Bij DC snelladen bevindt de lader die AC omzet naar DC zich buiten het voertuig. Met enkele uitzonderingen van snelle AC laders, dit is de snelste manier om een elektrische auto op te laden.
DC laden is ook bekend als Mode 4 laden. Naast Tesla’s eigen Supercharging-interface zijn er drie belangrijke DC-laadsystemen. Ik zal ze hieronder beschrijven.
Daarna zal ik ingaan op voertuig grid integratie / interactie en standaardisatie, evenals DC snellaad implicaties en mogelijkheden voor doe-het-zelf ombouw projecten.
CHAdeMO
In 2005 is het onderzoek en de ontwikkeling voor CHAdeMO van start gegaan. Het is ontstaan in Japan en heeft daar een brede dekking. Belangrijkste merken die het gebruiken zijn Nissan, Mitsubishi en Kia. Toonaangevende auto op dit moment is de Nissan Leaf.
“CHAdeMO” is een afkorting van “CHArge de MOve” of “charge for moving” ofwel “laden om te bewegen”. De originele Japanse naam is een woordspeling van “O cha demo ikaga desuka”, wat betekent “Laten we een thee drinken tijdens het opladen”.
De laadstandaard zelf is een gesloten standaard die alleen beschikbaar is voor betalende leden. Maar in 2010 werd het opgenomen in de normen IEC61851-23 (laadsystemen) en IEC61851-24 (digitale communicatie voor DC-laden). In de IEC-norm wordt CHAdeMO gedefinieerd als ‘Systeem A’.
vertegenwoordigen “Verplaatsen”.
De CHAdeMO-connector ondersteunt alleen DC-opladen, zodat een auto ook altijd een andere laad aansluiting nodig heeft voor ac-opladen.
Er zijn verschillende versies van het protocol vanaf 0.9, dan 1.0, 1.1, 1.2, 2.0 en onlangs 3.0. Een van CHAdeMO de principes voor doorontwikkeling is achterwaardse compatibiliteit.
CAN communicatie
Communicatie tussen het voertuig en de lader voor parameters die relevant zijn voor een veilig en betrouwbaar laadproces worden uitgewisseld via CAN-BUS. Protocol 2.0B wordt gebruikt op 500 kbps met een berichtcyclus/snelheid van 100 ms.
Laadvermogen
Het maximale laadvermogen aan de ene kant is afhankelijk van de gebruikte protocolversie.
Aan de andere kant hangt het ook af van de accuspanning van het elektrische voertuig. Voor CHAdeMO 0.9, 1.0 en 1.1 is de max stroom van 125A leidend. Dus voor de meeste voertuigen betekent dit ongeveer 45 kW. Maar in DIY conversies met lager accupakket voltage is dit uiteraard minder.
Het maximale vermogen van het 1.1-protocol en hoger is alleen relevant voor voertuigen met grote accu’s die werken bij hoge spanningen zoals vrachtwagens, bussen, enzovoort. Op dat moment komen allerlei andere aspecten zoals laadkabeltemperatuurmonitor en koeling in het spel.
CHAdeMO DHZ?
Het implementeren van CHAdeMO snelladen in doe-het-zelf EV conversie is uitvoerbaar. De belangrijkste uitdaging is dat het protocol niet open source is, waardoor het moeilijk is om een oplossing te ontwikkelen en te implementeren die feilloos werkt. Meer info in de “CHAdeMO snelladen in DIY” blogpost.
GB/T 20234
Afkomstig uit China en daar op grote schaal uitgerold. Vaak aangeduid als GB /T, maar volledig is het de GB/T 20234 met verschillende onderdelen. GB/T 20234.3-2011 is specifiek bedoeld voor de DC-oplaad connectors. Het is zeer vergelijkbaar met CHAdeMO, maar niet hetzelfde. Het is ook met behulp van CAN communicatie en het 2.0B protocol, maar de bus snelheid is lager, 250 kbps. De berichtcyclus/snelheid is afhankelijk van het gegevenselement. Bijvoorbeeld 10 ms voor het stoppen van commando’s en 1s voor de temperatuur van de batterij met verschillende andere tussenvormen. In de IEC-standaard wordt GB/T gedefinieerd als ‘System B’.
