Nabíjanie elektromobilu doma – Wallbox s dynamickým riadením výkonu | BLOG

Wallboxy – domáce zásuvky pre nabíjanie elektromobilov sú pohodlným spôsobom nabitia Vášho elektrického vozidla. Na trhu je nespočetné množstvo týchto riešení, veľa firiem vidí v elektromobilite možnosť rozšírenia svojej pôsobnosti, preto tento článok nebude prehľadom všetkých stoviek dostupných výrobkov na trhu ale budeme sa venovať jednému konkrétnemu produktu, pre ktorý sme sa po dlhom hľadaní rozhodli kvôli funkčnosti, jednoduchosti, spoľahlivosti a v neposlednom rade veľmi prijateľnej cene.

Naša hlavná požiadavka pri výbere wallboxu bola, aby bol vybavený dynamickým riadením výkonu nabíjania podľa dostupného výkonu v elektroinštalácii domácnosti a taktiež podľa prebytku vyrábanej elektriny z fotovoltaiky a to všetko pre trojfázové nabíjanie elektromobilu.

V predchádzajúcom článku na tému domáceho nabíjania sme opísali možnosti domáceho nabíjania a tiež dôvody tejto hlavnej požiadavky na wallbox.

Asi najznámejším produktom spĺňajúcim tieto kritériá je Zappi od myenergi, ktorý vznikol za týmto účelom pred niekoľkými rokmi. V prvej verzii bol prispôsobený len na jednofázové rozvody v západných krajinách nielen ohľadom nabíjania, bohužiaľ aj čo sa týkalo merania spotreby domu, takže na Slovensku nebol použiteľný pre meranie prebytkov výroby do siete.

V druhej verzii už prišiel aj s touto možnosťou ale cenovo sa posunul na raz takú úroveň. Vlastne nedostupnosť trojfázového niekde nabíjania ale hlavne merania bola aj prekážkou iných riešení aj v podobe kitov (dorob si sám), napr. openevse. To po úprave a v spojení s Emoncms už umožňuje tri fázy ale zasa nemá takú spoľahlivosť, keďže počítač raspberry pi používa ako úložisko SD kartu, nie je to jednoúčelový priemyselný počítač pre trvalú a spoľahlivú prevádzku.

V poslednom období si už výrobcovia všimli, že nabíjací prúd je potrebné riadiť aj dynamicky, ale robia to zväčša v prepojení s meračmi iných výrobcov, nie je to odladené a tie najlacnejšie začínajú na násobku tu popísaného riešenia.

Hneď na začiatku treba uviesť, že sa jedná o inteligentnú zásuvku v ponímaní riadenia výkonu bez nejakých komunikačných funkcií cez Wifi a podobne, robí len ten podstatný základ – dodávať dynamicky regulovaný prúd do elektromobilu ale ten robí dobre. Smart funkcie ako zapnutie ako wifi pripojenie s prepojením na mobilnú aplikáciu, ale na to všetko sú mobilné aplikácie k elektromobilu poskytujúce viac informácií, ktoré wallbox ani nemôže vedieť (napr. %  nabitia batérie). Ukončenie nabíjania pri určitom % nabitia batérie sa nastavuje v automobiloch, tento údaj wallboxy nevedia.

Produkt SmartEVSE vznikol pred 10 rokmi pre potreby prvých majiteľov elektromobilu Tesla Roadster v Holandsku. Za ten dlhý čas sa neustále vyvíjal a v dnešnej finálnej podobe si môžete zakúpiť od tvorcu komponenty pre wallbox, ktoré si vložíte do krabice veľkosti, tvaru a farby podľa Vašich predstáv. Wallbox má tri módy práce a od nich záleží aj jeho cena, resp. cena komponentov, ktoré si môžete objednať. Zmontovanie wallboxu z komponentov trvá od jednej do dvoch hodín a je jednoduché aj pre neelektrikára.

Pri wallboxe vždy nastáva otázka, či to má byť len zásuvka s Typ 2 konektorom alebo má mať pevný kábel. Najflexibilnejšie riešenie sa javí len zásuvka, nakoľko wallbox sa nekupuje pre jedno konkrétne auto ale bude slúžiť dlhé obdobie. Ponuka zásuviek je široká, my sme využili nákup 32A verzie cez Aliexpress z nemeckého skladu za cenu menšiu ako 40€ vrátane dopravného do 3 prac.dní.

Domácnosť môže vystriedať alebo súčasne používať niekoľko áut s rôznymi internými nabíjačkami – jednofázovými alebo trojfázovými, 16A alebo 32A, Typ2 konektorom alebo Typ1 (na starších japonských EV alebo ešte aj v dnešnej dobe aktuálne predávanej dodávke Nissan eNV200).

