Stacje ładowania pojazdów elektrycznych – rodzaje i wymagania

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych a punkty ładowania

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych mogą się różnić od punktów ładowania pojazdów elektrycznych. Obowiązujące w Polsce definicje znajdują się w Ustawie z dnia 11 stycznia 2018 r. o elektromobilności i paliwach alternatywnych [2]. Zgodnie z nią punkty ładowania to urządzenia umożliwiające ładowanie pojedynczego pojazdu elektrycznego, pojazdu hybrydowego lub autobusu zeroemisyjnego oraz miejsca, w których wymienia się lub ładuje akumulatory służące do ich napędu [2].

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych to z kolei urządzenia budowlane obejmujące punkt ładowania o normalnej lub dużej mocy, związane z obiektem budowlanym, bądź wolnostojące obiekty budowlane z zainstalowanym co najmniej jednym punktem ładowania o normalnej albo dużej mocy. Wyposażone w oprogramowanie umożliwiające świadczenie usług ładowania, wraz ze stanowiskiem postojowym oraz instalacją prowadzącą od punktu ładowania do przyłącza elektroenergetycznego (w przypadku gdy stacja jest podłączona do sieci dystrybucyjnej) [2].

Mając na uwadze powyższe, stacje i punkty ładowania mogą w określonych okolicznościach być pojęciami tożsamymi.

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych zależą od kryteriów, jakie zostaną przyjęte przy ich podziale, np. moc, czas ładowania, przeznaczenie, typ wtyczki czy sposób ładowania. Należy zaznaczyć, że poszczególne rodzaje stacji ładowania mogą się pokrywać, np. stacje publiczne są najczęściej modelami zewnętrznymi.

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych ze względu na czas ładowania

• wolne – stacje ładowania pojazdów elektrycznych pracujące na prądzie zmiennym, o mocy poniżej 11 kW AC,
• średnio szybkie – stacje ładowania pojazdów elektrycznych działające prądzie zmiennym, o mocy od 11 do 22 kW AC,
• szybkie i ultraszybkie – stacje ładowania pojazdów elektrycznych pracujące na prądzie stałym, o mocy od ok. 50 kW DC.

 

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych ze względu na oferowaną moc

• ok. 2 kW – zasilacze dostarczane fabrycznie o mocy około 2 kW, przeznaczone do podłączenia do gniazd 230 V; są najwolniejsze, ale najbardziej uniwersalne; w zależności od pojemności baterii czas ładowania może wynosić nawet ponad 20 h;
• 3,6 lub 7,4 kW – jednofazowe stacje ładowania pojazdów elektrycznych, na prąd zmienny; w zależności od pojemności baterii czas ładowania może wynosić od 2 do ponad 6 h; jest to jedno z najczęściej wybieranych rozwiązań przez użytkowników samochodów elektrycznych;
• 11 lub 22 kW – trzyfazowe stacje ładowania pojazdów elektrycznych, na prąd zmienny; w zależności od pojemności baterii czas ładowania może wynosić od 2 do ponad 6 h; jest to jedno z najczęściej wybieranych rozwiązań przez użytkowników samochodów elektrycznych; znajdują zastosowanie zarówno w domach, jak i w przestrzeniach publicznych (biurowce, sklepy, stacje benzynowe); w tym przypadku instalacja systemu ładowania musi zostać wykonana przez elektryka z odpowiednimi uprawnieniami;
• >= 50 kW – szybkie i ultraszybkie stacje ładowania pojazdów elektrycznych, na prąd stały; czas ładowania 80% pojemności baterii zwykle zajmuje nie więcej niż 45 minut; są zazwyczaj stosowane w miejscach tranzytowych i na stacjach benzynowych przy drogach szybkiego ruchu; ze względu na duży pobór mocy, mogą być instalowane tylko miejscach z odpowiednim przyłączem energetycznym, nie są przeznaczone do użytku domowego.

 

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych ze względu na przeznaczenie

• domowe – najwolniejsze stacje ładowania pojazdów elektrycznych, najczęściej stosowane w warunkach domowych, gdzie jest możliwość podłączenia samochodu nawet na całą noc, lub na prywatnych parkingach firm, gdzie pracownicy mogą zostawić pojazd na wiele godzin; w gospodarstwach domowych zazwyczaj wykorzystuje się tzw. wiszące stacje ładowania (wallbox) wyposażone w jedno gniazdo;
• publiczne/komercyjne – stacje ładowania pojazdów elektrycznych przeznaczone do użytku publicznego, najczęściej charakteryzujące się większą mocą (a tym samym – krótszym czasem ładowania) oraz liczbą gniazdek; zazwyczaj lokalizowane są w miejscach o dużym natężeniu ruchu, w których czas ładowania jest istotnym czynnikiem, np. przy autostradach, parkingach czy centrach handlowych; stacje publiczne muszą być bardziej wytrzymałe na warunki zewnętrzne, ponieważ najczęściej znajdują się na zewnątrz; są zarządzane przez firmy z wykorzystaniem platformy umożliwiającej sprzedaż i rozliczanie usług ładowania.

