Laadprofielen Auto's

Door niekvanprooijen op dinsdag 10 december 2013 11:16 - Reacties (20)
Categorie: -, Views: 5.282

Wat is het laadprofiel van een Elektrische Auto? Met hoeveel vermogen wordt er nou echt geladen? Gaat het vermogen van 100% naar 0 of vlakt dit netjes af? Wat kost het laden van een auto?

Vragen waar we met het onderzoek op de Hanzehogeschool mee zitten. Nauwelijks tot niets over te vinden op internet of andere onderzoeken dus tijd om er zelf mee aan de slag te gaan.

De aanleiding van dit onderzoek is een vraag van het MartiniPlaza in Groningen. Zij hebben momenteel 2 22kW laadpalen staan en willen graag uitbreiden. Het probleem is dat ze niet weten hoe het verloop van het laden er precies uit ziet en dus niet kunnen bepalen of er op de 63A aansluiting nog meer bijgeplaatst kan worden. Vanaf de importeur waren de laadprofielen niet te verkrijgen, dus tijd om te gaan meten. Dit gaan we zowel bij het MartiniPlaza als bij EnTranCe (Energy Transition Centre / Energie onderzoeksproeftuin van de Hanze) doen.

Zowel bij het MartiniPlaza als bij EnTranCe hebben we de beschikking over een 22kW laadpaal (3-fase 400V 32A). Voor beide laadpalen gaan we een meter plaatsen welke weer aangesloten is op een datalogger. De gebruikte meter is de U189A van GMC (deze) waarmee het mogelijk is om de volgende parameters te loggen (tenminste degeen die voor ons van belang zijn. Er kan nog veel meer uit gehaald worden):
  • Spanning per fase
  • Stroom per fase
  • Werkelijk vermogen per fase
  • Blind vermogen per fase
  • Schijnbaar vermogen per fase
  • Power Factor (cos phi) per fase
  • Netfrequentie
  • Opgenomen energie (kWh)
De datalogger verzamelt al deze gegevens waarbij de meetfrequentie instelbaar is. Wij nemen hiervoor 1 meting per minuut. Deze frequentie is aan de hoge kant, maar kan altijd lager gezet worden. Metingen erbij verzinnen doen ze maar ergens anders... :-p

Tot zover de meetinfrastructuur. Nu nog de auto's (en eventueel scooters en fietsen). Het lijstje met auto's die via het lichtnet opgeladen kunnen worden wordt langer en langer:
  • Audi A1 e-tron RE
  • Audi A3 e-tron RE
  • BMW i3 E
  • Chevrolet Volt RE
  • Citroen C-Zero E
  • Ford Focus Electric E
  • Hyundai ix35 Fuel Cell FC
  • Mercedes A-klasse E-cell E
  • Mercedes B-klasse ED E
  • Mini E E
  • Mitsubishi i-Miev E
  • Mitsubishi Outlander PIH
  • Nissan Leaf E
  • Opel Ampera RE
  • Peugeot iOn E
  • Renault Fluence E
  • Renault Kangoo E
  • Renault Twizzy E
  • Renault Zoe E
  • Smart Electric Drive E
  • Tesla Model S E
  • Toyota Prius PIH
  • Volkswagen e-Up! E
  • Volvo C30 Electric E
  • Volvo V60 Plug-in PIH
Een deel hiervan rijdt al rond in Nederland en een deel moet nog uitkomen. E is vol elektrisch, RE is Range Extender, PIH is Plug-in Hybride en FC is Fuel Cell.

Deze auto's (+ alle toekomstige) willen we graag allemaal doormeten. Sterker nog: we willen een openbare database opstellen waar iedereen kan zien wat zijn of haar huidige/toekomstige auto verbruikt tijdens het laden. En wat dit laden kost in euro's.

