Load Balancing til elbiler: Sådan fungerer intelligent opladning
Forestil dig en bolig med en elbil i indkørslen.
Bilen bliver tilsluttet ladeboksen om aftenen. Samtidig bliver der lavet mad, vaskemaskinen kører, og varmepumpen sørger for opvarmning.
Hver enkelt elektrisk installation har sin funktion.
Men de bruger alle strøm fra boligens samlede elforsyning.
Her bliver belastningsstyring interessant.
Med den rigtige løsning kan opladningen tilpasses det øvrige strømforbrug, så ladeboksen ikke nødvendigvis forsøger at bruge maksimal effekt hele tiden.
Det kaldes ofte load balancing.
Teknologien forbinder måling, styringssoftware og elektrisk installation. Derfor er den relevant for både udviklere, teknikere, boligejere og virksomheder med ladestandere.
1. Hvad betyder load balancing?
Load balancing betyder belastningsfordeling.
I forbindelse med elbilopladning handler det om at styre, hvor meget strøm en eller flere ladebokse må bruge.
Formålet kan være at holde den samlede belastning inden for en fastlagt grænse.
Der findes to almindelige situationer:
Dynamisk belastningsstyring
Ladeeffekten tilpasses efter det øvrige strømforbrug i installationen.
Fordeling mellem flere ladestandere
Den tilgængelige kapacitet bliver fordelt mellem flere ladepunkter.
Begge løsninger kan være relevante, men de løser ikke præcis det samme problem.
En bolig med én elbil kan have behov for dynamisk styring.
En virksomhed med flere ladestandere kan have behov for at fordele en samlet tilgængelig effekt mellem bilerne.
Nogle løsninger kombinerer begge funktioner.
2. Forstå forskellen på kW og kWh
De to enheder bliver ofte blandet sammen.
kW (kilowatt) beskriver effekt.
Det fortæller, hvor hurtigt elektrisk energi bruges eller overføres på et bestemt tidspunkt.
kWh (kilowatt-time) beskriver energi.
Det fortæller, hvor meget energi der bliver brugt over en periode.
Hvis en bil oplades med en konstant effekt på 7 kW i to timer, bliver den tilførte energi ideelt set:
Energi = Effekt × Tid
7 kW × 2 timer = 14 kWh
Eksemplet ser bort fra ladetab og ændringer i ladeeffekten.
I praksis kan den faktiske energi, der lagres i batteriet, være lavere.
Det er nyttigt at forstå forskellen, fordi load balancing normalt handler om at regulere effekt eller strøm under opladningen.
Systemet ændrer ikke nødvendigvis bilens samlede energibehov.
Det kan derimod ændre, hvor hurtigt opladningen gennemføres.
3. Hvorfor kan en ladeboks ikke altid bruge maksimal effekt?
En ladeboks er en del af en større elektrisk installation.
Der kan være grænser for den tilgængelige strøm, installationens dimensionering og den belastning, som ladepunktet må påføre systemet.
Derudover kan både bilen og ladeudstyret have egne begrænsninger.
En ladeboks, der er mærket med 11 kW, betyder derfor ikke automatisk, at bilen altid oplader med 11 kW.
Den faktiske ladeeffekt afhænger blandt andet af:
- Bilens indbyggede AC-lader.
- Ladeboksens kapacitet.
- Installationens strømgrænser.
- Antallet af tilgængelige faser.
- Eventuel belastningsstyring.
- Bilens aktuelle opladningsforhold.
Det er vigtigt at skelne mellem udstyrets maksimale tekniske kapacitet og den effekt, der faktisk er tilgængelig.
4. Sådan fungerer dynamisk belastningsstyring
En typisk løsning kan bestå af tre hoveddele.
Måling
Et kompatibelt målesystem registrerer belastningen i installationen.
Styring
En controller eller ladeboksens software vurderer den tilgængelige kapacitet.
Regulering
Ladeboksen får besked om at tilpasse den strøm, bilen må trække.
Et forenklet diagram kan se sådan ud:
Elforsyning
|
v
Hovedfordeling
|
+------+------+
| |
v v
Boligens Ladeboks
øvrige |
forbrug v
| Elbil
|
v
Belastningsmåling
|
v
Styringssystem
|
v
Tilladt ladestrøm
|
+----------> Ladeboks
Diagrammet viser kun den logiske sammenhæng.
Den konkrete elektriske opbygning afhænger af installationen, produktet og producentens anvisninger.
