Rozwój elektromobilności, obejmującej efektywność i zastosowania silników elektrycznych jako elementów napędów krytycznych pojazdów w różnych systemach (w tym na pokładach statków powietrznych) oraz pozyskiwania energii i zasilania poprzez układy energoelektroniczne to zagadnienia, które objęte są pracami w ramach zadania nr 5 w projekcie pn. „Regionalne Centrum Doskonałości Automatyki i Robotyki, Informatyki, Elektrotechniki, Elektroniki oraz Telekomunikacji Politechniki Rzeszowskiej”. Projekt finansowany jest w ramach programu Ministra Edukacji i Nauki pod nazwą „Regionalna Inicjatywa Doskonałości” w latach 2019 - 2022 nr projektu 027/RID/2018/19 kwota finansowania 11 999 900 zł.
W ramach prac realizowanych w projekcie pod koniec roku 2021 r. została zakupiona szybka stacja ładowania pojazdów, która została zainstalowana na wewnętrznym placu pomiędzy bud. A i B przy W. Pola 2 na Wydziale Elektrotechniki i Informatyki.
Szybka stacja ładowania samochodów elektrycznych AXON 50 to idealne rozwiązanie dla szybkiego uzupełnienia energii w samochodzie elektrycznym. Wszystkie rodzaje złącz oraz duża moc oferują atrakcyjną propozycję dla kierowców aut elektrycznych, jak i inwestorów myślących o uatrakcyjnieniu swojej lokalizacji.
Najważniejsze cechy produktu: szybka stacja ładowania o mocy 50 kW, złącze CCS o mocy 50 kW, złącze CHAdeMO o mocy 50 kW, złącze typu 2 o mocy 43 kW, długość przewodów 4,5 m, wyposażony w technologię ISO 15118 Plug and Charge dla bezproblemowego uwierzytelnienia ładowania, możliwość ładowania 2 samochodów jednocześnie (1xDC+1xAC), czytelny 7” ekran LED, komunikacja bezprzewodowa 3G/4G opcjonalnie Ethernet, Wi-Fi, bezproblemowa integracja z systemami back-end dzięki OCPP 1.6J lub 2.0, czytnik RFID.
Szybka Stacja ładowania AXON FX wspiera standard ISO 15118. Dzięki obsłudze protokołów OCPP 1.6J i 2.0 umożliwia komunikację pojazdów elektrycznych i szybkiej stacji ładowania DC. Standard ISO 15118 autoryzuje i uwierzytelnia proces ładowania samochodu elektrycznego, a sama transakcja rozpoczyna się po podłączenia kabla ładującego. Urządzenie AXON FX wyposażone jest w czytnik kart RFID oraz pozwala na autoryzację procesu ładowania z poziomu urządzenia. Protokół OCPP 1.6J i 2.0 pozwala na zarządzanie stacją ładowania przez zewnętrznych operatorów ładowarek. Nowoczesny design, niewielkie gabaryty, wysoka niezawodność i zaawansowany interfejs użytkownika sprawiają, że ładowarki Axon są idealne do szybkiego ładowania w węzłach komunikacyjnych lub na stacjach benzynowych. Zastosowane w niej systemy komunikacji bezprzewodowej GSM/SIM umożliwiają zdalną kontrolę oraz monitoring.
Dzięki bezprzewodowej komunikacji GSM/SIM szybka stacja ładowania samochodów elektrycznych AXON FX , masz dostęp do swojego urządzenia bez potrzeby prowadzenia przewodów komunikacyjnych typu Ethernet. Jednocześnie świadczy globalnie usługi wdrożenia i serwisu oraz monitoringu i zdalnego zarządzania infrastrukturą ładowania z własnego centrum monitoringu.