Bij het gebruik van de auto's komt de samenwerking met Energy Expo om de hoek kijken. Zij hebben met zo goed als alle dealers in Groningen goede contacten om duurzame mobiliteit te promoten. Energy Expo was meteen positief over het project en werkt er nu graag aan mee. Zij kunnen zelf de laadprofielen goed gebruiken bij het geven van advies over laadpalen. De Dealers kunnen hun klanten beter voorlichten met behulp van onafhankelijke en betrouwbare gegevens. Wij zullen zelf de profielen weer gebruiken in andere projecten zoals I-Balance waarbij we het elektriciteitsnet willen balanceren met behulp van het gasnet. Elektrische auto's zullen hierbij een grote invloed hebben vanwege hun korte, maar hoge energievraag.

Wat was begonnen met een simpele vraag van MartiniPlaza (kunnen we van een aantal auto's de laadprofielen bepalen) is nu al snel uitgegroeid tot een groter geheel. Een samenwerkingsverband tussen 3 partijen die graag bij willen dragen aan duurzaamheid met elk hun eigen insteek.

Hoe nu verder?
We beginnen morgen (10-12-2013) met het meten aan een Nissan Leaf. Deze auto kunnen we wat langer gebruiken om de meting (het meetprotocol) op te kunnen zetten. Hiervan zal dan ook eerste het laadprofiel bepaald worden. Hierna volgen de Opel Ampera, Renault Zoe, Renault Kangoo ZE, Toyota Prius PIH, Mitsubishi Outlander en Tesla Model S. Deze laatste wordt doorgemeten bij het MartiniPlaza. Wat daarna komt is nog niet bekend. Energy Expo werkt hard aan de beschikbaarheid van de auto's.
Als er nog iemand is met een via het lichtnet te laden auto en hiervan graag het laadprofiel wil weten, neem gerust contact op via DM of mail.

Volgende: Eerste auto laadt 12-'13 Eerste auto laadt

Reacties


Door Tweakers user snarfj, dinsdag 10 december 2013 13:10

ben benieuwd of de Chevrolet Volt RE en de Opel Ampera RE nog van elkaar verschillen omdat het in feite om dezelfde auto gaat

Door Tweakers user afraca, dinsdag 10 december 2013 13:25

Die GMC-meters lijken me prachtige dingen (vrij prijzig, maar is te verwachten met hun target audience).

Ik ben zeker benieuwd naar de laadprofielen, en hoe erg die onderling uiteenlopen. Elk laadprofiel geeft weer een andere stress op de accu, en dit kan dan weer van invloed zijn op de levensduur. Maar dat is weer een aardige klus op zich, om die relatie duidelijk in kaart te brengen. Succes met de opdracht!

Door Tweakers user Vorlon, dinsdag 10 december 2013 13:40

Is het niet makkelijker om dit op te vragen bij de fabrikant? Dit soort data is wel beschikbaar. Misschien niet voor iedereen, maar een importeur moet dit wel kunnen verkrijgen.

Door Tweakers user Powermage, dinsdag 10 december 2013 13:54

Ik ben overigens wel benieuwd of het laadprofiel iets is wat alleen door de auto word bepaald, ik kan mij voorstellen dat dit ook nog per type lader kan verschillen?

Door Tweakers user bartvl, dinsdag 10 december 2013 14:15

Powermage schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 13:54:
Ik ben overigens wel benieuwd of het laadprofiel iets is wat alleen door de auto word bepaald, ik kan mij voorstellen dat dit ook nog per type lader kan verschillen?
Of afhankelijk van bijvoorbeeld de beschikbaarheid van energie, SmartGrids. Het zou mooi zijn als het inderdaad een samenspel zou zijn tussen wensen van de lader (beschikbaarheid, netbelasting) en de auto (snelheid van opladen, levensduur/kwaliteit accu).

Door Tweakers user niekvanprooijen, dinsdag 10 december 2013 14:34

bartvl schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 14:15:
[...]

Of afhankelijk van bijvoorbeeld de beschikbaarheid van energie, SmartGrids. Het zou mooi zijn als het inderdaad een samenspel zou zijn tussen wensen van de lader (beschikbaarheid, netbelasting) en de auto (snelheid van opladen, levensduur/kwaliteit accu).
Dit zou best te realiseren moeten zijn. Hier staat de 'communicatie beschreven. Met een pwm signaal wordt aan de auto doorgegeven met hoeveel vermogen geladen mag worden. Dit is natuurlijk eenvoudig bestuurd worden in een smart grid. Goed idee van je!

