Οι σταθμοί φόρτισης συνεχούς ρεύματος μπορούν να φορτίσουν ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο μέσα σε λίγα λεπτά. Καθώς, ωστόσο, μέχρι πρόσφατα δεν υπήρχαν μετρητές που να συμμορφώνονταν με τους νόμους βαθμονόμησης, η Porsche Engineering κάλυψε αυτό το κενό.
Αν σας αρέσει η σπορ οδήγηση, δεν σας αρέσουν οι μεγάλες στάσεις φόρτισης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η φόρτιση της Porsche Taycan για 100 χιλιόμετρα εμβέλειας NEDC δεν πρέπει να διαρκεί περισσότερο από περίπου τέσσερα λεπτά. Φυσικά, όταν αγοράζετε ένα ηλεκτρικό όχημα, περιμένετε να υπάρχει υποδομή για φόρτιση υψηλής ισχύος.
Οι σταθμοί φόρτισης για ηλεκτρικά οχήματα που διατίθενται σήμερα στη Γερμανία παρέχουν κυρίως εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) με σχετικά χαμηλή απόδοση φόρτισης. Χρειάζονται αρκετές ώρες για να φορτιστεί πλήρως μια μπαταρία οχήματος. Οι σταθμοί φόρτισης συνεχούς ρεύματος (DC), με ρυθμούς εξόδου έως και 350 κιλοβάτ, είναι πολύ πιο γρήγοροι, δίνοντάς τους το προσωνύμιο των «φορτιστών υψηλής ισχύος». Η φόρτιση ενός σπορ αυτοκινήτου όπως το Taycan για τα επόμενα 100 χιλιόμετρα σε έναν από αυτούς θα διαρκέσει πραγματικά μόνο λίγα λεπτά.
Προσθέστε στα παραπάνω ότι, μέχρι τώρα, δεν υπήρχε τεχνολογία μέτρησης που να συμμορφώνεται με τους νόμους βαθμονόμησης. Δεν υπήρχε νομικά εγκεκριμένος τρόπος μέτρησης της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώθηκε κατά τη φόρτιση. Η συμμόρφωση με τη μέτρηση απαιτεί αξιολόγηση συμμόρφωσης και έγκριση από το PTB, το εθνικό ινστιτούτο μετρολογίας της Γερμανίας. Το PTB επιθεωρεί τα συστήματα τεχνολογίας για να κρίνει εάν συμμορφώνονται με τους διάφορους γερμανικούς νόμους μέτρησης και βαθμονόμησης. Επειδή δεν υπήρχαν πιστοποιημένοι φορτιστές υψηλής ισχύος DC και η διαθεσιμότητά τους κατά την κυκλοφορία του Taycan ήταν αβέβαιη, οι ειδικοί της Porsche Engineering πήγαν και τους ανέπτυξαν οι ίδιοι: Το Porsche DC Energy Meter είναι ένας πιστοποιημένος μετρητής για συστήματα φόρτισης DC με χωρητικότητα έως 350 κιλοβάτ. Δημιουργεί τους λόγους για την κατασκευή μιας υποδομής φόρτισης υψηλής ισχύος εγκαίρως για την κυκλοφορία του Taycan.
