Σταθμοί φόρτισης
Η βέλτιστη απόδοση και η μακροζωία ενός σταθμού φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων απαιτούν τακτική και προληπτική συντήρηση βάσει των προδιαγραφών και απαιτήσεων που έχει ορίσει ο κατασκευαστής.
Ο αριθμός των ηλεκτρικών οχημάτων (Electrical Vehicles [EV]) που κυκλοφορούν στους δρόμους αυξάνεται μέρα με τη μέρα. Η μετάβαση στην ηλεκτροκίνηση απαιτεί την παράλληλη αύξηση των σταθμών φόρτισης σε κάθε γωνιά της χώρας μας, σε σπίτια, σε δημόσιους χώρους (όπως είναι αυτοκινητόδρομοι, αεροδρόμια, λιμάνια και σταθμοί τρένων) αλλά και σε επιχειρήσεις (όπως είναι εστιατόρια, θέατρα, κέντρα διασκέδασης, εμπορικά καταστήματα). Ωστόσο, όπως και κάθε άλλος ηλεκτρικός εξοπλισμός, οι φορτιστές EV απαιτούν τακτική συντήρηση για να διασφαλιστεί η λειτουργικότητα και η μακροζωία τους.
Τακτικές πρακτικές συντήρησης για βέλτιστη απόδοση
Η τακτική συντήρηση είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση των σταθμών φόρτισης EV σε βέλτιστη κατάσταση. Μερικές βασικές πρακτικές συντήρησης περιλαμβάνουν:
Επιθεώρηση των καλωδίων φόρτισης και των βυσμάτων για τυχόν σημάδια φθοράς ή ζημιάς. Αντικαταστήστε αμέσως τυχόν κατεστραμμένα εξαρτήματα.
Καθαρισμός εξοπλισμού φόρτισης και σταθμών για την αφαίρεση υπολειμμάτων, σκόνης ή άλλων ρύπων που μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση φόρτισης.
Πραγματοποιείτε τακτικές ενημερώσεις λογισμικού για να διασφαλίσετε τη συμβατότητα, την ασφάλεια και την πρόσβαση στις πιο πρόσφατες δυνατότητες και βελτιώσεις.
Παρακολούθηση και δοκιμή της λειτουργικότητας του εξοπλισμού φόρτισης, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου για σωστή τάση, ρεύμα και ισχύ εξόδου.
Τρόποι φόρτισης κατά IEC – 61851-1
Η Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή με το πρότυπο IEC 61851-1 όρισε τέσσερις τρόπους για τη φόρτιση των ηλεκτρικών οχημάτων, οι οποίοι είναι οι εξής:AC mode -1: Οικιακή υποδοχή και καλώδιο προέκτασης. Σχεδόν όλα τα επαναφορτιζόμενα από το δίκτυο υβριδικά ηλεκτρικά αυτοκίνητα (Plug-in Hybrid Electric Vehicle [PHEV]) τα δίνει ο κατασκευαστής με ένα απλό καλώδιο φόρτισης. Στο AC mode -1 το καλώδιο διαθέτει στη μια άκρη του τυποποιημένη υποδοχή για τη σύνδεση στη θύρα φόρτισης του οχήματος, ενώ το άλλο άκρο του καλωδίου είναι μια τυπική υποδοχή που μπορεί να συνδεθεί κατευθείαν σε ρευματοδότη τοίχου στο σπίτι.
AC mode -2: Αργή φόρτιση με ειδικό καλώδιο που είναι γνωστό και ως “occasional use cable” ή “καλώδιο περιστασιακής χρήσης”. Το καλώδιο διαθέτει ενσωματωμένη συσκευή προστασίας από ηλεκτροπληξία (RCD) και συνδέεται σε ένα ρευματοδότη γενικής χρήσης.