Door Tweakers user niekvanprooijen, dinsdag 10 december 2013 14:37

Vorlon schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 13:40:
Is het niet makkelijker om dit op te vragen bij de fabrikant? Dit soort data is wel beschikbaar. Misschien niet voor iedereen, maar een importeur moet dit wel kunnen verkrijgen.
Het is geprobeerd, maar niet gelukt. Daarnaast werkt ik liever met data waarvan we precies weten wat de mogelijke afwijkingen zijn en de condities waren waarin gemeten is. Beetje hetzelfde verhaal als een fabrikant die opgeeft dat je 300km kan rijden op een volle accu, maar wat in de realiteit niet mogelijk is.

Door Tweakers user elleP, dinsdag 10 december 2013 15:38

Hoe veel van die auto's kunnen daadwerkelijk 22kW laden?
Volgens mij zijn dat alleen maar de Zoe en de Model S, de meeste plug-ins hebben een dusdanig kleine accu dat het niet de moeite is, maar zelfs de Leaf heeft maar een 16A, 3.6kW, een fase on-board lader.

Door Tweakers user niekvanprooijen, dinsdag 10 december 2013 15:58

elleP schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 15:38:
Hoe veel van die auto's kunnen daadwerkelijk 22kW laden?
Volgens mij zijn dat alleen maar de Zoe en de Model S, de meeste plug-ins hebben een dusdanig kleine accu dat het niet de moeite is, maar zelfs de Leaf heeft maar een 16A, 3.6kW, een fase on-board lader.
Dit is inderdaad 1 van de vele vragen.
p.s. de nieuwe versie van de Leaf kan wel op 22kW laden, en de oudere versie kon volgens mij op 11kW. Dit weet ik niet helemaal zeker.

Door Tweakers user hugoy, dinsdag 10 december 2013 18:01

En in hoeverre worden de resultaten gepubliceerd? Ik kan me voorstellen dat er partijen zijn die hiervoor betalen die het liever niet voor iedereen beschikbaar stellen, of is hier geen sprake van?

Door Tweakers user niekvanprooijen, dinsdag 10 december 2013 18:13

hugoy schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 18:01:
En in hoeverre worden de resultaten gepubliceerd? Ik kan me voorstellen dat er partijen zijn die hiervoor betalen die het liever niet voor iedereen beschikbaar stellen, of is hier geen sprake van?
Alle profielen worden gepubliceerd. Er wordt niet voor betaald, maar we doen het samen. MartiniPlaza heeft geen financieel belang in dit onderzoek en de Hanze en Energy Expo zijn stichtingen.

Door Tweakers user hugoy, dinsdag 10 december 2013 19:24

Top! Ik hou zeker het onderzoek in de gaten dan :)

Door Tweakers user mux, dinsdag 10 december 2013 19:29

(komende vanuit deze tak van sport):

Laadprofielen worden bepaald door zowel de laadpaal als de auto als allerlei andere omstandigheden. Er is niet ťťn laadprofiel, en het is ook niet echt haalbaar om deze profielen te 'meten'.

Allereerst: alle batterij-elektrische auto's hebben de lader ingebouwd in de auto. Er zijn afgezien van een paar oldtimers geen auto's meer waar de laadpaal letterlijk 'laadt'. Het enige wat de laadpaal doet is zeggen hoeveel vermogen de auto mag opnemen. Dit wordt ofwel met een seriŽle communicatielink (RS485 of CAN), ofwel met een PWM-signaal gedaan waarbij de duty cycle het maximumvermogen aangeeft. De auto kan vervolgens alles *tot* dit maximum opnemen, maar hoeft dat niet.

In principe zal een auto die niet helemaal vol zit altijd proberen zo snel mogelijk te laden. Dit omdat het laadvermogen bijna nooit beperkt wordt door de batterij zelf, maar door het beschikbare vermogen. De batterijen in auto's zijn in de orde 20-50kWh, en zelfs met een 22kW laadpaal kost het alsnog minstens een uur om de batterij op te laden - veel langer dan strikt noodzakelijk is vanuit het oogpunt van de batterijchemie. Moderne li-ion accu's, zeker het type dat in auto's wordt gebruikt, kunnen gemakkelijk in 15-25min opgeladen worden.