«Αντιμετωπίσαμε μια μεγάλη πρόκληση—χρειαζόμασταν να σχεδιάσουμε ένα σύστημα χωρίς να γνωρίζουμε πραγματικά τις ακριβείς απαιτήσεις που πρέπει να καλύψει»
Alexander Schneider-Schaper
«Αντιμετωπίσαμε μια μεγάλη πρόκληση—χρειαζόμασταν να σχεδιάσουμε ένα σύστημα χωρίς στην πραγματικότητα να γνωρίζουμε τις ακριβείς απαιτήσεις που πρέπει να πληροί», εξηγεί ο επικεφαλής μηχανικός Alexander Schneider-Schaper, ο οποίος είναι υπεύθυνος για το έργο. Μέχρι το περασμένο φθινόπωρο, ένα πράγμα μόνο ήταν σίγουρο: Κάθε πελάτης είχε το δικαίωμα από το νόμο να γνωρίζει ακριβώς πόση ενέργεια είχε αποκτήσει και πότε. Αυτό σήμαινε ότι οι μηχανικοί αναγκάστηκαν να ξεκινήσουν τις εργασίες στον μετρητή ενέργειας συνεχούς ρεύματος, ενώ αρκετά ερωτήματα παρέμεναν ακόμη αναπάντητα. Όταν ξεκίνησαν οι εργασίες, το DKE, η Γερμανική Επιτροπή Ηλεκτρολογίας και Τεχνολογίας Πληροφοριών —ένας φορέας που δημιουργήθηκε από το γερμανικό εθνικό ινστιτούτο προτύπων DIN και την ένωση ηλεκτρολόγων μηχανικών VDE— εξακολουθούσε να συντάσσει προτάσεις. Οι προτεινόμενες οδηγίες έπρεπε να υποβληθούν σε άλλη ερευνητική επιτροπή (την REA) για αξιολόγηση και τελικά να διαβιβαστούν στο εθνικό γραφείο βαθμονόμησης.
Μπορεί να είναι πολύ περίπλοκο να μετρήσετε την ενέργεια που μεταδίδεται σε ένα ηλεκτρικό όχημα σε έναν σταθμό φόρτισης. Σε αντίθεση με ένα νοικοκυριό, όπου έχετε πάντα τον ίδιο χρήστη και η απλή ανάγνωση του μετρητή μία φορά το χρόνο αρκεί, οι δημόσιοι σταθμοί φόρτισης διατρέχουν έναν ολόκληρο κύκλο χρηστών μέρα με τη μέρα. Κάθε ένα από αυτά έχει δικαίωμα σε έναν ακριβή, διαφανή λογαριασμό. Η Porsche Engineering μετέφρασε αυτό το σύνολο συνθηκών σε έναν κατάλογο απαιτήσεων για την ανάπτυξη του μετρητή ενέργειας Porsche DC: Χρειαζόταν αναγνώριση του χρήστη, καταγραφή του χρόνου φόρτισης και μέτρηση του ρεύματος, της τάσης και του χρόνου κατά τη διαδικασία φόρτισης. Οι μετρήσεις μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της ηλεκτρικής εργασίας σε κιλοβατώρες. Όλα αυτά τα δεδομένα πρέπει στη συνέχεια να διαβιβαστούν μέσω ενός backend στον πάροχο, ο οποίος στη συνέχεια εκδίδει ένα λεπτομερές τιμολόγιο στον πελάτη.
Η επόμενη μεγάλη πρόκληση ήταν τότε ότι οι ίδιοι οι σταθμοί φόρτισης προσφέρουν αρκετά λίγο χώρο στο εσωτερικό τους. Το μεγαλύτερο μέρος του εσωτερικού τους καταλαμβάνεται από υποδοχές σύνδεσης, το καλώδιο φόρτισης και την ενσωματωμένη ψύξη του και τις μονάδες ελέγχου φόρτισης. Για να προσαρμόσουν την πρόσθετη τεχνολογία, οι μηχανικοί αποφάσισαν να σχεδιάσουν ένα σύστημα δύο μερών που θα περιλαμβάνει τον ίδιο τον μετρητή ενέργειας συνεχούς ρεύματος και μια μονάδα αισθητήρα που μετράει ρεύμα και τάση. Το τελευταίο συνδέεται με καλώδιο στο ηλεκτρικό κύκλωμα μεταξύ καταναλωτή και σταθμού φόρτισης. Οι μετρητικές του ικανότητες κυμαίνονται έως και 500 αμπέρ και 1.000 βολτ.