S káblom budete pri každom nabíjaní manipulovať, takže na jeho hmotnosti, hrúbke, ohybnosti a dĺžke záleží a práve tieto vlastnosti súvisia s potrebou elektromobilu a jeho umiestnením. Okrem toho väčšina elektromobilov je dodávaných nielen s mobilným konektorom ale aj s káblom do Typ2 (alebo aj Mennekes) zásuvky potrebných parametrov, tak načo mať dva, keď aj jeho cena nie je práve najmenšia.

Samotný wallbox pracuje v troch módoch. Tie sú podľa situácie určené pre rôzne druhy nabíjania, či už chceme využiť len práve vyrábanú elektrinu z fotovoltaiky, maximálne využiť dostupný výkon v domovej elektroinštalácií alebo len nabíjať fixne nasatevným prúdom.

Mód NORMAL

V tomto móde wallbox pracuje ako väčšina iných – nabíja auto stálym nastaveným prúdom. V menu si cez tlačidlá môžete nastaviť nabíjací prúd a týmto prúdom nabíja Váš elektromobil, dokedy mu auto nepošle správu o ukončení nabíjania. K tomuto jednoduchému nabíjaniu, ktoré ale poskytuje aj niekoľkonásobne vyšší výkon ako mobilné konektory dodávané k autu, budeme potrebovať základný komponent od výrobcu zariadenia – SmartEVSE Controller (139€). Ostatné drobnosti sú dostupné v najbližšej elektropredajni v celkovej cene do 40€:

skrinka s DIN lištou s rozmerom aspoň 20 x 25 cm

trojfázový 32A stykač

polmetra kábla CYSY 5 x 4 mm (prepojenie stykača a zásuvky Typ2)

meter kábla CYKY 2 x 1,5 mm (napájanie Controllera, prepojenie Controllera a stykača)

dve malé rozvodnice na DIN lištu

Po zmontovaní podľa plániku, ktoré zaberie hodinku času, máte riešenie pre základné domáce trojfázové nabíjanie s nastaviteľným výkonom až do 32A v cene do 220€. Wallbox stačí pripojiť k elektrickej sieti, na to som použil rovnaký CYSY kábel 5 x 4 mm (lanko so zaťažiteľnosťou 36A).

Mód SMART

Tento mód je jeden z dôvodov, prečo sa wallbox oplatí mať. Auto sa nabíja najvyšším výkonom, ktorý je v okamžiku dostupný na hlavnom ističi v domácnosti. Riadiaca elektronika niekoľkokrát za sekundu čerpá údaje o aktuálnom prúde na všetkých troch fázach domovej prípojky a prispôsobuje tomu nabíjací výkon. Pri zapnutí akéhokoľvek spotrebiča okamžite zníži výkon o jeho spotrebu tak aby neprišlo k nadmernému zaťaženiu ističa a jeho “vyhodeniu”.

Po vypnutí spotrebiča pomaly zvyšuje výkon až do opätovného úplneho využitia výšky istenia. V menu zariadenia sa nastavuje maximálna hodnota domového ističa, ktorú treba dodržať a tiež minimálny prúd, kedy má ešte elektromobil nabíjať a nevypne sa. Ten je pre väčšinu áut 6A.

Na meranie prúdu je potrebný SmartEVSE SensorBox V1.5 (30.25€), ku ktorému sa pripoja tri CT cievky – Current Transformer (kus 9,95€), ktoré sa naklipnú na hlavný prívod elektriny do domu, kde merajú prúd tečúci každou fázou. Výhodou je, že nie je potrebné žiadne káble v elektrickom prívode do domu prerušovať a vsúvať tam merač. Následne Sensorbox pripojíme ku Controlleru, s ktorým komunikuje protokolom RS-485.

Na pripojenie je potrebný štvoržilový kábel, my sme použili klasický počítačový LAN kábel. Pri zapájaní cievok je ich potrebné zapojiť na rovnaké fázy L1, L2, L3 ako sú fázy zapojené na Typ2 zásuvku vo wallboxe. Displej Controlleru pri pripojenom Sensorboxe nepretržite zobrazuje spotrebu jednotlivých fáz, takže ich poradie je jednoducho zistiteľné už samotným spustením nabíjania jednofázového elektromobilu (spotreba L1 na displeji musí stúpnuť).

Doplatok 60€ nám zmení náš wallbox na smart wallbox, čo už nie je bežná funkcia a pri komerčných produktoch len merací modul (napr. wattrouter) bez samotného wallboxu stojí toľko ako nás kompletné riešenie, 280€.