Verder heeft het GB/T protocol net als CHAdeMO een aparte stekker voor DC en AC. AC-opladen is een andere GB/T-standaard, de 20234.3-2011 met een connector die is afgeleid van de Europese AC-stekker (de IEC 62196-standaard).
Het maximale vermogen voor GB/T is 185 kW (250 Ampère bij 750 Volt).
CCS Combo
De volledige naam is Combined Charging System. Zoals de naam al aangeeft ondersteunt de CCS Combo-stekker zowel AC- als DC-opladen. Het is afkomstig van Duitse autofabrikanten (Audi, BMW, Daimler, Porsche en Volkswagen) en in de VS Ford en General Motors.
De CharIN-vereniging houdt zich bezig met de ontwikkeling en verspreiding van het Combined Charging System (CCS).
Er waren al twee standaarden voor AC-opladen:
- Type 1 in Noord-Amerika onder de SAE J1772-norm
- Type 2 in Europa onder de IEC 62196-2 norm
Daarom ontstonden er bij het combineren van AC- en DC-opladen ook twee CCS Combo-stekkers. Een combineert Type 1 met DC en een andere voor Type 2. In de IEC-standaard wordt GB/T gedefinieerd als ‘System C’.
CCS Combo 1
CCS Combo 2
Het maximale vermogen is in de loop der jaren toegenomen. Aanvankelijk was het max 75kW (@600V) voor Combo 1 en max. 200 kW (@1000V) voor Combo 2 maar momenteel tot 350 kW (400 A bij 900V) is beschikbaar.
Communicatie tussen auto en lader
CCS maakt gebruik van PLC-communicatie, dat is digitale communicatie via powerline. In dit geval betekent powerline de control pilot / grondcircuit, niet de hoogspannings draden. De CCS combo standaard heeft de HomePlug Green Phy standaard (voor in-home smart grid powerline communicatie) als het communicatieprotocol.
CCS Combo DIY?
Het implementeren van CCS Combo snelladen in doe-het-zelf EV conversie is een stuk uitdagender en ingewikkelder. Hoewel het een open standaard is, is de PLC-communicatie niet triviaal. Maar oplossingen voor de DHZ-gemeenschap beginnen te ontstaan. Meer info in de blogpost“CCS snelladen voor doe-het-zelf“.
Voertuig-net-integratie (VGI of V2G / V2X)
De overgang naar een meer duurzaam energie gebruik wordt de voertuig – stroomnet koppeling gezien als een deel oplossing voor het omgaan met de uitdagingen als het gaat om het afstemmen van vraag en aanbod van energie. Terwijl je een gascentrale snel kunt opschakelen en afschakelen om te reageren op veranderingen in de vraag naar energie, is dit nauwelijks mogelijk met hernieuwbare energiebronnen.
Een voertuig net integratie is in feite bidrectional opladen. Dus niet alleen met behulp van stroom uit het net een batterij laden, maar ook gebruik maken van de energie die opgeslagen is in een batterij en ontladen in het net. Vooral DC-opladen is geschikt om dit te faciliteren, omdat de lader bidirectioneel moet zijn. In het geval van AC gebaseerde V2G zou vereisen dat laders in ieder voertuigen bidirectioneel zijn.
V2G (aan net), V2H (aan huis), V2B (aan gebouwen)
De bidirectionele integratie zou op meerdere niveaus kunnen worden geïmplementeerd. Naar het net (V2G) waar de batterij in het net wordt ontladen, maar ook op kleinere schalen zoals naar huis (V2H) of naar gebouwen (V2B). In dat geval kunnen huizen of zelfs dorpen zelfvoorzienend zijn in combinatie met bijvoorbeeld zonne- of wind- energie.
V2G-protocollen
CHAdeMO ondersteunt al bidirectioneel opladen en CCS verwacht dit vanaf 2025 te ondersteunen.
V2G in DIY?
Persoonlijk ben ik niet zeker of het voertuig – net integratie erg populair en breed gedragen zal zijn onder eigenaren van elektrische auto’s. Wie gaat het risico nemen van de mogelijke batterij degradatie of verminderde ‘state of charge’ wanneer u de auto nodig hebt? Misschien als er een stimulans is, zou het kunnen werken. Ik denk dat dit extra geldt voor doe-het-zelf EV conversies waar de batterij vaak de grootste investering is voor een project.