Ο αισθητήρας μεταδίδει τις τιμές που μετρά στον πραγματικό μετρητή DC, ο οποίος ήταν περιορισμένος σε μέγεθος στον όγκο ενός κουτιού ποτών μισού λίτρου. Ο μετρητής καταγράφει τα δεδομένα και υπολογίζει τη μεταφερόμενη ενέργεια, συνδέοντάς την με τα δεδομένα πελατών και συσκευάζει ολόκληρη την παρτίδα σε μια πλειάδα με μια μοναδική υπογραφή—μια δέσμη δεδομένων που δεν μπορεί πλέον να επεξεργαστεί. Αυτή η πλειάδα είναι αυτό που λαμβάνει και χρησιμοποιεί ο χειριστής υποστήριξης για τη σύνταξη του τιμολογίου. Ο χειριστής υποστήριξης είναι επίσης η επαφή με την οποία οι πελάτες μπορούν να ελέγξουν —χρησιμοποιώντας λογισμικό διαφάνειας όπως μια εφαρμογή, για παράδειγμα— πότε, πού και πόση ηλεκτρική ενέργεια έχουν αντλήσει. Φυσικά, αυτές οι πληροφορίες εμφανίζονται επίσης σε πραγματικό χρόνο σε μια οθόνη LC της Porsche Engineering κατά τη φόρτιση.
«Η προστασία του συστήματος από παραβίαση ήταν βασικός παράγοντας κατά τον σχεδιασμό του», λέει ο Schneider-Schaper. Για να βεβαιωθείτε ότι κανείς δεν ανοίγει τον αισθητήρα ή τον μετρητή ενέργειας συνεχούς ρεύματος, η σχεδίαση του περιβλήματος είναι καλά κλεισμένη και σφραγισμένη. Η έγκριση από το PTB —προς το παρόν ο μόνος φορέας που είναι εξουσιοδοτημένος να αξιολογεί τη συμμόρφωση στον τομέα της ηλεκτροκίνησης— θα χορηγηθεί πριν από το τέλος του 2019, τώρα που έχουν αποφασιστεί τα κριτήρια αξιολόγησης για έγκριση. Οι αξιολογούμενοι παράγοντες θα περιλαμβάνουν το σχεδιασμό και τη λειτουργία, την περιβαλλοντική συμβατότητα και εάν ο σταθμός φόρτισης και το λογισμικό συμμορφώνονται με τους νόμους μέτρησης και βαθμονόμησης κατά τη λειτουργία.
Όλα τα εμπόδια για την ανάπτυξη της τεχνολογίας έχουν ξεπεραστεί. «Αυτή τη στιγμή, όλοι επικεντρώνονται στην επέκταση της υπάρχουσας υποδομής, ακόμα κι αν δεν είναι όλες οι προδιαγραφές ή τα πρότυπα οριστικά», μας λέει ο Schneider-Schaper. «Αυτό δίνει στη Γερμανία την ευκαιρία να λειτουργήσει ως πρωτοπόρος και να καθιερώσει την τεχνολογία που είναι ήδη πιστοποιημένη και εγκεκριμένη εδώ».
Ομάδα έργου: Alexander Schneider-Schaper, Sunny Rohilla και Jiri Naprstek (από αριστερά προς τα δεξιά)
Ο μετρητής ενέργειας DC με μια ματιά
Εύρος μέτρησης τάσης
0 to 1,000 V
Εύρος μέτρησης ρεύματος
0 to 500 A
Εύρος θερμοκρασιών
−40 to +85 °C Θερμοκρασία αποθήκευσης
−40 to +70 °C Θερμοκρασία λειτουργίας
Διαστάσεις
Περίβλημα Μετρητή DC:
Π 162 mm
Μ 82 mm
Υ 55 mm
Μέγεθος αισθητήρα:
Π 130 mm
Μ 104 mm
Υ 59 mm
Δυνατότητες μέτρησης
Τάσης
Ρεύματος
Ισχύος
Ενέργειας
Απεικόνιση
Κατανάλωσης ενέργειας
Διάρκειας
Χρόνου
Ημερομηνίας
Ταυτότητας χρήστη
Ακρίβεια
0.5 % της μέτρησης τάσης
0.4 % της μέτρησης ρεύματος
Βάρος
530 g
Ο Μετρητής Ενέργειας DC πληροί τα πρότυπα μετρητών EN 50470-1 και EN 50470-3 και συμμορφώνεται με τις πιο πρόσφατες απαιτήσεις μέτρησης, για παράδειγμα σε όρους ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας, θερμοκρασίας και δονήσεων. Το περίβλημα προστατεύεται από την είσοδο υγρού σύμφωνα με την κατηγορία προστασίας IP 30.
