La gestione dinamica dei carichi per la ricarica dei veicoli elettrici misura il carico reale del sito al suo punto di connessione alla rete, di solito per fase e a intervalli di pochi secondi, e assegna ai punti di ricarica la capacità libera in quel momento. Mantiene i punti di ricarica, insieme a tutte le altre utenze del sito, entro la corrente che la connessione può sopportare. Uno schema statico assegna invece al gruppo di ricarica una quota che non cambia mai. In entrambi i casi i punti di ricarica vengono limitati, sospesi o condivisi, invece di far intervenire la protezione generale o di superare la potenza impegnata della connessione.
La gestione dei carichi è ciò che permette a un parcheggio di far funzionare otto punti di ricarica da 22 kW su una fornitura che, accanto a un edificio con molti carichi, non potrebbe alimentarne nemmeno due a piena potenza. Non crea capacità. Sposta la ricarica nella capacità che non viene usata.
Gestione statica e dinamica dei carichi
| Gestione statica dei carichi | Gestione dinamica dei carichi | |
|---|---|---|
| Quota per la ricarica | Fissa, definita in progetto | Ricalcolata di continuo dal carico misurato del sito |
| Dimensionata per | Il caso peggiore dell'edificio | Il carico reale dell'edificio in ogni momento |
| Serve un contatore al punto di connessione | No | Sì, per fase |
| Capacità usata quando l'edificio consuma poco | Nulla della capacità libera | Tutta la capacità libera, meno un margine di sicurezza |
| Cosa può andare storto | Poca ricarica per la maggior parte del tempo | Una misura vecchia o errata fa superare al sito il suo limite |
La gestione statica è un limite di gruppo: i punti di ricarica si dividono, per esempio, 32 A per fase, qualunque cosa faccia l'edificio. Un punto di ricarica master o la piattaforma di ricarica ripartisce la quota tra i veicoli collegati. È semplice e non richiede misure fuori dal gruppo di ricarica, ma la quota deve stare nella potenza massima assorbita dall'edificio: è quindi piccola proprio quando l'edificio consuma poco e i veicoli potrebbero assorbire di più.
La gestione dinamica aggiunge un contatore al punto di connessione. Il gestore dei carichi lo legge, sottrae il carico dell'edificio dalla capacità utilizzabile e assegna il resto ai punti di ricarica. Un punto di ricarica descritto con "gestione dinamica dei carichi" di solito sa leggere tale contatore direttamente o tramite la sua unità master.
Come funziona la gestione dinamica dei carichi
Ogni ciclo di controllo esegue gli stessi quattro passi:
- Misurare la corrente di ogni fase al punto di connessione del sito, con il prelievo positivo e l'esportazione negativa. Il contatore deve vedere tutto ciò che sta dietro la connessione, compresi i punti di ricarica.
- Sottrarre la corrente dei punti di ricarica, che il gestore dei carichi conosce dai loro contatori o dai limiti inviati, per ottenere il carico dell'edificio per fase.
- Calcolare la capacità disponibile per fase: capacità utilizzabile meno carico dell'edificio. La capacità utilizzabile è la potenza della connessione meno un margine di sicurezza.
- Assegnare la capacità disponibile ai veicoli collegati e inviare a ogni punto di ricarica il nuovo limite.
La regola di assegnazione decide chi ricarica:
| Regola | Come divide la capacità disponibile | Adatta a |
|---|---|---|
| Ripartizione uguale | La stessa corrente per ogni veicolo che può ricevere almeno 6 A | Parcheggi per dipendenti e visitatori |
| Ordine di arrivo | Corrente piena in ordine di arrivo fino a esaurire la capacità disponibile | Pochi punti di ricarica, soste brevi |
| Priorità | Prima veicoli o punti di ricarica indicati, gli altri si dividono il resto | Flotte con orari di partenza |
| Rotazione | Sospende alcune sessioni e le alterna dopo un tempo fissato quando non ci sono 6 A per tutti | Molti veicoli su una fornitura piccola |
| Per fase | Ogni fase assegnata separatamente, i veicoli monofase sulla fase meno carica | Veicoli monofase e trifase insieme |
I vincoli che determinano l'assegnazione
La soglia minima di 6 A
Un punto di ricarica in CA comunica all'auto quanta corrente può assorbire tramite il segnale pilota IEC 61851-1. La corrente più bassa che il segnale può indicare è 6 A per fase. A 230 V sono 1,38 kW su una fase e 4,14 kW su tre. Sotto i 6 A, l'unico modo per ridurre ancora un'auto è sospenderla. Un gestore dei carichi quindi non divide mai la capacità disponibile in quote inferiori a 6 A: decide quanti veicoli possono ricaricare e poi la divide tra questi.