Je verwacht dus dat de auto simpelweg met het maximum beschikbare vermogen zal opladen. Dit gaat op voor veruit het grootste deel van de laadtijd, met uitzondering van het laatste beetje. Als de batterij bijna helemaal vol is wordt overgeschakeld van 'constant current' naar 'constant voltage'-modus, en gaat de laadstroom langzaam omlaag. Dit gebeurt in ongeveer de laatste 3-5% van het laden.

Onder ideale omstandigheden verwacht je dus als laadpatroon bij onbeperkt aanbod vanuit de laadpaal: 95% van de batterijcapaciteit lang max vermogen, en daarna ruwweg lineair omlaag totdat de stroom wordt afgekapt.

Nu komen echter de grillen. Laadpalen zijn meestal groepsgereguleerd. Er staan er vrijwel altijd een hele zoot naast elkaar en die moeten allemaal een beperkt ingangsvermogen delen. Hoe meer auto's er staan, des te minder vermogen per auto is beschikbaar. Daarnaast zijn een hele hoop laadpalen steeds meer gericht op 'slim laden' vanuit een smart grid of vanuit persoonlijke voorkeur. Bedrijven als Cohere, Epyon, Innosys en EnergyGO zijn allemaal bezig met het slimmer sturen van laadstroom aan de hand van bijvoorbeeld opbrengsten uit naastliggende zonnecellen, de noodzaak om snel of langzaam op te laden (als je bijvoorbeeld de auto maar kort hebt staan vs. een hele nacht of een heel weekend) en er zijn zelfs al laadpalen die je met parkeerapps kunt laten praten, zodat je voor een vast bedrag of voor een vaste hoeveelheid tijd kunt laden als je je auto ergens in een stad parkeert.

Daarnaast zijn er nog wat technologische zaken die roet in het eten gooien. Een aantal auto's gebruikt zeer heterogene batterijen, dat wil zeggen batterijen met extreem veel individuele li-ion cellen (bijv. Tesla). Deze moeten relatief vaak gebalanced worden, en balancers hebben doorgaans een veel lagere capaciteit dan de laadstroom. Zo kan het gebeuren dat tijdens het laden in het 95%-gebied opeens een aantal cellen uit balans raakt en gebalanced moet worden. Het BMS (battery management system) vertelt dan de lader om tijdelijk langzamer te laden totdat de onbalans tussen de cellen is opgelost.

Ook zijn er wat mitsen en maren bij lage en in sommige auto's hoge temperaturen. Om de batterij te beschermen en betere prestaties eruit te trekken wordt de batterij soms ook tijdens parkeren verhit of actief gekoeld, direct uit de laadpaal. Zo lijkt het alsof auto's andere laadkarakteristieken hebben puur omdat af en toe een airco of verwarming aanslaat.

Kortom, dit is geen onderwerp waarbij je gewoon maar een meter ergens tussen kunt kwakken, ťťn of twee keer een auto kunt laden en zeggen 'dit is het laadprofiel'. Ja, het is het laadprofiel onder jouw omstandigheden, maar het is geen realistisch laadprofiel dat geldt voor auto's in dagelijks gebruik. Een gigantisch aandeel van de laadpalen in Nederland is neergezet door bedrijven die digitaal en aanbodgestuurd laden ondersteunen en zeker nu in de wintermaanden zul je de invloed van balancers en batterijverwarmingen er ook uit moeten filteren in je meetresultaten.

Door Tweakers user Jorn1986, dinsdag 10 december 2013 20:05

mux schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 19:29:

Kortom, dit is geen onderwerp waarbij je gewoon maar een meter ergens tussen kunt kwakken, ťťn of twee keer een auto kunt laden en zeggen 'dit is het laadprofiel'. Ja, het is het laadprofiel onder jouw omstandigheden, maar het is geen realistisch laadprofiel dat geldt voor auto's in dagelijks gebruik. Een gigantisch aandeel van de laadpalen in Nederland is neergezet door bedrijven die digitaal en aanbodgestuurd laden ondersteunen en zeker nu in de wintermaanden zul je de invloed van balancers en batterijverwarmingen er ook uit moeten filteren in je meetresultaten.
Dus: als je nou eens meerdere metingen doet dan, en het "uiterste" er uit pakt, dan zou je altijd goed zitten voor het project van de gemeente waar hij nu aan werkt?
Meerdere metingen in de zomer, winter, accu's met verschillende niveau's (van helemaal leeg t/m 80% vol)?

