Электромобиль - мощный потребитель электроэнергии, в частном же домохозяйстве, скорее всего, самый мощный. Но так как выделяемая на домохозяйство (офис, гараж или иной объект) мощность всегда зафиксирована, существует проблема, которую приходится решать "вручную": что за чем по очереди включать, что не включать, дабы не "вылетели пробки".

А теперь представим, что есть в сети устройство, которое следит за суммарной нагрузкой в сети, и, как только она падает, весь освободившийся запас отправляет на зарядку вашего электромобиля или даже двух (трех, четырех). Удобно? Это устройство знает, сколько ампер есть допустимый максимум для вашей сети и если ваши домашние "разгулялись", понизит  ток зарядки, чтобы не сработал автомат. Такое устройство существует и называется оно динамический балансировщик нагрузки.

Сценарий частного домохозяйства в деталях 

Бортовая система зарядки электромобиля Nissan Leaf может потреблять переменный ток 3,3 кВт или 6,6 кВт (в зависимости от поколения), при напряжении 220 Вольт это токи от 15 до 30 Ампер соответственно. Тесла и другие мощные электромобили - и того больше. А в большинстве электрощитов номинал главного автомата больше 32 А - уж редкость. Что делать? Ведь если наряду с зарядкой включить еще парочку потребителей в доме (электрообогреватель, духовку или бойлер) то можно получить отключение автомата. Первое, что приходит на ум: выделять отдельную линию, ограничивать линию зарядки автомобиля своим автоматом ну и ограничивать мощность зарядки настройками станции, чтобы суммарным потреблением не превысить допустимую для вашей сети нагрузку.

Предположим, у вас в доме на входе главный автомат на 32 А, одна фаза. Все домашние потребители - на автомате на 16 А, под электромобиль вы зарезервируете одну линию автоматом на 16 А (это 3,5 кВт мощности) и настроите соответствующим образом зарядную станцию. Даже если вы соберёте сеть по-другому, головная боль вам обеспечена - то ли все время наблюдать за бытовыми электроприборами и инструктировать близких, чтобы не включали "всё одновременно", то ли нервничать по поводу скорости зарядки. При этом ночью все спят, домашнее потребление снижено, самое время заряжаться, да вот незадача: станция-то настроена на фиксированную мощность зарядки, и ей дела нет, греете вы чайник или спите.

А что если у вас мощный электромобиль и разъездная работа, вы катаетесь много, приезжаете домой "разряженным в ноль"?  А что делать, если у вас два электромобиля - дожидаться, когда зарядится один, включать в зарядку второй или оба одновременно заряжать через двухканальную станцию мизерным током? 

Итак, что же есть динамическая балансировка нагрузки для зарядки электромобиля? Смотрим инфографику.

 

Динамическая балансировка зарядной станции для электромобилей

 

Устройство динамической балансировки (балансировщик)

Устройство, измеряющее суммарный ток в сети и управляющее процессом зарядки через назначение максимальных зарядных токов зарядным станциям. Балансировщик считает токи по каждой фазе (как в однофазной сети, так и в трехфазной), при превышении суммарным током всех потребителей  порога допустимого значения балансировщик  дает команду зарядной станции на снижение потребления на величину, равную превышению общего потребления над допустимым значением. В случае обратной ситуации при снижении общей нагрузки и превышении допустимого значения над текущим суммарным током всех потребителей - даёт команду на увеличение тока зарядки на величину этого "зазора". Плюсы балансировщика:

  • защищает сеть от перегрузки и выключения главного автомата при пиковой нагрузке (включение нескольких "электричек" одновременно, нескольких других потребителей);
  • при низкой загрузке сети другими потребителями ускоряет зарядку электромобиля, увеличивая ток зарядки;
  • позволяет заряжать электромобиль имеющейся доступной мощностью без выделения отдельной линии, на которой нет других потребителей;
  • позволяет комфортно заряжать авто на линиях с низкой общей мощностью (особенно актуально в старых и удалённых посёлках), мгновенно используя высвободившуюся мощность.
  • заряжать одновременно несколько электромобилей, распределяя доступный ток между ними по настроенному сценарию.

 

Сценарий балансировки - способ распределения доступной мощности между зарядными станциями. Общие сценарии балансировки-распределения доступной мощности между зарядными станциями, как пример:

  • фиксированная поровну на всех;
  • приоритет у каких-то VIP в % (предположим, что в случае распределения падающей “на всех” каким-то станциям даётся больше % доступной мощности, чем другим чем другим;
  • гарантированная мощность для VIP, остальным - поровну оставшееся;
  • “очередь” (всем заряжающимся гарантирована выделенная мощность, тот, кому ее не хватает, ждет, пока кто-то отключится).

 

Балансировка фиксированной нагрузки как частный случай, Master/Slave архитектура.

Иногда нужно решать задачу распределения не динамически меняющейся доступной мощности, а фиксированной. К примеру, у вас служебная парковка на 5 электромобилей, 5 зарядных станций по 22 кВт, доступная мощность 50 кВт, люди приезжают, уезжают. Вероятность того, что одновременно все будут заряжаться и будут пытаться получить свои 22 кВт, мала, да не у всех машин такие мощные 3-х фазные бортовые зарядки (вспомним Ниссан Лиф). Тем не менее, вероятность перегрузить сеть существует, да и хорошо бы зарядить всех.

В таком случае  проблема решается следующими доступными способами:

  • фиксированные настройки для каждой станции (общую мощность разделить на всех поровну или еще как-то). Самый неэффективный способ - кому-то будет мало, а кому то столько и не надо, а свободная нераспределенная мощность будет почти постоянно;
  • установка балансировщика, который будет распределять доступную мощность (измерение токов не требуется, доступные токи над лишь ввести в память устройства) по заданному сценарию между всеми станциями - удобно и эффективно;
  • установка сети из зарядных станций во главе со старшей зарядной станцией (Master/Slave архитектура зарядной сети), не менее эффективно, 

Дело в том, что зарядные станции Master могут управлять другими зарядными станциями по коммуникационному протоколу и распределять допустимую мощность. Это удобно еще и тем, что Master-версия зарядной станции имеет выход в Интернет и позволяет проводить настройки удалённо.

Этот вариант так же актуален для домохозяйства с двумя и более электромобилями - если есть выделенная линия с фиксированной мощностью, то можно установить на неё и скоммутировать между собой две зарядных станции в конфигурации (Master/Slave). Одна машина будет заряжаться полной мощностью, при подключении второй - мощность будет делиться пополам или по какому-то сценарию.