Az elmúlt években az elektromobilitás dinamikus térhódításának lehetünk tanúi, és ez – egyéb kategóriák, pl. kerékpárok, rollerek mellett – az elektromos meghajtással rendelkező autók számának jelentős növekedésében nyilvánul meg. Jelenleg hozzávetőlegesen 30 000 ilyen autó fut az utakon, ami nem egészen 1%-a a hazai járműállománynak, de ha a trendek tovább folytatódnak, akkor részarányuk rendkívül erőteljes növekedésére számíthatunk.
Ezeket a járműveket beépített akkumulátorokban tárolt elektromos energia hajtja, az akkumulátorokat pedig rendszeresen tölteni kell. Ehhez értelemszerűen olyan töltőpontokra, illetve töltőpontokból kialakított hálózatra van szükség, ahol a járművek töltése az adott helyen felmerülő igényeknek megfelelően elvégezhető. A „felmerülő igények” említése azért lényeges, mert más-más igények jelennek meg a különböző helyeken létesített töltési pontokon. A közterületi töltőpontoknál például jogos elvárás, hogy viszonylag rövid idő alatt lehessen tölteni a járműveket, lehetőség legyen a töltőpontok távfelügyeletére és a felhasználói jogosultság ellenőrzésére. Ugyanakkor otthoni töltésnél az időtényezőnek kisebb a jelentősége, a felhasználói jogosultság korlátozása pedig gyakran szükségtelen. A töltőpontok kiválasztásának szempontjai tehát eltérőek annak függvényében, hogy milyen célra szeretnénk azokat használni. Mielőtt azonban részletekbe bocsátkoznánk, tekintsük át röviden, hogy mi is az a töltőpont, milyen fajtái léteznek.
A töltők fajtái
Annak érdekében, hogy az elektromos járművek töltése a járművek, illetve a töltőpontok típusától függetlenül elvégezhető legyen, már a 2000-es évek elején elkezdődött a töltési módok szabványosítása. Ennek folyamán négy töltési mód (töltőrendszer) került kidolgozásra (1. ábra), Mode 1-től Mode 4-ig, melyek közül ma már a Mode 1-es töltési módot nem alkalmazzuk. Témánk szempontjából azonban a Mode 2-es és a Mode 4-es töltési módnak sincs jelentősége. A Mode 2-es töltés egy egyszerű csatlakozóaljzatból („konnektorból”) is elvégezhető. A Mode 4-es töltési mód pedig 100 A-es nagyságrendű csatlakozási teljesítményt igényel, ezért telepítésének műszaki feltételei lényegében eleve kizárják a magáncélú alkalmazást, legfeljebb nyilvános töltőpontokon találkozhatunk ezekkel, ahol megjelenik a néhány percen belül történő „villámtöltés” igénye.
A továbbiakban az egyszerűség kedvéért töltőnek nevezzük majd a töltőpontokat, mert a köznyelvben is ez a megnevezés van elterjedőben. Megjegyezzük ugyanakkor, hogy a „töltő”, sőt a „töltőpont” vagy „töltőállomás” (charging station) megnevezés is egy picit félrevezető abban az értelemben, hogy eredetileg azokat a készülékeket neveztük töltőnek, amelyekben a tápforrásként szolgáló váltakozó áramot az akkumulátorok töltésére szolgáló egyenárammá alakítjuk. Ilyen átalakítás azonban csak a Mode 4-es töltőkben történik, a Mode 3-asokban nem (és nyilván a Mode 2-esekben sem). A Mode 3-as töltők lényegében „csak” egy illesztési felületet biztosítanak a villamos hálózat és a jármű (a járműben elhelyezett töltő) között annak érdekében, hogy a töltés folyamata biztonságosan, optimalizálva és az igényekhez igazítva legyen elvégezhető. A felhasználók szempontjából azonban érdektelenek ezek a részletek, számukra ezek az eszközök – a töltési módtól függetlenül – a járművek töltésére szolgálnak, és így joggal nevezhetőek egyszerűen töltőnek.
Ezt követően tekintsük át a töltőknek azokat a fontosabb jellemzőit, amelyek magáncélú felhasználás szempontjából meghatározóak.
Töltési mód
A kereskedelmi forgalomban kapható töltők jelentős része Mode 3-as. Találkozhatunk azonban hasonló kivitelű („falra szerelhető”, „dobozos”) Mode 2-es töltőkkel is, amelyektől – a fentebb leírtakkal összhangban – szerényebb töltési sebességet várhatunk.
Itt szükséges megemlítenünk, hogy a Mode 2-es töltést – a járművekhez mellékelt „vésztöltő” használatával – lehetséges ugyan egy közönséges csatlakozóaljzatról is elvégezni, de ez könnyen tűz keletkezéséhez vezethet, mert az ilyen csatlakozóaljzatok jellemzően nem arra vannak szánva, hogy órákon keresztül az elméleti maximummal legyenek terhelve. Ezért ha valaki mégis Mode 2-es töltést szeretne alkalmazni, akkor élet- és vagyonvédelmi szempontból legalább annyit érdemes megtennie, hogy kifejezetten töltésre alkalmas csatlakozóaljzatot szerez be, és annak szakszerű betáplálásáról is gondoskodik, a várható teljesítményigényre tekintettel.