Door Tweakers user niekvanprooijen, dinsdag 10 december 2013 20:31

Jorn1986 schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 20:05:
[...]


Dus: als je nou eens meerdere metingen doet dan, en het "uiterste" er uit pakt, dan zou je altijd goed zitten voor het project van de gemeente waar hij nu aan werkt?
Meerdere metingen in de zomer, winter, accu's met verschillende niveau's (van helemaal leeg t/m 80% vol)?
Hoe kom je nou bij de Gemeente? Die zijn hier niet bij betrokken. Maar je zou het uiterste kunnen pakken, het gemiddelde, het realistische, het minimale... Afhankelijk van de situatie kies je waar mogelijk de juiste.

Idealiter zouden we inderdaad onder zoveel mogelijk verschillende omstandigheden metingen doen, maar dit is echter weer niet zo realistisch (tenzij alle importeurs ons voor een jaar een compleet wagenpark beschikbaar stellen, waar ik dan wel weer volledig achter sta natuurlijk :+).

Bij zowel het MartiniPlaza als op EnTranCe maken we gebruik van een paal van EV-Box. Deze zijn beiden geschikt voor 22kW, maar zijn ook lager in te stellen. Wat Mux zegt, is inderdaad waar. Ze kunnen met elkaar communiceren en ervoor zorgen dat ze gezamenlijk onder een ingesteld maximum blijven. Het is echter de vraag of dit zo vriendelijk is voor de gebruiker. Je kan uitgaan van een bepaalde laadtijd bij het aankoppelen van je auto. Om er bij vertrek achter te komen dat de accu nog maar halfvol is, is niet fijn. Misschien een mooi onderzoek voor de opleiding Human Technology. Een voordeel voor ons dan weer is dat we het laadvermogen lager in kunnen stellen om zo wat over de efficiŽntie te weten te komen. Een lagere stroom zou een hogere efficiŽntie moeten geven waardoor een laadbeurt wat minder kost.

@Mux, bedankt voor je input. Goede punten. Hier staat ook al iets over de Tesla S waar jij het over hebt. Hier zie je dus geen uitvlakking, maar een plotse uitschakeling. Dit soort dingen zijn voor het MartiniPlaza weer interessant. Zoals ik hierboven aangaf zouden we inderdaad het liefst onder verschillende omstandigheden meten, maar ik ben het niet met je eens dat een meting nu een onrealistisch beeld geeft voor de eindgebruiker. Een afwijking onder verschillende omstandigheden is niet erg, als het maar wel bekend is en rekening mee gehouden kan worden. Ik vraag me af wat de afwijking zal zijn tussen laden in de winter en zomer en hoop dit er ook uit te kunnen halen.
P.s. We hebben enige ervaring met Lithium technologie door de bouw van 3 zonneboten voorzien van dit soort accu's.

Iets anders is het rijbereik in de verschillende seizoenen. Dit valt nu nog buiten de scope, maar het zou super zijn om dit er wel bij te betrekken.

P.p.s. Niet haalbaar is een uitdaging

Door Tweakers user stegen, dinsdag 10 december 2013 23:09

Voor de Tesla Roadster (die ik overigens mis in bovenstaande lijst) zijn uitgebreide metingen gedaan door Tom Saxton:

http://www.saxton.org/tom...dster-charging-rates.html

Zie ook zijn laatste update m.b.t. een open source Charge Time Predictor, gebaseerd op anonieme data van OVMS (www.openvehicles.com) gebruikers.
http://www.saxton.org/tom_saxton/2013/12/roadster-ctp.html
Om er bij vertrek achter te komen dat de accu nog maar halfvol is, is niet fijn.
Da's inderdaad niet fijn, was ook precies de reden waarom ik een stukje hardware ontwikkelde om van de Roadster te weten wat de SOC is, en of hij nog aan het laden is.
http://www.teslamotorsclu...ell-phone-app-hardware%29

Momenteel hebben vrijwel alle merken een App, of kan m.b.v.. een OVMS module geschikt gemaakt worden voor monitoring.

