Ontwerp DC-snellaadsysteem voor elektrische voertuigen

Dag iedereen.

Als masterproef in het laatste jaar van mijn opleiding tot industrieel ingenieur elektromechanica (KU Leuven) ontwikkel/ontwerp ik een DC-snellaadsysteem voor EV's. Het bedrijf waarbij ik aan de slag ben ontwikkelt, construeert en verkoopt al eigen AC-laadsystemen, maar door de stijging in marktaandeel van EV's willen ze nu ook eigen DC-systemen aanbieden, waarvoor ik dus ingeschakeld ben.

Mijn vraag hierbij situeert zich echter op het gebied van veiligheid. Ik weet niet juist welke type veiligheden ik exact in mijn circuit en installatie moet verwerken en op welke plaats ze moeten staan.

Zelf denk ik aan aardlekautomaten (type B aangezien het om DC gaat), een noodstop, DC-contactoren (met mechanisch gedwongen contacten).
Heb ik dan iets belangrijk gemist? En is er specifieke informatie over waar deze beveiligingen best staan?

Is er iemand die hier kennis van heeft en mij wat advies kan verschaffen en/of de juiste richting kan uitsturen?

Een klein beginnetje: https://en.wikipedia.org/wiki/IEC_61851

Dag @elmowww. Bedankt voor je reactie!
Deze protocollen, verschillen, mogelijkheden en allerhande toebehoren staan rijkelijk beschreven in mijn literatuurstudie. Ik had zelf ook heel graag deel 23 van de IEC norm over elektrische voertuigen gelezen, maar het probleem met deze IEC norm is echter dat ik deze nergens kan verkrijgen zonder ervoor te betalen (om en bij de 400 euro). Wat voor mij als student uiteraard een no-go is.

Als student mag je die vaak gratisch downloaden, zo heb ik nog wel eens de ISO/IEC 14443A gedownload.

Ik weet even niet meer precies hoe dat ging, iets met student code en school e-mailadres. Op jouw opleiding kunnen ze er vast mee helpen.

[Bericht gewijzigd door hardbass op (41%)]

Beste @hardbass
Dit klopt inderdaad, via onze onderwijsinstelling hebben wij toegang tot een normen portaal, dit loopt over myNBN, een specifiek portaal voor studenten. Echter zitten niet alle normen hierin, waaronder dus ook diegene die ik eigenlijk graag zou bekomen.

Je doet dit voor een bedrijf, kan dat bedrijf daar niet voor zorgen. Het is ook in hun belang en misschien hebben ze al zoiets.

Psssst:

https://www.evs.ee/en/evs-en-61851-23-2014

Als dit voor een opdracht is kun je denk ik ook prima zelf regels 'bedenken', met een verwijzing naar 'dient te worden uitgevoerd volgens <regelgeving>' en in de toelichting uitleggen dat je hier geen toegang toe hebt.

Als het voor een bedrijf is.. dan is die 400 euro gewoon declarabel lijkt me.

Alleen zou ik eerder verwachten dat je als beginner dan meeloopt in het ontwerpteam, gezien de vragen is dat denk ik geen slecht idee.

Ik zou een lijst maken van dingen die fout zouden kunnen gaan, en dan bedenken hoe je dat zou kunnen voorkomen. Je zou een FMEA en/of een FTA kunnen opstellen.

Ik zal je even een stukje op weg helpen:
- elektrische schok voor de gebruiker
- schade aan de auto wegens verkeerde spanning, stroom, polariteit, etc.
- brand door oververhitting van kabels, connectors, of accu

Op 6 november 2023 14:59:00 schreef Lambiek:
Je doet dit voor een bedrijf, kan dat bedrijf daar niet voor zorgen. Het is ook in hun belang en misschien hebben ze al zoiets.

Daar sluit ik mij bij aan, het bedrijf wil immers deze norm hebben. Zeker als je daar stage loopt.

Welk vermogen hebben ze in gedachten?
Dat gaat mogelijk wel bepalen waar de grootste risico's zitten. Afhankelijk van het vermogen praat je hier over stroomsterktes tot pakweg 500A dus als daar iets mee misgaat is het stevig vuurwerk.