Tegyük hozzá ehhez, hogy Mode 2-es töltésnél a töltési veszteség nagyjából másfél-kétszer nagyobb (kb. 15–20%), mint Mode 3-as töltésnél. Ennek nyilván van gazdaságossági vonatkozása, de azért arról se feledkezzünk meg, hogy az elektromobilitást a környezettudatossággal szokás kapcsolatba hozni, és erre tekintettel nem elegáns a veszteség ilyen mértékű növelése.
Töltőkábel
Az általános használhatóság érdekében a töltéshez használt, a töltőpont és a jármű közötti vezetékes kapcsolatot biztosító töltőkábelek, illetve ezek csatlakozóinak szabványosítása is megtörtént: a Mode 3-as töltésre Európában az ún. Type 2-es csatlakozóval szerelt kábeleket használjuk. Ebben a tekintetben tehát nincs különbség a töltőpontok között. Azt azonban tisztázni célszerű, hogy a töltő és a jármű közötti csatlakozást biztosító kábel a töltő részét képezi-e (fixen a töltőhöz rögzítve), vagy külön töltőkábel szükséges, mert a töltőn csak Type 2-es aljzat van kialakítva. Funkcionális különbség nincs a kétféle megoldás között, de a töltőkábel beszerzése járulékos költséget jelenthet, és a töltőhöz rögzített kábel kezelése talán valamivel egyszerűbb is.
1-, 2- és 3-fázisú töltés lehetősége
A Mode 3-as töltési módra vonatkozó szabvány 1- és 3-fázisú töltést is lehetővé tesz, ennek megfelelően 1- és 3-fázisú töltők is vannak a piacon. A járművek töltése mindegyikről lehetséges (e tekintetben tehát nincs jelentősége sem annak, hogy a jármű hány fázison tölthető, sem pedig annak, hogy a töltő hány fázison képes tölteni), de a töltési sebességet korlátozhatja az eltérő fázisszám. A 3-fázisú töltőket általában 1 fázison is csatlakoztathatjuk a hálózathoz, de ebben az esetben a töltés is 1 fázison történik majd, ami szintén a töltési teljesítmény csökkenését vonhatja maga után.
Hibaáram-védelem (DC)
Elektromosautó-töltők üzemeltetésének nagyon fontos életvédelmi követelménye, hogy egyenáramú komponens érzékelésére alkalmas hibaáram-védelmet kell alkalmazni. Tekintettel arra, hogy az ehhez szükséges „B” típusú áramvédő-kapcsolók („FI-relék”) a legtöbb hálózatról hiányoznak, az ehhez szükséges védelmi eszközök többnyire a töltőkbe kerülnek beépítésre. A töltők telepítését megelőzően azonban tisztázni kell, hogy ezt a védelmet valóban tartalmazza-e a töltő, vagy arról külön kell gondoskodni. Ez már csak azért is lényeges, mert a „B” típusú áramvédő kapcsolók bekerülési költsége meghaladhatja a töltők árának 30–40%-át is.
Teljesítmény
A töltési teljesítmény lényeges abból a szempontból, hogy mennyire gyorsan tölthetjük a járművek akkumulátorait. A Mode 3-as töltési mód 3 fázison elméletileg 44 kW-os töltési teljesítményt tesz lehetővé, de a gyakorlatban 22 kW-nál nagyobb teljesítményű töltővel nem nagyon találkozunk. (szabvány szerint 44 kW a felső maximum, de ez az érték nem elterjedt) A töltők maximális teljesítménye azonban belső fizikai felépítésük miatt ennél is kisebb lehet: az 1-fázisú töltők eleve legfeljebb 7 kW-ot tudnak, (1×32 A-es csatlakozás mellett), de a 3-fázisú töltők sem feltétlenül alkalmasak 22 kW-os töltésre.
Lényeges azonban, hogy a töltők teljesítménye korlátozható (amint arról hamarosan szót ejtünk), így attól nem kell tartani, hogy a 22 kW-os maximális teljesítményre képes töltőt ne lehetne olyan hálózatra csatlakoztatni, ahol a 22 kW-hoz szükséges 3×32 A nem áll rendelkezésre. Tekintettel arra, hogy viszonylag kevés helyen van lehetőség a töltők 3×32 A-en történő üzemeltetésére, megkockáztathatjuk, hogy az esetek többségében a maximális teljesítménynél lényegesebb műszaki paraméter a teljesítménykorlátozás lehetősége.