5. Et eksempel med en 11 kW-ladeboks
En trefaset AC-ladeboks kan ved 400 V og 16 A pr. fase have en nominel effekt på cirka 11 kW.
For en balanceret trefaset belastning kan effekten beregnes omtrent sådan:
P = √3 × U × I × cos(φ)
P = √3 × 400 V × 16 A × 1
P ≈ 11.085 W
P ≈ 11,1 kW
Her er effektfaktoren sat til 1 for at gøre eksemplet enkelt.
Det er en teoretisk illustration, ikke en dimensionering af en konkret installation.
Lad os antage, at der i et tænkt system er fastsat en samlet belastningsgrænse.
Når husets øvrige forbrug er lavt, kan ladeboksen måske bruge en større del af den tilgængelige kapacitet.
Når flere elektriske apparater bliver tændt, kan styringen reducere den tilladte ladestrøm.
Lavt forbrug i huset
|
v
Mere kapacitet til elbilen
|
v
Højere mulig ladeeffekt
Højt forbrug i huset
|
v
Mindre kapacitet til elbilen
|
v
Lavere mulig ladeeffekt
Den præcise regulering afhænger af både hardware, software og installationens grænser.
6. Hvorfor er belastningen på hver fase vigtig?
En trefaset installation bør ikke kun vurderes ud fra én samlet effektværdi.
Belastningen på de enkelte faser har også betydning.
Forestil dig en installation, hvor flere store enfasede forbrugere er tilsluttet samme fase.
Selvom den samlede effekt virker acceptabel, kan en enkelt fase være tættere på sin tilladte belastning end de øvrige.
Derfor kan en styringsløsning have behov for at måle eller tage hensyn til belastningen på hver fase.
Et meget forenklet eksempel:
| Fase | Målt strøm |
|---|---|
| L1 | 18 A |
| L2 | 9 A |
| L3 | 11 A |
Hvis installationens relevante grænse er 25 A pr. fase, er der i dette illustrative øjeblik mindre plads på L1 end på de andre faser.
En korrekt styringsløsning skal tage hensyn til de relevante begrænsninger.
Man kan ikke blot lægge alle tre faseværdier sammen og antage, at kapaciteten frit kan fordeles.
7. Hvordan kan styringslogikken se ud?
For udviklere kan det være interessant at se, hvordan idéen kan beskrives med pseudokode.
Følgende eksempel viser kun et princip.
Det må ikke anvendes som faktisk sikkerhedsstyring af elektrisk udstyr.
# Illustrativ pseudokode
# IKKE til styring af en virkelig ladeinstallation
installation_limit = 25
house_current = [12, 15, 10]
available_per_phase = [
installation_limit - current
for current in house_current
]
available_current = min(available_per_phase)
print("Teoretisk ledig strøm:", available_current)
Resultatet bliver 10 A i dette forenklede eksempel.
Men virkelige systemer kræver meget mere.
Styringen skal blandt andet kunne håndtere:
- Målefejl.
- Forsinkede data.
- Tab af kommunikation.
- Ændringer i belastningen.
- Korrekte minimums- og maksimumsgrænser.
- Produktets understøttede ladefunktioner.
- Elektriske beskyttelseskrav.
Derfor bør en rigtig ladeløsning bruge godkendt, kompatibelt udstyr og producentens dokumenterede styringsfunktioner.
En simpel beregning i et program kan ikke erstatte de tekniske sikkerhedsfunktioner.
8. Hvad sker der, hvis netværket forsvinder?
Mange moderne ladebokse har forbindelse til en app eller en cloudtjeneste.
Men internetadgang og elektrisk sikkerhed er forskellige ting.
Hvis netværksforbindelsen forsvinder, skal systemet fortsat håndtere opladningen sikkert.
Hvordan det sker, afhænger af ladeboksens konstruktion og dens styringssystem.
Nogle systemer kan have lokal styring.
Andre kan reducere eller stoppe opladningen, hvis nødvendige måledata ikke længere er tilgængelige.
Det er vigtigt at undersøge, hvilken funktion producenten understøtter, og hvordan løsningen skal konfigureres.
En sikker installation bør ikke afhænge af, at en almindelig smartphone-app altid er åben.
9. Load balancing og smart charging er ikke helt det samme
Begreberne bliver nogle gange brugt som synonymer.
Men der er en vigtig forskel.
Load balancing handler primært om at styre eller fordele elektrisk belastning.
Smart charging kan også omfatte tidsplaner, energipriser, brugerpræferencer og andre funktioner.