Waar bij AC laden de auto beslist hoeveel stroom hij opneemt (en via PWM van de lader te horen krijgt tot hoeveel hij zich zou moeten beperken) is het bij DC laden volgens mij de lader die op basis van instructies van de auto bepaalt welke spanning en stroom hij levert. Als de lader beslist een verkeerde spanning te leveren gaan de batterijen eraan. Ik veronderstel echter wel dat auto's daartegen beveiligd zijn. De pinnen van de CCS connector in de auto zijn gewoon aan te raken, daar moet dus zeker een contactor achter zitten. En tegelijk zal die contactor ook wel zorgen dat ALS de lader iets fout doet, dat de batterij afgeschakeld wordt.

Op 6 november 2023 12:29:18 schreef Dries_M14:
Heb ik dan iets belangrijk gemist? En is er specifieke informatie over waar deze beveiligingen best staan?

Kabel- en connector temperatuur en bijbehorend koelsysteem (lekkage!).

(tegenwoordig zijn bij de DC snelladers > 150 kW de kabels al vloeistofgekoeld om ze niet onhandelbaar lomp te maken)

Totale belasting van het aanleverende stroomnet.

DC snellaadsystemen, dan heb je het over die 160-250kW systemen? Dat formaat?

Op 6 november 2023 19:07:51 schreef rew:
DC snellaadsystemen, dan heb je het over die 160-250kW systemen? Dat formaat?

wat klanten op t werk gingen al aan de E vrachtwagen. daar heb je ook wat vermogen voor nodig, en dat vermogen is amper te krijgen bij de netbeheerder ook nog.

Op 6 november 2023 19:20:31 schreef testman:
[...]

wat klanten op t werk gingen al aan de E vrachtwagen. daar heb je ook wat vermogen voor nodig, en dat vermogen is amper te krijgen bij de netbeheerder ook nog.

Wordt tijd dat ze hier ook eens zoiets gaan doen:

Behalve het power probleem met de juiste contactors (<=1000V) en beveiligingen fuses etc. heb je nog veel meer dingen waar je dingen voor moet maken zoals:

Hardware:
Isolatie check op de DC kabel (Met selftest).
Kortsluit detectie op de kabel.
Welding detectie (aan einde charge sessie).
Precharge.
Temp monitoring CCS kabel.
Derating van de voedingen/powersupplies.
Koeling (lucht/water wat er ook nodig is)

Software:
IEC61851 state machine design.
V2G communicatie het de greenphy homeplug communicatie. Zowel IPV6 als SLAC matching statemachine etc.
Implementatie van het ISO15118 protocol. EXI de/en-coding van alle berichten.
DIN, ISO1, ISO2 schema implementaties.

Vooral de ISO15118 met het hele V2G spul is een heleboel werk om dat te maken (zelfs met de open source openv2g stack). Daar kun je je maanden fulltime mee bezig houden voordat je ook maar iets werkend hebt.

Op 7 november 2023 00:17:23 schreef henri62:
Behalve het power probleem met de juiste contactors (<=1000V) en beveiligingen fuses etc. heb je nog veel meer dingen waar je dingen voor moet maken zoals:

Hardware:
Isolatie check op de DC kabel (Met selftest).
Kortsluit detectie op de kabel.
Welding detectie (aan einde charge sessie).
Precharge.
Temp monitoring CCS kabel.
Derating van de voedingen/powersupplies.
Koeling (lucht/water wat er ook nodig is)

Software:
IEC61851 state machine design.
V2G communicatie het de greenphy homeplug communicatie. Zowel IPV6 als SLAC matching statemachine etc.
Implementatie van het ISO15118 protocol. EXI de/en-coding van alle berichten.
DIN, ISO1, ISO2 schema implementaties.

Vooral de ISO15118 met het hele V2G spul is een heleboel werk om dat te maken (zelfs met de open source openv2g stack). Daar kun je je maanden fulltime mee bezig houden voordat je ook maar iets werkend hebt.

