/National Type Evalution Program (CTEP/NTEP).

Hyödynnä LEM:n kokemuksia

Yli 50 vuoden kokemuksella ja toiminnalla sähkömittauksen alalla LEM on tunnettu toimija sähköautojen latauksen ja tehonmittauksen alueilla. Sähköautojen lataussektorin ollessa vielä syntyvaiheessaan LEM kartoitti ja tunnisti sovellusalueen kehitystarpeet, joiden ratkaisijana yhtiöstä on tullut luotettu ja tunnustettu yhteistyökumppani, joka ensimmäisenä kehitti Euroopan ja Pohjois-Amerikan määräysten mukaisen pikalatausasemiin soveltuvan DC-laskutusmittarin. Lisäksi LEM on solminut vahvat suhteet monien testaus- ja sertifiointialan sidosryhmien kanssa, mikä on mahdollistanut latausinfrastruktuurin vaivattoman levittäytymisen samalla konseptilla eri alueille.

Läheisessä yhteistyössä sääntelyviranomaisten ja sähköautojen pikalaturien valmistajien kanssa LEM on ollut johtavassa asemassa kehittämässä DC-tehonmittausta. Se on tehnyt pioneerityötä olemalla mukana säädäntätyössä puoltamassa sellaisia sertifikaatteja kuten MID 2014/32/EU DC-latausta varten ja aikaansaamassa sertifikaatteja kalibrointimääräyksille Ranskan ja Saksan markkinoita varten. Se pystyy myös vastaamaan nopeasti Pohjois-Amerikan markkinoiden tarpeisiin tuotevalikoimallaan, josta löytyy tehokkaita ratkaisuja täyttämään CTEP/NTEP:n asettamat vaatimukset sähköautojen DC-pikalatureille.

Suunniteltuna helpottamaan integrointia monimutkaisiin ja modulaarisiin sähköautojen pikalatureihin LEM:n DC-laskutusmittareiden (DCBM) valikoimassa on ratkaisuja sekä DC-pikalataukseen että määränpään DC-latausjärjestelmiin. Tällaisia ovat LEM:n DCBM 400/600 ja DCBM 100, joihin on integroitu tarkka mittaus ja monitorointi. Reaaliaikainen data, tehoa kuvaava data ja lain vaatima data näytetään loppukäyttäjälle ja välitetään sähköauton latausohjaimelle selkeiden ja monipuolisten kommunikointiliittymien kautta. Mihin tahansa enimmillään 600 A:n ja 1000 V:n DC-pikalatausasemaan soveltuvina DCBM-mittarit varmistavat turvallisen tiedonsiirron, tarkan laskutuksen, yhteydet taustajärjestelmään ja nopean varmentamisprosessin määräystenmukaisuudesta.

Eichrechtin ja 2014/32/EU MID-direktiivin sekä Ranskan no 22.00.570.001.1 -määräysten lisäksi LEM:n DCBM-laitteet ovat myös seuraavien määräysten mukaisia: EN 50470-1:2006, EN 50470-3:2006, PTB-A 50.7, PTB-A 20.1, CISPR32 Class-B emission, IEC 61000-6-2:2016, IEC 61000-6-3:2016, UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 No. 61010-1 ja UL94-V0, mikä varmistaa DCBM-mittarien käyttökelpoisuuden kaikkialla Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. LEM:n DCBM-laitteita on jo asennettu runsaasti eri puolille Eurooppaa, missä niillä on tärkeä rooli DC-latauksen alueella.

Tie aukeaa sähkörekoille

Kuten edellä on todettu, sähkörekkojen latausinfrastruktuurissa tarvitaan erityisiä määräyksiä, jotka liittyvät varikolla ja tien varrella tapahtuvaan lataukseen, useiden CCS- ja MCS-latausjärjestelmien tehon vuorottaiseen jakeluun, jotta erilaisten käyttötilanteiden asettamat vaatimukset toteutuvat tehokkaasti, turvallisesti ja taloudellisesti. Laadukas mittaus on tällöin ratkaisevassa osassa, koska se linkittyy suoraan sähkörekkasektorilta saataviin kustannussäästöihin, sillä mikä tahansa poikkeama mittaustarkkuudessa suurteholatauksen vaativissa olosuhteissa tuo vääristymää laskutettavan tehon kustannuksiin.

LEM laajentaa jatkuvasti tuotevalikoimaansa tukeakseen sähkörekkojen latausinfrastruktuurin kehittymistä. Esimerkiksi DC-mittausratkaisuja sovitetaan varikolla tapahtuvan latauksen erityisvaatimuksiin kuten tiedonsiirtokaapeleita, jotka soveltuvat ilmajohtolinjaa pitkin tapahtuvaan lataukseen. Tämä mahdollistaa mittausanturien asentamisen etäällä sijaitseviin linjastoihin niin, että käyttäjä kuitenkin näkee näytöltä lataustiedot. Tämä ratkaisu soveltuu sekä uusiin että saneerattaviin asennuksiin.

LEM kehittää uuden sukupolven modulaarisia tuotteita, joiden virta-arvo on enimmillään 1500 A ja toimintalämpötila-alue on -40 - +85 ºC, ja jotka soveltuvat MCS-sovelluksiin. Tällöin varmistetaan, että latausjärjestelmä, jossa on sekä CCS- että MCS-latauspisteitä, hyötyy luotettavasta ja laadukkaasta tehonmittausjärjestelmästä vaativissa sovelluksissa missä tahansa toimintaympäristössä.

Uusi tuotevalikoima käsittää täydelliset tehonmittauksen ja -monitoroinnin palvelut, joihin kuuluvat allekirjoitettu ja autentikoitu data, reaaliaikainen data kuten lämpötilamittaus ja huolto sekä ohjelmistopäivitykset. LEM:n uuteen valikoimaan kuuluu sähkörekkojen latausasemia luotettavine ja kestävine tehonmittaus- ja -monitorointiratkaisuineen, joilla varmistetaan loppukäyttäjille ja latausoperaattoreille oikein tapahtuva turvallinen tehonkulutukseen perustuva laskutus.

Matka on alkamassa

Matka kohti hiilivapaita pitkän matkan kuljetuksia ja siirtyminen sähkörekkoihin on juuri nyt käynnistymässä, ja alusta alkaen mittaustarkkuus ja käytettävien ratkaisujen varmatoimisuus ovat elintärkeitä asioita. Näin varmistetaan onnistuneet toteutukset luotettavaan DC-pikalatauksen infrastruktuuriin, joka soveltuu raskaille ajoneuvoille ja sähkörekoille, mahdollistaen pitkän matkan kuljetukset vähillä päästöillä. Tehonmittaus on ratkaiseva tekijä, jolla varmistetaan latauskustannusten valvonta luotettavasti. Toimintavarmojen, testattujen ja sertifioitujen ratkaisujen käyttö on ainoa tie, jolla operaattorit voivat laajentaa infrastruktuuria ja tehdä pohjatyötä tulevaisuutta varten.