En ladeboks kan eksempelvis planlægge opladning til bestemte tidspunkter.
Det betyder ikke nødvendigvis, at den også måler boligens øvrige belastning.
Omvendt kan et system regulere ladestrømmen efter installationens belastning uden at bruge elpriser.
Derfor er det nyttigt at undersøge, hvilke funktioner den konkrete ladeboks faktisk understøtter.
10. Hvad med flere elbiler på arbejdspladsen?
En virksomhed kan have behov for flere ladepunkter på samme parkeringsområde.
Her kan belastningsfordeling være særligt relevant.
Forestil dig fire ladebokse, som hver har en maksimal kapacitet på 11 kW.
Den samlede nominelle effekt kan være:
4 × 11 kW = 44 kW
Det betyder ikke nødvendigvis, at installationen skal tillade alle fire at bruge maksimal effekt samtidigt, hvis der etableres en korrekt dimensioneret løsning med belastningsstyring.
Et kompatibelt system kan fordele den tilgængelige kapacitet mellem ladepunkterne.
Hvordan fordelingen fungerer, afhænger af den valgte løsning.
Nogle systemer fordeler kapaciteten nogenlunde ligeligt.
Andre kan prioritere efter forskellige kriterier.
Der kan også være krav og begrænsninger i installationen, som skal vurderes af en autoriseret elinstallatørvirksomhed.
11. Hvorfor kræver installationen en faglig vurdering?
Load balancing er ikke kun et spørgsmål om software.
Ladeboksen skal indgå i en korrekt udført elektrisk installation.
Det betyder blandt andet, at den relevante strømforsyning, kabelføring og elektriske beskyttelse skal være egnet.
Den danske Sikkerhedsstyrelse gør opmærksom på, at elbilopladning kan skabe langvarig høj belastning.
Derfor bør almindelige husholdningsstikkontakter ikke bruges som en fast erstatning for en korrekt etableret ladeinstallation.
Ved længerevarende opladning skal den relevante tilslutning være egnet til formålet.
Hvis der skal etableres en ny fast installation eller ændres i eltavlen, kræver arbejdet en autoriseret elinstallatørvirksomhed.
Belastningsstyring fjerner ikke kravet om korrekt elektrisk dimensionering og beskyttelse.
12. Hvordan vælger man en passende løsning?
Før du vælger ladeboks og styringssystem, er det nyttigt at beskrive det konkrete behov.
Begynd med disse spørgsmål:
- Hvor mange biler skal kunne oplades?
- Hvor meget kører bilerne normalt?
- Hvor længe holder de parkeret?
- Hvor stor elektrisk kapacitet er tilgængelig?
- Skal opladningen tage hensyn til boligens øvrige forbrug?
- Skal systemet understøtte flere ladepunkter senere?
- Er lokal styring nødvendig?
- Hvad sker der ved tab af måledata eller forbindelse?
Svarene giver et bedre grundlag for at sammenligne løsninger.
Den rigtige løsning er ikke nødvendigvis den, der reklamerer med den højeste ladeeffekt.
Den skal også passe til installationen og den måde, bilerne bruges på.
13. Elfirma i Næstved til installation af ladestandere
Sydsjællands El ApS er en autoriseret elinstallatørvirksomhed med base på Lov Enghavevej 10 i 4700 Næstved.
Virksomheden arbejder med elinstallationer og tilbyder installation af ladestandere til både private boliger og virksomheder.
Hvis du planlægger en ladeløsning, er det relevant at få undersøgt installationens eksisterende forhold og behovet for belastningsstyring.
Du kan læse mere om Sydsjællands El ApS som lokalt elfirma i Næstved og virksomhedens arbejde med elektriske installationer.
Den konkrete ladeboks, dens styringsfunktioner og installationskrav bør altid vurderes før installationen.
14. Det vigtigste at tage med
Load balancing kan hjælpe med at tilpasse elbilopladningen til den tilgængelige elektriske kapacitet.
Men teknologien er ikke en genvej uden om de almindelige krav til sikre installationer.
Software kan beregne og regulere.
Måleudstyr kan levere data.
Ladeboksen kan tilpasse opladningen.
Men alle delene skal fungere sammen med den fysiske elinstallation.
For udviklere er det et interessant eksempel på, hvordan software og hardware mødes i den virkelige verden.
For boligejere og virksomheder handler det om noget mere praktisk:
At få en ladeløsning, som passer til både strømforsyningen og hverdagen.
Top comments (0)