AC Mode -3: Ημιταχεία φόρτιση από ειδικό φορτιστή. Η φόρτιση γίνεται από το EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment), το οποίο είναι ειδικός ρευματοδότης εναλλασσόμενου ρεύματος (Alternating Current [AC]) για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, με μόνιμα ενσωματωμένη προστασία από ηλεκτροπληξία. Οι μορφές που μπορεί να έχει είναι οι εξής:
* Wallbox ή επίτοιχη μονάδα: Ο φορτιστής θυμίζει κουτί τοποθετημένο στον τοίχο και χρησιμοποιείται συνήθως στην οικιακή φόρτιση.
* Pedestal – mounted box: Είναι φορτιστής τοποθετημένος σε βάση.
* Ground installed pole ή επίγειος σταθμός φόρτισης.DC Mode 4: Γρήγορη φόρτιση με εξωτερικό φορτιστή παροχής συνεχούς ρεύματος (Direct Current [DC]). Και εδώ η φόρτιση γίνεται από το EVSE, μόνο που η παροχή ρεύματος είναι DC. Για το λόγο αυτό το EVSE, εκτός από την προστασία από ηλεκτροπληξία έχει εσωτερικά τοποθετημένο ένα μετατροπέα AC σε DC.
Τρόποι φόρτισης κατά IEC – 61851-1
Σταθμοί AC / mode-3
Οι φορτιστές που χρησιμοποιούνται για φόρτιση με AC mode-3 παρέχουν AC ρεύμα και δεν διαθέτουν συστήματα ψύξης, φίλτρα ή άλλα εξαρτήματα που χρειάζονται τακτική συντήρηση, όπως οι superchargers ή φορτιστές DC Fast Charging (DCFC).
Εδώ η συντήρηση είναι εύκολη, και τα στάδια που μπορεί να περιλαμβάνει είναι τα εξής:Καθαρισμός του σταθμού φόρτισης
Μία από τις απλούστερες και πιο σημαντικές εργασίες στη συντήρηση του σταθμού φόρτισης είναι ο τακτικός καθαρισμός. Με την πάροδο του χρόνου μπορεί να συσσωρευτούν βρομιά, σκόνη και υπολείμματα στο σταθμό φόρτισης και στα εξαρτήματά του. Ο καθαρισμός του σταθμού φόρτισης περιλαμβάνει το σκούπισμα εξωτερικά του σταθμού με ένα νωπό πανί και τον καθαρισμό του καλωδίου φόρτισης ή τη χρήση πεπιεσμένου αέρα για την απομάκρυνση τυχόν υπολειμμάτων από το σύνδεσμο (φις). Είναι σημαντικό να αποφεύγεται η χρήση σκληρών χημικών ουσιών που θα μπορούσαν να βλάψουν το σταθμό φόρτισης.Επιθεώρηση του εξοπλισμού για τυχόν ζημιές
Πρόκειται για οπτικό έλεγχο των προσβάσιμων εξαρτημάτων και τον εντοπισμό εμφανούς ζημιάς, όπως στο καλώδιο φόρτισης, στο ρευματοδότη ή στο κέλυφος του φορτιστή.
Θα πρέπει το καλώδιο φόρτισης να μην έχει κοψίματα, τρύπες ή ρωγμές, ο ρευματοδότης να έχει τις ακίδες επαφής καθαρές και χωρίς σημάδια διάβρωσης, και το βύσμα να μην έχει υπολείμματα. Το κέλυφος του φορτιστή δε θα πρέπει να έχει υποστεί ζημιά ή να έχει σημάδια διάβρωσης, ενώ η βάση υποδοχής του βύσματος δε θα πρέπει να έχει ρωγμή ή να είναι σπασμένη.
Οι φορτιστές που είναι εγκατεστημένοι σε ιδιωτικές κατοικίες και χρησιμοποιούνται συνήθως για προσωπική χρήση είναι πιο επιρρεπείς σε αστοχία εξαρτημάτων από τους ιδιοκτήτες λόγω ακούσιας ζημιάς.
Στους φορτιστές όμως που βρίσκονται σε δημόσιους σταθμούς πιθανότατα απαιτείται πρόσθετη φροντίδα λόγω της συχνής χρήσης ή βανδαλισμών. Επίσης, αυτοί οι σταθμοί φόρτισης συνήθως αποτελούν μέρος ενός συστήματος υποδομής συνδεδεμένων φορτιστών.