Een lager laadvermogen geeft niet per definitie een hogere efficiŽntie. , zie Tom Saxtons blog

[Reactie gewijzigd op dinsdag 10 december 2013 23:10]


Door Tweakers user elleP, woensdag 11 december 2013 09:13

De Tesla Roadster heeft ook nog een hele leuke eigenschap, het is namelijk een (max) 70A enkelfase lader. Dus op een 22kW driefase puntje kan 'ie als nog maar met 7kW laden.

Overigens werk ik zelf bij ABB (vroegah Epyon) aan 50+kW DC laders, vandaar mijn interesse voor dit topic.

Door Tweakers user niekvanprooijen, woensdag 11 december 2013 10:29

elleP schreef op woensdag 11 december 2013 @ 09:13:
De Tesla Roadster heeft ook nog een hele leuke eigenschap, het is namelijk een (max) 70A enkelfase lader. Dus op een 22kW driefase puntje kan 'ie als nog maar met 7kW laden.

Overigens werk ik zelf bij ABB (vroegah Epyon) aan 50+kW DC laders, vandaar mijn interesse voor dit topic.
Ook weer een interessant punt. Hoe werken de laders van de verschillende auto's? Enkel fase, 3-fase, maximale stroom, maximale spanning, etc. Leuk!

Wij werken nu eerst alleen met de 22kW (dus max 32A per fase), maar zouden zeker ook geinteresseerd zijn in het DC-laden. Mede ook door de het binnenkort aanwezige 15kW voor onderzoek beschikbare zonnedak. Hier kunnen hele mooie proeven mee gedaan worden lijkt me.

Daarnaast hebben we ook nog 8 SOFC (Solid Oxyde Fuel Cells. Van CFCL) staan die nu ingezet worden voor een onderzoek, maar daarna ook goed gebruikt kunnen worden voor het laden van auto's. Dit is in totaal 16kW aan vermogen (2kW per stuk). De combinatie van deze brandstofcellen met het zonnedak zou het plaatje compleet maken! Misschien dat ABB hier ook wel geÔnteresseerd in is?

Door Tweakers user mashell, woensdag 11 december 2013 11:36

mux geeft hier waardevolle input. Je moet ook rekening mee houden dat de wat slimmere auto's (bijvoorbeeld eUp!) zelf bepalen hoe en wanneer er geladen worden. Je kunt instellen op welk tijdstip de batterij voor een bepaalde percentage/reikwijdte gevuld moet zijn. Dan nog bepaalde tijden waarop je bijvoorbeeld nachtstroom hebt. De communicatie met de laadpaal/station is maar zeer beperkt, hoeveel stroom kan die leveren en hoeveel kan de auto aan.
Er wordt een beetje veel gekeken naar het laadvraagstuk vanuit smartgrids en netcapaciteit terwijl voor de gebruiker maar 1 ding telt, als ik morgenvroeg naar mijn werk moet dan moet de batterij vol genoeg zijn. Lastig is dat de gebruiker zijn wensen helemaal niet via de auto, het laadstation aan het net kan mededelen. Daarom denk ik dat zolang de reikwijdte van elektrische auto's nog beperkt is we het laadproces zoveel mogelijk vanuit de auto moeten coŲrdineren.
Ik ben bang dat de smartgrids vooral gaan dienen als middel om investeringen in uitbreiding van de netcapaciteit niet te hoeven doen. Dat kan er toe leiden dat de gebruiker er niet zeker van kan zijn dat s'ochtends zijn auto voldoende geladen is. En dat is iets wat de doodsteek voor het elektrisch rijden zal kunnen zijn.

Door Tweakers user fl1p, donderdag 12 december 2013 13:10

Schitterend initiatief! Ik ben benieuwd naar de resultaten van de onderzoeken :)

Reageren is niet meer mogelijk