Voor energie-opslag oplossingen is het een ander verhaal. Ik kan me voorstellen dat zelfbouw powerwalls met behulp van gebruikte batterijen van de productie elektrische auto’s nog wel eens heel groot kan worden.
Standaardisatie?
Met de verschillende protocollen die naar voren kwamen, is een interessante vraag, zal er een dominerende standaard ontstaan? Uit onderstaande grafiek (met dank aan ABB, bron: Presentatie over EV Infrastructure door Cristian Martin (ABB Chili), juni 2019 zien we een verschuiving naar CCS.
CCS ontpopt zich als toonaangevende standaard in Europa en de VS
Tesla heeft gekozen voor CCS in hun Model 3 en zelfs fabrikanten die deel uitmaakten van de begindagen van CHAdeMO zoals Kia zijn overgestapt op CCS. Dus in 2020 gebruikten alleen Nissan en Mitshubishi CHAdeMO nog in hun Europese en Amerikaanse modellen. Maar sinds in de nieuw aangekondigde Nissan Ariya CCS wordt toegepast in plaats van CHAdeMO, lijkt CCS de toonaangevende standaard te zijn geworden.
Dit betekent niet dat alle CHAdeMO laders snel zullen verdwijnen, maar ik verwacht dat in Europa en de VS uiteindelijk alleen de CCS laadinfrastructuur zal blijven verbeteren.
Is er een toekomst voor CHAdeMO?
Wat betekent dit voor CHAdeMO? Op dit moment (september 2020) zijn er wereldwijd 32.300 CHAdeMO-laders. Ongeveer 50% in Europa en de resterende verdeeld 1/3 elk over Noord-Amerika, Azië en Japan. Ik denk dat de hele EV gemeenschap, met inbegrip van de CHAdeMO vereniging zelf deze verschuiving naar CCS zag aankomen. Onlangs (in juni 2020) is de CHAdeMO 3.0 of ChaoJi development update aangekondigd. CHAdeMO werkte hiervoor samen met de China Electricity Council. De slogan voor de ChaoJi-standaard is “Sneller, Veiliger en compatibel voor iedereen”. Hoewel het weer om nog een andere fysieke connector gaat, zijn ze op zoek naar manieren om nog steeds achterwaarts compatibel met in elk geval CHAdeMO en GB/T en eventueel zelfs CCS te zijn door het gebruik van adapters. Het wordt samengevat in deze twee bladen in de “Update on the ChaoJi Project and the way forward“.
Met CHAdeMO en GB/T die zich samengaan in ChaoJi vermenigvuldigt de dekking zich. Al in 2018 waren er 127.434 GB/T laadstations volgens de China Electric Vehicle Charging Infrastructure Promotion Alliance (bron: ‘Plug wars: the battle for electric car supremacy’,Reuters).
Door de verschillen in het communicatieprotocol en andere parameters kan het ChaoJi tot de ‘grote overkoepelende standard’ verheven een uitdaging zijn. In de presentatie “A Unified Future-Oriented Charging Programme” a deep-dive on the technical side of ChaoJi, hebben ze ideeën over allerlei adapters, dat wel.
Implicaties voor doe-het-zelf
Ondanks de ChaoJi / CHAdeMO 3.0 ontwikkeling ik denk dat het belangrijkste protocol voor Europa en de VS uiteindelijk CCS Combo zal zijn. Dus voor nu is CHAdeMO is nog steeds een geweldige oplossing voor de doe-het-zelf gebruikers, maar op de langte termijn zijn we waarschijnlijk beter af met CCS. Houd mijn blogposts in de gaten!
Blogserie over DC-snelladen
- DC snelladen, een introductie
- CHAdeMO snelladen in doe-het-zelf projecten
- CCS snelladen voor doe-het-zelf
- Nissan Leaf CCS snelladen
- EVcreate CCS snellaadoplossing inclusief AC onboard lader regeling
- Hoog vermogen = tot 500 A piek (250 A nominaal)
- Laag vermogen = tot 125 A max.
Feedback welkom
Alle feedback, toevoegingen, suggesties voor verbetering zijn welkom. Neem contact met mij op via e-mail.
Delen en linken
Vind je dit artikel leuk? Gelieve te delen en te linken (en niet kopiëren en plakken).