Οι μονάδες αυτές διαθέτουν πρόσθετα ηλεκτρονικά εξαρτήματα, όπως οθόνες αφής, πληκτρολόγιο, κουμπιά, ηλεκτρονικά κυκλώματα για την επικοινωνία μεταξύ φορτιστή και κεντρικού συστήματος διαχείρισης, καθώς και λογισμικό επεξεργασίας πιστωτικών καρτών (RFID Card Reader). Το αποτέλεσμα είναι να υπάρχουν αυξημένες απαιτήσεις για τον έλεγχο και τη συντήρησή τους με την πάροδο του χρόνου.
Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, είτε πρόκειται για οικιακό είτε για δημόσιο φορτιστή, εάν διαπιστωθεί οποιοδήποτε πρόβλημα απαιτείται η αντικατάσταση του εξαρτήματος ή ενδεχομένως και ολόκληρου του φορτιστή.Έλεγχος τροφοδοσίας
Μια άλλη σημαντική πτυχή της συντήρησης του σταθμού φόρτισης είναι ο έλεγχος της παροχής ρεύματος. Ο ηλεκτρικός πίνακας παρέχει την ενέργεια στο σταθμό φόρτισης, κι επομένως είναι σημαντικό να λειτουργεί σωστά. Γίνεται έλεγχος των ασφαλειών και των διακοπτών, καθώς και σύσφιγξη όλων των ηλεκτρικών συνδέσεων. Κατά τους χειμερινούς μήνες, οι πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, εάν ο φορτιστής βρίσκεται σε εξωτερικό χώρο, μπορεί να προκαλέσουν συστολή και διαστολή των καλωδίων. Υπάρχει, λοιπόν, το ενδεχόμενο να χαλαρώσουν οι συνδέσεις, και άρα απαιτείται και εδώ σύσφιγξη.Ενημέρωση του λογισμικού
Οι σταθμοί φόρτισης είναι συχνά εξοπλισμένοι με λογισμικό για τον έλεγχο της λειτουργίας και της απόδοσής τους μέσω ασύρματης επικοινωνίας με το χρήστη του EV. Είναι απαραίτητο το λογισμικό να είναι ενημερωμένο για να διασφαλιστεί ότι ο σταθμός φόρτισης λειτουργεί σωστά. Οι ενημερώσεις μπορεί να περιλαμβάνουν διορθώσεις σφαλμάτων, ενημερώσεις κώδικα ασφαλείας και νέες δυνατότητες που βελτιώνουν την απόδοση και την αξιοπιστία του σταθμού φόρτισης
Σταθμοί DCFC / mode -4
Οι σταθμοί γρήγορης φόρτισης με συνεχές ρεύμα (Direct Current Fast Charging [DCFC]) απαιτούν περισσότερη συντήρηση και επισκευή με την πάροδο του χρόνου. Η πολυπλοκότητα αυτών των συσκευών τις κάνει να απαιτούν πολύ περισσότερη συντήρηση σε σύγκριση με τους φορτιστές AC (mode-3).
Ο λόγος είναι απλός: Στη φόρτιση DC mode-4, το ρεύμα που ανταλλάσσει ο φορτιστής με το όχημα, είναι DC. Για να επιτευχτεί αυτό, μέσα στο σταθμό είναι τοποθετημένο το EVBC (Electric Vehicle Battery Charger), που είναι κυκλώματα ηλεκτρονικών ισχύος (μετατροπείς) με τα συστήματα ελέγχου που είναι υπεύθυνα για τον έλεγχο της φόρτισης της μπαταρίας.