Tworzone stanowisko badawcze wyposażone zostało również w następującą aparaturę::
1) EVlink Stacja ładowania Smart Wallbox - 7,4/22 kW - Type2 z przesłonami – RFID
2) Aparatura SONEL w tym MPI-540 Miernik parametrów instalacji elektrycznych oraz EVSE-01 adapterem do testów stacji ładowania pojazdów elektrycznych
3) BMS - SmartX, AS-P serwer automatyki, 2x Ethernet, 2 porty BACnet MS/TP/ Modbus RTU, 1 port LON, wymaga podstawy i zasilacza
Plany badań wykorzystania i sterowania stacji ładowania we współpracą z siecią, panelami PV oraz akumulatorami:
Większa liczba pojazdów elektrycznych (EV) i hybrydowych pojazdów elektrycznych typu plug-in wymaga efektywnego projektowania stacji ładowania w celu zapewnienia odpowiednich szybkości ładowania. Spowodowałoby to obciążenie konwencjonalnej sieci energetycznej, zwiększając tym samym koszty ładowania. Dlatego też wykorzystanie źródeł odnawialnych na miejscu takich jak energia fotowoltaiczna (PV) obok sieci konwencjonalnej może zwiększyć wydajność stacji ładowania. Źródło PV powinno być wykorzystywane w połączeniu z siecią do zasilania odbiorników elektrycznych. Jednakże, PV jest znana z przerywanej natury pracy, która jest wysoce zależna od warunków geograficznych i pogodowych. Aby zrekompensować nieciągłość PV, system magazynowania energii w akumulatorach (BSS) powinien być połączony z PV w systemie sieciowym w celu zapewnienia stabilnej pracy hybrydowej stacji ładowania opartej na PV. Ogólnie rzecz biorąc, hybrydowa stacja ładowania oparta na źródłach energii powinna być efektywna kosztowo, wydajna i niezawodna, aby zapewniać zmienne potrzeby obciążenia pojazdów elektrycznych w różnych scenariuszach. Należy zbudować efektywną hierarchiczną strategię zarządzania energią w celu zmaksymalizowania energii z instalacji PV, aby sprostać zmiennym obciążeniom pojazdów elektrycznych, biorąc pod uwagę szybką reakcję BSS i mniejsze obciążenie sieci. Strategia ta powinna poprawić ogólną wydajność, niezawodność i koszty. Należy wykorzystać efektywną dwukierunkową konwersję mocy w postaci przetwornicy buck-boost, aby zapewnić bezpieczną pracę BSS i zmniejszyć straty podczas konwersji. Topologia ta powinna umożliwić redukcję tętnień prądu a co za tym idzie, podniesienie jakości zasilania. Aby uzyskać maksymalną moc z systemu PV w nieciągłych warunkach pogodowych, sterowanie MPPT powinno być użyte wraz z przetwornicą boost z przeplotem (in the form of interleaved buck-boost converter) , aby zapewnić ciągłość zasilania z PV. Podobnie w przypadku stopnia ładowania pojazdów, aby sprostać dynamicznemu zapotrzebowaniu na moc pojazdów należy zaproponować przekształtnik ‘interleave’ w połączeniu z zarządzaniem podrzędnym. Należy przewidzieć etapy konwersji i zarządzania dla rozwiązania problemu małej zależności od źródeł sieciowych dla celów ładowania, gdy po stronie sieci występuje obciążenie szczytowe. W związku z tym, zaproponowana strategia ładowania powinna znacznie zmniejszyć obciążenie sieci, zwłaszcza w godzinach szczytu. Aby system działał w opisanych warunkach, należy zaproponować strategię zarządzania opartą na regułach (REMS). Ta interaktywna strategia z ograniczeniami w czasie reakcji, poczynając od maksymalnego wykorzystania źródła PV, a następnie wykorzystanie BSS do uzupełnienia mocy i wykorzystania sieci podczas nieregularnych warunków atmosferycznych wpływających na PV. Strategia zarządzania powinna zapewnić niezawodną pracę systemu, przy jednoczesnym maksymalnym wykorzystaniu PV, zaspokojenie zapotrzebowania na energię elektryczną oraz maksymalizację żywotności BSS. Należy przewidzieć hybrydowy system ładowania oparty na PV, BSS i sieci konwencjonalnej w celu zaspokojenia potrzeb EVs. Konwersję energii należy przewidzieć przy użyciu przetwornic buck-boost z przeplotem, aby poprawić jakość energii. Estymacja stanu naładowania (SoC) baterii litowo-jonowej z wykorzystaniem rozszerzonego filtru Kalmana (EKF) powinna być wykorzystana w celu umożliwienia sterowania. Najlepiej byłoby opracować strategię zarządzania on-line w celu maksymalizacji wykorzystania energii odnawialnej, aby zmniejszyć obciążenie sieci i poprawić wykorzystanie BSS.