 

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych ze względu na położenie

• zewnętrzne – stacje ładowania pojazdów elektrycznych odporne na warunki zewnętrze, najczęściej są to stacje stojące dostępne publicznie,
• wewnętrzne – stacje ładowania pojazdów elektrycznych stosowane wewnątrz budynków, np. w garażach, najpowszechniej występują w formie wiszącej (wallbox).

 

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych ze względu na typ wtyczki

– na prąd zmienny (AC):

• TYPE 1 – SAE J1772 – wtyczka wykorzystywana w przypadku wolnych stacji ładowania (do 7,4 kW), tego typu rozwiązania są bardzo rzadko stosowane w Europie,
• TYPE 2 – Mennekes – wtyczka obsługująca instalacje jedno- i trójfazowe, w pierwszym przypadku pozwala na ładowanie pojazdu z mocą 3,6 kW, a w drugim – do 44 kW;

 

– na prąd stały (DC):

• CHAdeMO – wtyczka o mocy ok. 50 kW, najczęściej stosowana w pojazdach japońskich i koreańskich – standardem europejskim jest typ CSS,
• CCS – wtyczka o mocy 50 kW, która umożliwia ładowanie pojazdów przy użyciu prądu przemiennego oraz stałego,
• Tesla Supercharger – złącze do pojazdów Tesla, o mocy 50–120 kW.

 

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych ze względu na sposób ładowania

• plug-in (złącze wtykowe) – najpopularniejsza metoda ładowania pojazdów elektrycznych, dostępna praktycznie dla wszystkich pojazdów, polega na fizycznym połączeniu pojazdu z punktem ładowania za pomocą giętkiego przewodu; wyróżnia się tu dwa rozwiązania: punkt ładowania wyposażony jest w gniazdo, a przewód ładowania znajduje się na wyposażeniu pojazdu lub stanowi integralną część punktu (przede wszystkim w punktach ładowania wyższych mocy);
• indukcyjne – metoda bezprzewodowego ładowania pojazdów energią elektryczną, bazująca na zjawisku indukcji elektromagnetycznej i wykorzystaniu cewek indukcyjnych; jedna z cewek umieszczana jest w pojeździe, a druga – w miejscu postojowym (punkcie ładowania indukcyjnego) lub w pasie drogowym, co umożliwia ładowanie podczas jazdy; po zbliżeniu się pojazdu do punktu powstaje pole elektromagnetyczne, które indukuje prąd elektryczny w cewce pojazdu;
• pantografowe – metoda wykorzystywana do szybkiego ładowania baterii autobusów elektrycznych, zazwyczaj podczas krótkich postojów na pętlach; energia elektryczna przekazywana jest przez połączenie metaliczne pomiędzy pantografem a szynami zainstalowanymi na dachu pojazdu lub w punkcie ładowania; stacje ładowania pojazdów elektrycznych tego typu mają moce najczęściej powyżej 50 kW; innym wariantem tego rodzaju ładowania jest wykorzystanie pantografu odwróconego – pantograf zamontowany na konstrukcji wsporczej opuszcza się na złącze umieszczone na dachu pojazdu.

 

Rodzaje stacji ładowania pojazdów elektrycznych ze względu typ pojazdu

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych różnią się także w zależności od rodzajów pojazdu jakie obsługują. Na rynku dostępne są samochody osobowe z napędem wyłącznie elektrycznym (13 119 szt. na koniec czerwca 2021 r. według licznika elektromobilności), autobusy (512 szt. na koniec czerwca 2021 r. według licznika elektromobilności), pojazdy dostawcze i ciężarowe (1001 sztuk na koniec czerwca 2021 r. według licznika elektromobilności), pojazdy jednośladowe – skutery, motocykle (10 544 szt. na koniec czerwca 2021 r. według licznika elektromobilności), a także samochody hybrydowe osobowe i dostawcze (261 010 szt. na koniec czerwca 2021 r. według licznika elektromobilności) [1].