Οι μετατροπείς χρησιμοποιούν μονάδες απαγωγής θερμότητας με ανεμιστήρες υψηλής ταχύτητας για την ψύξη (forced air cooling charging station). Ο αέρας αναρροφάται από τον μπροστινό πίνακα μέσω φίλτρου και εκκενώνεται από το πίσω μέρος της μονάδας, αφαιρώντας έτσι τη θερμότητα από το ψυγείο και από τα εξαρτήματα που θερμαίνονται. Το φίλτρο προστατεύει το σύστημα από την εσωτερική συσσώρευση σκόνης, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε κακή μόνωση του συστήματος, κακή απαγωγή θερμότητας, χαμηλή απόδοση φόρτισης και μείωση της διάρκειας ζωής του εξοπλισμού. Στην εποχή των βροχών ή σε περιοχές με υψηλή υγρασία, η συσσωρευμένη σκόνη θα μουχλιάσει μετά την απορρόφηση του νερού, θα διαβρώσει τα εξαρτήματα και ενδεχομένως θα οδηγήσει σε βραχυκύκλωμα, με αποτέλεσμα την αστοχία της μονάδας.
Η συντήρηση διαμορφώνεται ως εξής:Ανά τακτικά διαστήματα γίνεται έλεγχος των ανεμιστήρων και καθαρισμός των πτερυγίων από συσσωρευμένη σκόνη, καθώς και των φίλτρων αέρα, τα οποία καθαρίζονται με πεπιεσμένο αέρα. Ανάλογα με τον κατασκευαστή, απαιτείται συντήρηση 6 έως 12 φορές το χρόνο. Σε μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα γίνεται η αντικατάσταση και των δυο.
Περιοδικά το UPS ελέγχεται για σφάλματα ή προειδοποιητικές λυχνίες. Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι τύπου Li-Ion, και μια μέση διάρκεια ζωής είναι περίπου 7-10 χρόνια. Ωστόσο, μπορεί να χρειαστεί η αντικατάστασή τους σε πιο σύντομο χρονικό διάστημα.
Οι σταθμοί φόρτισης DC διαθέτουν οθόνη, πληκτρολόγιο, ενσωματωμένο μετρητή ενέργειας, καθώς και σύστημα ταυτοποίησης μέσω ραδιοσυχνοτήτων (Radio Frequency Identification [RFID]) και Ethernet (Bluetooth / Wi-Fi / 4G), για τα όποια είναι απαραίτητος ο έλεγχος καλής λειτουργίας.
Ένα εξάρτημα ακόμη που ελέγχεται για τη σωστή λειτουργία, είναι το cable management system (σύστημα ανάσυρσης των καλωδίων) μια και όλοι οι DCFC διαθέτουν το καλώδιο για απευθείας σύνδεση με το ηλεκτρικό αυτοκίνητο.
Σταθμοί UFCS / mode-4
Οι σταθμοί εξαιρετικά γρήγορης φόρτισης (Ultra-Fast Charging Stations [UFCS]) είναι σταθμοί παροχής συνεχούς ρεύματος (Direct Current [DC]) ισχύος 150 – 600kW. Επειδή σε αυτούς οι ανάγκες για απαγωγή της θερμότητας είναι μεγαλύτερες, έχει επιλεγεί η υδρόψυξη ως πιο αποτελεσματική μέθοδος.
Ο φορτιστής είναι εξοπλισμένος με έναν εναλλάκτη θερμότητας που συνδέεται με ένα σύστημα ψύξης με κυκλοφορία ψυκτικού υγρού. Το ψυκτικό υγρό είναι συνήθως ένα μείγμα νερού και ενός πρόσθετου ψυκτικού (γλυκόλης ή αιθυλενογλυκόλης), και κυκλοφορεί μέσω του συστήματος ψύξης του φορτιστή, απορροφώντας τη θερμότητα και μεταφέροντάς τη σε καλοριφέρ ή εναλλάκτη θερμότητας.
Σε αρκετούς σταθμούς το ψυκτικό υγρό ρέει και μέσω του καλωδίου προς την επαφή αυτοκινήτου – βύσματος.
Η συντήρηση των σταθμών φόρτισης υγρής ψύξης (Liquid Cooling Charging Stations [LCCS]) περιλαμβάνει επιθεωρήσεις για τη στάθμη του ψυκτικού υγρού και καθαρισμό των φίλτρων καθώς και των πτερυγίων του ανεμιστήρα, αν και εδώ είναι χαμηλής ταχύτητας. Ανάλογα με τις οδηγίες του κατασκευαστή, απαιτείται σε αραιά χρονικά διαστήματα αντικατάσταση των φίλτρων και προληπτική αντικατάσταση των ανεμιστήρων και της αντλίας ψυκτικού υγρού.