Alcuni veicoli chiudono la sessione, o richiedono di ricollegare il cavo, dopo una lunga sospensione. Provate sospensione e ripresa con i veicoli che useranno davvero il sito.
Fasi e veicoli monofase
Un veicolo trifase su un punto di ricarica trifase assorbe la stessa corrente su ogni fase, quindi la fase più carica fissa il limite di tutte e tre. Un veicolo monofase assorbe su una sola fase. Se ogni punto di ricarica porta la sua alimentazione monofase su L1, un parcheggio pieno di veicoli monofase carica solo L1 mentre L2 e L3 restano inutilizzate. Gli installatori ruotano quindi l'ordine delle fasi da un punto di ricarica al successivo (L1-L2-L3, poi L2-L3-L1, poi L3-L1-L2) per distribuire i veicoli monofase sulle tre. Un gestore dei carichi per fase deve allora sapere su quale fase si trova il primo conduttore di ogni punto di ricarica.
Calcolate sempre la capacità disponibile per fase, con il calcolatore di potenza trifase o il convertitore da kW a amp per passare da kW ad ampere. Una capacità disponibile in kW sommata sulle tre fasi nasconde la fase già piena.
Esportazione fotovoltaica
Se il sito ha un impianto fotovoltaico, la corrente al punto di connessione può essere negativa: il sito esporta. La gestione dinamica può contare questa esportazione come capacità disponibile e ricaricare con il surplus solare. Un veicolo ha bisogno di almeno 1,38 kW di surplus per ricaricare su una fase, o di 4,14 kW su tre, prima che la soglia di 6 A gli permetta di partire. I punti di ricarica che commutano tra ricarica monofase e trifase usano la soglia più bassa nelle giornate nuvolose. La guida all'autoconsumo fotovoltaico spiega come misurare l'esportazione così utilizzata.
Tempo di ciclo e margine di sicurezza
Il gestore dei carichi reagisce solo alla velocità del suo passo più lento: l'intervallo di aggiornamento del contatore, il calcolo, il comando al punto di ricarica, la sua applicazione e l'auto che segue il nuovo segnale pilota. Mentre il ciclo si aggiorna, l'edificio può aggiungere carico. Dimensionate il margine di sicurezza per coprire il gradino di carico più grande che il sito può avere in un ciclo: se il ciclo dura 30 s e un compressore da 40 A può avviarsi in quel tempo, il margine di sicurezza è di almeno 40 A. Misurate il ciclo in fase di messa in servizio abbassando il limite a gradino e cronometrando la discesa sul contatore del punto di ricarica.
Esempio di calcolo: otto veicoli su una fornitura da 100 A
Un'azienda ha una fornitura trifase a 400 V con una potenza di connessione di 100 A per fase (69 kW a 230 V di tensione di fase). Il gestore dei carichi mantiene un margine di sicurezza del 10 %, quindi sono utilizzabili 90 A per fase. Controlla otto punti di ricarica da 22 kW, ciascuno da 32 A per fase.
Alle 11:00 l'edificio assorbe 55 A su L1, la sua fase più carica. La capacità disponibile è 90 − 55 = 35 A per fase, circa 24,15 kW.
| Assegnazione | Veicoli in ricarica | Corrente per veicolo | Potenza per veicolo | Sospesi |
|---|---|---|---|---|
| Corrente piena | 1 | 32 A | 22,08 kW | 7 |
| Ripartizione uguale tra tutti e otto | 0 | 35 ÷ 8 = 4,375 A, sotto 6 A | non consentita | 8 |
| Ripartizione uguale tra quanti arrivano a 6 A | 5 (35 ÷ 6 = 5,8, arrotondato per difetto) | 35 ÷ 5 = 7 A | 4,83 kW | 3 |
| Priorità: un furgone di flotta a 16 A, gli altri si dividono il resto | 1 + 3 | 16 A, poi 19 ÷ 3 = 6,33 A | 11,04 kW, poi 4,37 kW | 4 |
La ripartizione uguale tra tutti e otto i veicoli non è possibile: 4,375 A è sotto la soglia di 6 A. Il gestore dei carichi deve decidere quanti veicoli ricaricano. Cinque veicoli a 7 A usano tutti i 35 A; gli altri tre aspettano o subentrano quando una sessione termina.
Alle 22:00 l'edificio assorbe 20 A. La capacità disponibile è di 70 A per fase, e 70 ÷ 8 = 8,75 A per veicolo: tutti e otto i veicoli ricaricano a 6,04 kW ciascuno, 48,3 kW in totale.
Con la gestione statica la quota deve stare nella potenza massima dell'edificio. Se questa è di 75 A per fase, i punti di ricarica ricevono 90 − 75 = 15 A per fase a ogni ora: due veicoli a 7,5 A, 10,35 kW in totale. In una notte di dieci ore sono 103,5 kWh, contro 483 kWh con la gestione dinamica con la capacità disponibile delle 22:00.