A teljesítményadatok értékelésénél érdemes szem előtt tartani, hogy azokban az esetekben, ha 1-fázisú töltést igénylő járművek töltését 3-fázisú töltőről szeretnénk megoldani, akkor – az azonos maximális töltési teljesítmény eléréséhez – nem a töltő maximális teljesítményét, hanem a fázisonkénti maximális áramerősséget kell összehasonlítani. Így például, ha 1 fázison 7 kW-os töltési teljesítményt szeretnénk elérni (ami 1×32 A-nek felel meg), akkor e célra kevés lesz a látszólag nagyobb teljesítményű 3-fázisú 11 kW-os töltő, mert az egy fázison max. 16 A-rel, tehát fele akkora teljesítménnyel tudja majd az 1 fázison csatlakoztatott járművet tölteni.
Statikus és dinamikus teljesítménykorlátozás, energiamenedzsment
A teljesítménykorlátozás lehetősége a töltők egyik legfontosabb műszaki jellemzője. Bár a Mode 3-as töltő elméletileg fázisonként 32 A-es töltésre is képes, ez az elméleti felső határ gyakran nem használható ki. Ezért különösen lakossági alkalmazásoknál – ahol a rendelkezésre álló hálózat teljesítménye többnyire eleve kisebb, mint 22 kW, vagyis a 3×32 ampernek megfelelő érték – állhat elő olyan helyzet, hogy a töltési teljesítményt limitálni kell annak érdekében, hogy az ne lehessen nagyobb, mint a hálózaton (a töltéshez) rendelkezésre álló teljesítmény. A hálózaton (a töltéshez) rendelkezésre álló teljesítményt nemcsak a hálózati engedélyes („áramszolgáltató”) által rendelkezésünkre bocsátott csatlakozási teljesítmény határozza meg, hanem az is, hogy a töltéssel egyidejűleg milyen egyéb fogyasztók működtetésére lehet számítani, sőt az is, hogy esetleg milyen egyéb energiaforrás (pl. napelemes rendszer) termel a hálózatra. Erre tekintettel a töltők statikus és dinamikus teljesítménykorlátozással rendelkezhetnek.
A statikus teljesítménykorlátozás olyan, a töltő üzembehelyezésekor fixen beállított érték, amely üzem közben nem változtatható. Megadja, hogy a töltőáram maximális értéke mekkora lehet, függetlenül a hálózat pillanatnyi terhelhetőségi állapotától. Olyan alkalmazásoknál, ahol nincs energiafelügyeleti rendszer (tehát a legtöbb lakossági alkalmazásnál), ez az egyetlen módszer, amely lehetőséget biztosít a töltők üzemeltetésére anélkül, hogy töltéskor gyakran kellene szembesülnünk a hálózat túlterhelésével (pl. a tápponti kismegszakítók lekapcsolásával, áramszünettel). Ebből eredően az ilyen (energiafelügyelet nélküli) alkalmazásoknál lényeges, hogy a töltő statikus teljesítménykorlátozását mennyire finoman (hány amperes lépésekben) lehet a környezeti adottságokhoz igazítani.
A töltők jelentős része rendelkezik beépített dinamikus teljesítménykorlátozási lehetőséggel is, amely üzem közben is változtatható annak érdekében, hogy a töltési teljesítményt a hálózaton egy adott pillanatban rendelkezésre álló teljesítmény figyelembevételével lehessen optimalizálni. A dinamikus teljesítménykorlátozás lehetősége akkor használható ki, ha a felhasználási hely rendelkezik valamilyen energiafelügyeleti rendszerrel, amely a hálózaton rendelkezésre álló pillanatnyi szabad teljesítmény értékét kommunikálni képes a töltő felé. Ez a kommunikáció az épületfelügyeleti rendszerek által használt buszcsatlakozásokon (pl. MODBUS, RS485) történhet.
Vannak olyan töltők is, melyek a dinamikus teljesítménykorlátozásra épületfelügyeleti rendszer nélkül, ún. beépített energiamenedzsment segítségével képesek megvalósítani. Lényeges azonban, hogy akár dinamikus teljesítménykorlátozásról, akár energiamenedzsmentről beszélünk, mindkettő csak akkor használható ki, ha az épület villamos hálózatából a rendszer működtetéséhez szükséges paraméterek (pl. a hálózat aktuális terhelése) a töltő felé adatként továbbíthatóak.
Túlfeszültség-védelem
A túlfeszültség-védelem nem annyira a töltők, mint a töltött járművek szempontjából lényeges. Mivel az akkumulátorok sérülése jelentős biztonsági kockázat, minimalizálni kell a sérülés okozására képes külső mechanikai és villamos hatásokat. Az utóbbi csoportba tartozó túlfeszültség-impulzusok elleni védelmet egyrészt a töltőket megtápláló energiaátviteli és gyengeáramú hálózaton, másrészt közvetlenül a töltőknél kell, illetve lehet kiépíteni. A töltőkbe épített túlfeszültség-védelem elsősorban akkor lehet hasznos, ha a megtápláló hálózatokon van ugyan túlfeszültség-védelmi eszköz beépítve, de annak (vezeték mentén mért) távolsága a töltőtől nagyobb, mint 10 m.
Forrás: Villanyszerelők Lapja