Συντήρηση του εξοπλισμού
Ακόμη και ο πιο προηγμένος σταθμός φόρτισης EV, υφίσταται φθορά με την πάροδο του χρόνου. Η τακτική συντήρηση συμβάλλει στο μετριασμό της φθοράς και των πιθανών βλαβών που μπορεί να οδηγήσουν σε δαπανηρές επισκευές και παρατεταμένους χρόνους διακοπής λειτουργίας, μέχρι και σε απώλεια εσόδων για ένα εμπορικό σταθμό. Επιπλέον, διασφαλίζει ότι ο σταθμός λειτουργεί με βέλτιστη απόδοση, κάτι που μεταφράζεται σε μειωμένη κατανάλωση ενέργειας, χαμηλό λειτουργικό κόστος, βελτιωμένη ασφάλεια και μεγαλύτερη αξιοπιστία.
Συμπέρασμα
Οι σταθμοί φόρτισης, όπως διαφέρουν στους χρόνους φόρτισης, έτσι διαφέρουν και στη συντήρηση. Κάθε υποδομή φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων έχει μοναδικές προδιαγραφές και απαιτήσεις συντήρησης, τις οποίες παραθέτουν οι κατασκευαστές στα εγχειρίδιά τους. Βάσει αυτών των οδηγιών θα πρέπει να πραγματοποιείται η τακτική προληπτική συντήρηση για τη διασφάλιση της μακροζωίας και της βέλτιστης απόδοσης του σταθμού.
Η παράβλεψη αυτών των οδηγιών μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της διάρκειας ζωής και πρώιμη αστοχία του εξοπλισμού.
Bιβλιογραφία
Skouras, T. A. et al. Electrical vehicles: Current state of the art. Future Challenges and Perspectives. Clean Technologies No: 2/1–16. 10.3390/cleantechnol2010001 (2020).
Charging station. (n.d.): en.wikipedia.org: https://en.wikipedia.org/wiki/Charging_station
Electric Vehicle Charging Station Guidebook: https://www.ccrpcvt.org/wp-content/uploads/2016/01/20140626-EV-Charging-Station-Installation-Guide.pdf
Electric Vehicle Charger Maintenance Basics: https://www.365pronto.com/blog/electric-vehicle-charger-maintenance
Maintenance manual Siemens. VersiCharge Ultra 175™ 175 kW DC fast charger: https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:d7fb0835-9d8c-41b5-b6d0-efa3829de096/sidst40088004auslores.pdf
VOLTTIC Operation & Maintenance Manual. DC Charger 30kW (15kW + 15kW): https://volttic.com/wp-content/uploads/2021/08/DC-30kW-OM-Manual.pdf
ABB User and Operation Manual. HVC 100C / HVC 150C with Depot Charge box: https://search.abb.com/library/Download.aspx?DocumentID=9AKK108467A5316&LanguageCode=en&DocumentPartId=&Action=Launch
August 13, 2021byMary Beavers. What Maintenance Do Electric Vehicle Chargers Need?: https://wiretechcompany.com/2021/08/13/electric-charger-maintenance/
How Often Does My EV Charger Need Maintenance?: https://qmerit.com/blog/how-often-does-my-ev-charger-need-maintenance/
Best Practices for Maintaining and Repairing EV Charging Stations: https://energy5.com/6-best-practices-for-managing-electric-vehicle-charging-stations
Liquid cooling charging module is the new technical route for EV charging: https://www.yolegroup.com/industry-news/liquid-cooling-charging-module-is-the-new-technical-route-for-ev-charging/
*Ο κ. Θεόδωρος Σκούρας είναι ηλεκτρολόγος μηχανικός, ενώ από το 1997 είναι εκπαιδευτής ηλεκτρολόγων σε τεχνικές σχολές.
Αναρτήσεις