Il calcolatore della capacità di ricarica ripete il conteggio dei punti di ricarica a piena potenza ora per ora. Sono lo stesso sito e gli stessi punti di ricarica, con il carico dell'edificio in kW per ogni ora dalle 07:00 alle 14:00 (ogni ampere per fase vale 0,69 kW, quindi il valore di 37,95 kW delle 11:00 è il caso da 55 A visto sopra):
Il calcolatore conta solo i punti di ricarica a piena potenza. La corrente condivisa sotto i 32 A, la soglia di 6 A e l'equilibrio delle fasi spettano al gestore dei carichi, come nella tabella sopra.
Quando si perde la misura o il collegamento
La gestione dinamica dei carichi dipende da tre collegamenti: contatore verso gestore dei carichi, gestore verso punti di ricarica e punto di ricarica verso veicolo. Ognuno deve avere un comportamento definito quando si interrompe.
- Lettura del contatore persa o vecchia. Il gestore dei carichi deve smettere di usare l'ultimo valore oltre un'età stabilita e tornare a un limite sicuro con l'edificio alla potenza massima. Nell'esempio sono i 15 A per fase dello schema statico.
- Il punto di ricarica perde il gestore dei carichi. Un punto di ricarica che mantiene il suo ultimo limite alto può sovraccaricare il sito quando il carico dell'edificio sale. Con OCPP, il ripiego si costruisce con profili di ricarica memorizzati, come un TxDefaultProfile basso sotto un profilo dinamico di breve durata. La guida OCPP spiega le regole dei profili e come provarle. I punti di ricarica controllati via Modbus TCP hanno spesso una corrente di sicurezza definita dal costruttore, applicata quando il setpoint non viene rinnovato in tempo: leggete la documentazione del punto di ricarica e provatela.
- Il veicolo non segue. Il contatore del punto di ricarica mostra se il veicolo ha davvero ridotto la corrente. Un gestore dei carichi che si fida dei propri comandi senza leggere il risultato non vede un veicolo che ignora il segnale pilota.
Tenete la misura e il calcolo della capacità disponibile sul sito. Una piattaforma cloud può pianificare e fatturare, ma una decisione che deve proteggere l'interruttore generale in pochi secondi non dovrebbe dipendere da un viaggio di andata e ritorno su Internet. Se la piattaforma di ricarica è nel cloud, deve ricevere la capacità disponibile con la sua età e applicare un ripiego quando il valore è troppo vecchio.
Le norme che richiedono una ricarica controllabile
In Gran Bretagna, le Electric Vehicles (Smart Charge Points) Regulations 2021 si applicano ai punti di ricarica venduti per abitazioni e luoghi di lavoro dal 30 giugno 2022; sono esclusi i punti di ricarica pubblici e quelli rapidi da 50 kW o più. Un punto di ricarica deve poter cambiare potenza o orario di ricarica in risposta a segnali, deve restare in grado di ricaricare se perde la connessione di rete e deve applicare nel funzionamento normale un ritardo casuale fino a 600 s (deve poter arrivare a 1.800 s). Le sue ore di ricarica predefinite devono cadere fuori dalle ore di punta, dalle 8:00 alle 11:00 e dalle 16:00 alle 22:00 nei giorni feriali, e il proprietario può modificarle.
In Germania, secondo il § 14a EnWG e la delibera BK6-22-300 della Bundesnetzagentur, una wallbox oltre 4,2 kW messa in servizio dal 1° gennaio 2024 deve accettare una riduzione da parte del gestore di rete, che può limitarla a non meno di 4,2 kW. Su una wallbox da 11 kW sono 6,1 A per fase, in pratica 6 A. Un sito con più apparecchi controllabili può ricevere il limite del gestore di rete tramite un sistema di gestione dell'energia, che lo ripartisce tra di essi. La guida al § 14a EnWG riporta la formula della potenza minima.
Nell'UE, l'articolo 14, paragrafo 1, della rifusione della direttiva sulla prestazione energetica nell'edilizia, la direttiva (UE) 2024/1275, riguarda i nuovi edifici non residenziali con più di cinque posti auto e quelli sottoposti a ristrutturazione importante. Devono avere almeno un punto di ricarica ogni cinque posti (uno ogni due negli edifici adibiti a uffici), il precablaggio di almeno il 50 % dei posti e le canalizzazioni per i restanti. Precablaggio e canalizzazioni vanno dimensionati per consentire l'uso simultaneo dei punti di ricarica richiesti e, se del caso, per supportare un sistema di gestione dei carichi o della ricarica, nella misura in cui ciò sia tecnicamente ed economicamente fattibile e giustificabile. L'articolo 14, paragrafo 6, richiede che i punti di ricarica siano in grado di effettuare la ricarica intelligente e, se del caso, la ricarica bidirezionale. Il recepimento nazionale fissa i dettagli.