Pre firmy alebo aj domácnosti s viac vozidlami, ktoré chcú nabíjať súčasne, je zaujímavá aj ďalšia funkčnosť v SMART móde a to tzv. LOAD BALANCING. Po prepnutí SmartEVSE so SensorBoxom nastaveným ako Master dokáže tento wallbox riadiť ďalšie až tri SmartEVSE wallboxy (tie už bez SensorBoxu a cievok, len prepnuté v SMART móde ako Slave) pri rozdeľovaní výkonu nabíjania medzi viac áut. A to už je zaujímavé funkčné a cenové riešenie.

Mód SOLAR

Návratnosť fotovoltaickej elektrárne závisí od maximálneho využitia takto vyrábanej elektriny v čase jej výroby. Prepnutím wallboxu do SOLAR módu nabíjame elektromobil len s elektrinou, ktorú si vyrobíme ale nespotrebujeme ju a inak by sme ju odovzdávali do distribučnej siete. Môžeme si nastaviť niekoľko parametrov:

štartovací prúd v Ampéroch – výška prebytku výroby, pri ktorom sa nabíjanie zapne, v priemere na fázu (ak nastavíme 3A, znamená to, že celkový prebytok – súčet na troch fázach je 9A)

minimálny nabíjací prúd v Ampéroch – ak prebytok výroby poklesne tak, že na počte použitých fáz klesne prúd pod nastavenú hodnotu, nabíjanie sa zastaví

ukončenie v minutách alebo nikdy – ak prebytok poklesne pod nastavenú hodnotu minimálneho nabíjacieho prúdu, wallbox naďalej auto nabíja minimálnym prúdom nastavený počet minút

Pri takomto nabíjaní návrhár zariadenia myslel aj na životnosť komponentov v aute, veľmi časté zapínanie a vypínanie nabíjania v prípade oblačnosti by mohlo skracovať ich životnosť. Preto je nastaviteľný tretí časový parameter až do 60 minút, počas ktorého wallbox čaká a stále nabíja. Ak ani v tomto časovom intervale prebytok nestúpne nad stanovené minimum, nabíjanie sa preruší, ak stúpne, odpočet končí. Následne wallbox čaká a automaticky nabíjanie začne opäť ak prebytok stúpne nad štartovací prúd. Parameter môže byť nastavený aj na 0, čo znamená, že nabíjanie sa ukončí až keď je auto nabité a vôbec sa neprerušuje.

Pri fotovoltaickej elektrárni môže byť na odbernom mieste prebytok aj spotreba, na meranie smeru prúdu je potrebné objednať lepší Sensorbox V2, ktorý je o 28,75€ drahší a pripája sa navyše k prvej fáze L1 230V káblom dodaným k nemu.

SensorBox V2 správne meria prebytky súčtom jednotlivých fáz, nie jednotlivo. V SOLAR móde vlastne len udržiava súčet fáz na nule. Vysvetlím na príklade: na jednej fáze odovzdávam do siete z mojej výroby 16A prúdu, na druhej fáze mám spotrebu 3A a na tretej 2A. Oficiálny elektromer mi jednotlivé fázy spočíta a vo výsledku neplatím za elektrinu nič, lebo zdarma odovzdávam 16-3-2 = 11 A. V ČR a v SSE tento spôsob merania nepoužívajú a dodávateľ elektriny by Vám účtoval spotrebu 5A, neodrátal by ju z toho, čo mu odovzdávate. Podľa pravidiel platných v slovenských distribučných oblastiach ZSE a VSE a vo väčšine Európy meranie prebieha spravodlivo, bohužiaľ slovenská SSE a Česká republika sú výnimky.

Bezpečnosť

My sme si objednali pre bezpečnú prevádzku ešte jeden komponent – DC/AC RESIDUAL CURRENT SENSOR v cene 69€. Tento bezpečnostný prvok detekuje únik striedavého ale aj jednosmerného napätia a v takom prípade okamžite vypne stykač a odpojí vozidlo od napätia. Takúto ochranu neobsahuje ani veľa wallboxov iných výrobcov a posúva zariadenie bezpečnosťou medzi najvyššiu triedu. K senzoru je priložený aj prepojovací kábel s konektormi, ktorý sa jednoducho pripojí k Controlleru. Výhodou je, že po nastavení prítomnosti senzoru, je nabíjanie ukončené nielen keď senzor vykáže únik ale aj pri chybe komunikácie alebo poruche senzora.

Objednávanie

Komponenty sme objednávali z eshopu, kedy boli doručené do pár pracovných dní kuriérom na slovenskú adresu. Predajca umožňuje pri objednávke na firmu – platcu DPH zaplatiť komponenty bez DPH.