Punkty ładowania pojazdów elektrycznych

Punkty ładowania pojazdów elektrycznych również występują w różnych typach w zależności od mocy jaką oferują. Ustawa o elektromobilności i paliwach alternatywnych wskazuje ich dwa rodzaje:

• o normalnej mocy – punkty ładowania pojazdów elektrycznych o mocy mniejszej lub równej 22 kW, z wyłączeniem urządzeń o mocy mniejszej lub równej 3,7 kW zainstalowanych w miejscach innych niż ogólnodostępne stacje ładowania pojazdów elektrycznych, w szczególności w budynkach mieszkalnych,
• o dużej mocy – punkt ładowania pojazdów elektrycznych o mocy większej niż 22 kW [2].

 

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych – wymagania techniczne w polskich przepisach

Specyfikacja techniczna stacji do ładowania pojazdów elektrycznych w Polsce wynika z Ustawy o elektromobilności i paliwach alternatywnych, która wdrożyła do polskiego prawa Dyrektywę 2014/94/UE z dn. 22 października 2014 r. w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych [4]. Do ustawy opracowano stosowny akt wykonawczy w postaci Rozporządzenia Ministra Energii z dnia 26 czerwca 2019 r. w sprawie wymagań technicznych dla stacji i punktów ładowania stanowiących element infrastruktury ładowania drogowego transportu publicznego [5].

Ustawa o elektromobilności i paliwach alternatywnych określa m. in. obowiązki operatora ogólnodostępnych stacji ładowania, wymagania techniczne i zasady bezpiecznej eksploatacji, rolę Urzędu Dozoru Technicznego, np. w zakresie obowiązkowych badań technicznych, a także obowiązek zgłoszenia ogólnodostępnej stacji ładowania do Ewidencji Infrastruktury Paliw Alternatywnych. Z kolei Rozporządzenie w sprawie wymagań technicznych jakim mają odpowiadać stacje ładowania pojazdów elektrycznych i punkty, zawiera najważniejsze informacje prawno-techniczne. Rozporządzenie określa szczegółowe wytyczne dotyczące instalacji i eksploatacji stacji i/lub punktów ładowania [6].

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych – wymagania polskich norm

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych i punkty w Polsce, muszą spełniać wymagania techniczne i eksploatacyjne określone we wspomnianym rozporządzeniu, ale także odpowiadać Polskim Normom oraz standardom międzynarodowym. Polskie Normy w tym zakresie można podzielić według serii:

• seria norm PN-EN 61851 – odnosi się do punktów ładowania przewodowego o napięciu nie wyższym niż 1000 V AC i 1500 V DC; systematyzuje wiedzę dotyczącą m.in. nazewnictwa, podziałów funkcjonalnych trybów ładowania oraz porusza główne aspekty związane z bezpieczeństwem użytkowania punktów i stacji; stanowi podstawowe źródło wiedzy na temat ładowania przewodowego;
• seria norm PN-EN 62196 – zawiera wytyczne dla gniazd i wtyczek dla punktów ładowania przewodowego, a także standaryzuje kilka ich typów (m.in. typ 2, CCS2) pod kątem zgodności wymiarowej;
• seria norm PN-EN ISO 15118 – dotyczy komunikacji pomiędzy punktem ładowania i pojazdem; przedstawia podział na komunikację korzystającą z podstawowego przesyłania sygnałów oraz komunikację wysokiego poziomu wraz ze sposobami użycia; normy nie wskazują gotowego protokołu komunikacyjnego, określają jedynie wytyczne, pożądane cechy i sposób jego działania; porusza także tematy związane z cyberbezpieczeństwem oraz metodami rozliczeń za ładowanie [6].

Pantografowe stacje ładowania pojazdów elektrycznych (dla autobusów) nie zostały dotychczas znormalizowane, dlatego w tym przypadku zastosowanie mają normy z serii PN-EN 15118.

 

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych według norm międzynarodowych

Stacje ładowania pojazdów elektrycznych muszą spełniać standardy międzynarodowe określone przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną – normy IEC 61851 i IEC 62196. Zdefiniowano w nich cztery systemy ładowania akumulatorów pojazdów o napędzie elektrycznym:

• Mode 1 – system ładowania prądem przemiennym o napięciu nie większym niż 250 V przy prądzie jednofazowym oraz 480 V przy trójfazowym; wykorzystywany jest przede wszystkim w ładowarkach domowych czy garażowych ze zwykłych gniazd 230 V; zdefiniowany jako wolny lub półszybki, bez specjalnie przeznaczonego systemu ochrony; nie zapewnia komunikacji pomiędzy pojazdem a ładowarką;
• Mode 2 – system ładowania prądem przemiennym o napięciu nie większym niż 250 V przy prądzie jednofazowym oraz 480 V przy trójfazowym; zdefiniowany jako wolny lub półszybki, jest wyposażony w podstawowe systemy ochrony, takie jak wyłącznik różnicowo-prądowy umieszczony w ładowarce; system zarządza komunikacją z pojazdem;
• Mode 3 – system ładowania prądem przemiennym, zdefiniowany jako wolny lub półszybki; ładowanie odbywa się za pomocą specjalnie do tego przeznaczonych połączeń z pojazdem elektrycznym; zapewnia zaawansowane funkcje sterujące i zabezpieczające;
• Mode 4 – system ładowania prądem stałym, który jest zdefiniowany jako półszybki i szybki; ładowanie odbywa się za pomocą specjalnie do tego przeznaczonych połączeń z pojazdem elektrycznym; zapewnia zaawansowane funkcje sterujące i zabezpieczające; przetwornik AC/DC znajduje się w ładowarce; ze względu na bezpieczeństwo użytkownika, połączenie wtykane dostępne jest wyłącznie od strony pojazdu [7].

 

Czytaj też: Stacje ładowania samochodów elektrycznych w polskim systemie elektroenergetycznym

Budowa stacji ładowania pojazdów elektrycznych

W odniesieniu do opisanych wyżej wymagań technicznych stacji i punktów ładowania EV, można wskazać podstawowe elementy, jakie powinny towarzyszyć takim urządzeniom – rys. poniżej. Oczywiście szczegółowe rozwiązania zależą od sposobu wykorzystania ładowarki, np. wymagania wobec prywatnych ładowarek nn w gospodarstwach domowych są znacznie mniejsze niż w przypadku publicznie dostępnych stacji szybkiego ładowania. Nie bez znaczenia jest też rodzaj pojazdu, jaki ma obsługiwać.

Stacje ładowania samochodów elektrycznych powinny być wyposażone przede wszystkim w odpowiedni typ wtyczki (lub kilka) oraz systemy bezpieczeństwa (np. wyłącznik różnicowo-prądowy). W przypadku urządzeń publicznego dostępu konieczna jest instrukcja obsługi, oprogramowanie z układem pomiarowo-rozliczeniowym oraz modem do transmisji danych. Na stacjach powinny znajdować się odpowiednie oznaczenia, informacje (np. tabliczki znamionowe) i ostrzeżenia, np. o zagrożeniach. W przypadku ładowarek DC o bardzo dużej mocy konieczna jest dodatkowa ochrona przed przepięciami, porażeniem elektrycznym i uszkodzeniami. Z kolei te zlokalizowane na zamkniętych parkingach muszą być wyposażone dodatkowe zabezpieczenia z uwagi na ochronę przeciwpożarową [8].

Ponadto, istotne znaczenie ma lokalizacja ładowarki. W miejscu o większym natężeniu ruchu i na otwartej przestrzeni, np. publicznie dostępnym parkingu, stojące stacje ładowania pojazdów elektrycznych trzeba zabezpieczyć przed uszkodzeniem mechanicznym, np. najechaniem samochodem. Stacje zlokalizowane na zewnątrz muszą także charakteryzować się odpowiednią odpornością na warunki atmosferyczne.

Niezależnie od rodzaju, stacje ładowania pojazdów elektrycznych powinny być regularnie serwisowane. Wszelkie badania techniczne i naprawy muszą być przeprowadzane wyłącznie przez osoby przeszkolone i upoważnione do takich czynności [8].

Literatura
1. „Licznik elektromobilności: 1 000 użytkowych samochodów elektrycznych na polskich drogach”, PSPA & PZPM, 2021 Warszawa, www.pzpm.org.pl.
2. Ustawa z dnia 11 stycznia 2018 r. o elektromobilności i paliwach alternatywnych (DzU z 2021 r., poz. 110).
3. „Jak wybrać stację ładowania samochodu elektrycznego? Rodzaje, koszty i przeznaczenie”, AmperGo, https://ampergo.pl.
4. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/94/UE z dnia 22 października 2014 r. w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych (DzUrz UE L 307 z 28.10.2014 r.).
5. Rozporządzenie Ministra Energii z dnia 26 czerwca 2019 r. w sprawie wymagań technicznych dla stacji i punktów ładowania stanowiących element infrastruktury ładowania drogowego transportu publicznego (DzU z 2019 r., poz. 1316).
6. „Stacje i punkty ładowania pojazdów elektrycznych. Przewodnik UDT dla operatorów i użytkowników – zalecane praktyki”, Urząd Dozoru Technicznego, www.cire.pl.
7. „Systemy ładowania”, Urząd Dozoru Technicznego, www.udt.gov.pl.
8. „Instalacja infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych – przewodnik dla mieszkańców”, PSPA, 2020 Warszawa 2020.