La gestione dei carichi cambia anche la bolletta. Un sito con una quota potenza può contenere il suo picco mensile mantenendo i punti di ricarica sotto un obiettivo invece che sotto la potenza di connessione: vedi peak shaving e spostamento dei carichi. Le flotte che spostano la ricarica nelle ore convenienti, o vendono questa flessibilità, usano lo stesso controllo, descritto in i veicoli elettrici come asset della rete.
Il ruolo di EpiSensor
EpiSensor misura il sito che i punti di ricarica condividono. Un monitor elettrico ZEM al punto di connessione alla rete misura corrente e potenza per fase, e un secondo ZEM sul quadro dei punti di ricarica separa il carico di ricarica da quello dell'edificio. Edge sul Gateway calcola la capacità disponibile dalla fase più carica, con la sua età, sul sito e senza passare dal cloud.
Edge non è un sistema di gestione dei punti di ricarica e non usa OCPP. Pubblica la capacità disponibile via MQTT, HTTP o Modbus TCP. Quando un punto di ricarica o la sua unità di gestione dei carichi accetta un limite di corrente via Modbus, un'automazione di Edge può scrivere direttamente il limite; il timeout proprio del punto di ricarica fornisce allora il ripiego. Altrimenti la piattaforma di ricarica o il gestore dei carichi dei punti di ricarica legge la capacità disponibile e la applica. Prima di sceglierne uno, verificate che accetti un limite esterno del sito (in kW o in ampere per fase), con quale frequenza lo legge, cosa fa quando il valore è vecchio e come gestisce una capacità disponibile inferiore a 6 A per veicolo in attesa. L'applicazione per la gestione del carico di ricarica dei veicoli elettrici descrive in dettaglio contatori, calcolo e passaggio dei dati.
Domande frequenti
Cos'è la gestione dinamica dei carichi?
Una gestione dei carichi che misura il carico reale del sito al punto di connessione, di solito per fase, e assegna ai punti di ricarica la differenza tra la capacità utilizzabile e quel carico. Il limite dei punti di ricarica sale quando l'edificio consuma poco e scende quando è molto carico. La gestione statica assegna ai punti di ricarica un limite fisso che non cambia mai.
Cos'è la gestione dei carichi per la ricarica dei veicoli elettrici?
Una funzione di controllo che mantiene i punti di ricarica, insieme a tutto il resto del sito, entro la corrente che la connessione alla rete può sopportare. Riduce la corrente di ricarica, sospende sessioni o divide la corrente disponibile tra i punti di ricarica, così un sito può installare più punti di ricarica di quanti la connessione potrebbe alimentare contemporaneamente a piena potenza.
Qual è la differenza tra gestione statica e dinamica dei carichi?
La gestione statica divide tra i punti di ricarica una quota fissa, definita in progetto per il caso peggiore dell'edificio. Non richiede un contatore al punto di connessione, ma lascia capacità inutilizzata per la maggior parte del tempo. La gestione dinamica misura l'edificio di continuo e usa la capacità davvero libera: la stessa connessione ricarica più veicoli, ma dipende da quella misura e dal suo ciclo di controllo.
Serve la gestione dei carichi per i punti di ricarica?
Serve quando i punti di ricarica a piena potenza, sommati al picco del sito, supererebbero la capacità della connessione o la protezione generale. Otto punti di ricarica da 22 kW assorbono 256 A per fase, che nessuna fornitura da 100 A può dare. Se la connessione ha capacità libera per tutti i punti di ricarica a piena potenza nel momento di massimo carico del sito, la gestione dei carichi è facoltativa, anche se un gestore di rete o una norma come il § 14a EnWG può richiedere un punto di ricarica controllabile.
Qual è la corrente minima di ricarica di un punto di ricarica in CA?
6 A per fase. Il segnale pilota IEC 61851-1 non può indicare di meno, cioè circa 1,4 kW su una fase e 4,1 kW su tre a 230 V. Un gestore dei carichi che non può dare almeno 6 A a un veicolo deve sospendere quella sessione.
Come funziona la gestione dei carichi con una sola wallbox in casa?
Allo stesso modo, con un solo punto di ricarica. Un contatore o un sensore di corrente sulla fornitura dell'abitazione ne misura il carico, e la wallbox riduce la corrente quando sono accesi piano cottura, pompa di calore o scaldacqua, così l'interruttore generale non scatta. In Germania una wallbox oltre 4,2 kW installata dal 2024 deve inoltre accettare la riduzione del gestore di rete secondo il § 14a EnWG.