Dag @henri62. Deze zaken rond ISO15118 heb ik normaal allemaal op orde. Ik zit enkel nog met de samenstelling van mijn componenten en de juiste opbouw van het geheel, alsook programmeren van mijn fysieke laag (OSI-model) voor ethernet communicatie. De zaken die je naar voren schuift uit de hardware bevatten nog goede insteken die ik zeker verder ga meeneem.

Op 6 november 2023 19:07:51 schreef rew:
DC snellaadsystemen, dan heb je het over die 160-250kW systemen? Dat formaat?

Dit klopt inderdaad. Ik werk mijn model normaal uit op 150 kW. Modulair uitbreidbaar, naargelang de wens van bedrijf en of klant in de toekomst.

Op 6 november 2023 15:47:12 schreef SparkyGSX:
Ik zou een lijst maken van dingen die fout zouden kunnen gaan, en dan bedenken hoe je dat zou kunnen voorkomen. Je zou een FMEA en/of een FTA kunnen opstellen.

Ik zal je even een stukje op weg helpen:
- elektrische schok voor de gebruiker
- schade aan de auto wegens verkeerde spanning, stroom, polariteit, etc.
- brand door oververhitting van kabels, connectors, of accu

Dag @SparkyGSX. Het opstellen van een FMEA vind ik een leuke en professionele insteek om dit te verweken. Bedankt voor de aanreiking.

Op 7 november 2023 08:26:21 schreef Dries_M14:
Dit klopt inderdaad. Ik werk mijn model normaal uit op 150 kW. Modulair uitbreidbaar, naargelang de wens van bedrijf en of klant in de toekomst.

Dat zijn heftige dingen. Ik verwacht niet dat er specifiek voor deze toepassingen normen zijn.

Dus waar het redelijk gebruikelijk is dat een netbeheerder een 150kW aansluiting aanbiedt, zal daar best een norm voor zijn die dat afdekt.

Waar het redelijk gebruikelijk is om een XXX MW aansluiting te hebben en een 150kW machine... daar zal best een norm voor zijn.

Maar omdat bovenstaande al decennia lang gedaan wordt en DC snelladers pas de laatste 5 jaar in opkomst zijn... De normerende instituten kunnen niet anders dan theoretisch naar de boel kijken en een aantal scenarios bedenken.

Ondanks dat het nuttig is om er over na te denken wat er mis kan gaan, zal je in de praktijk zien dat er toch wat anders mis kan gaan. Auto adverteert met 150kW te kunnen laden, dat doe je en de auto vliegt in de fik. Bewijs dan maar eens dat jou lader niet fout was. Dat soort dingen zijn makkelijk over het hoofd te zien. (maar ik kon hem zojuist wel bedenken, dus "de werkelijkheid" zal wel een WEER andere failmode verzinnen).

In deze poster staan alle normen:
https://dekraprod-media.e-spirit.cloud/052681e6-8d43-4c06-88de-d902b2c…
Met name de EVSE / Grid normen zijn voor jou van belang.

Voor verschillende landen zijn er nog wat extra zaken zoals Duitsland een noodstop signaal die van buiten af alles stilgooit.

[Bericht gewijzigd door henri62 op (21%)]

Over normen kopen: Ik was een tijd terug aan het bladeren en zag toen een standaar bij de poolse o.i.d. standaarden organisatie. Dan betaalde je daar 25 euro en dan kreeg je een copie. Dezelfde standaard (EU, weet je wel) kost dan 400 euro bij de nederlandse organisatie. Dus. rondshoppen loont. (of ze hebben het nu, monopolie-vorming, gelijk getrokken).

Op 9 november 2023 00:27:56 schreef rew:
Over normen kopen: Ik was een tijd terug aan het bladeren en zag toen een standaar bij de poolse o.i.d. standaarden organisatie. Dan betaalde je daar 25 euro en dan kreeg je een copie. Dezelfde standaard (EU, weet je wel) kost dan 400 euro bij de nederlandse organisatie. Dus. rondshoppen loont. (of ze hebben het nu, monopolie-vorming, gelijk getrokken).

Copieën verkopen is vast niet legaal. Maar soms is het best goed dat ze in sommige landen een beetje corrupt zijn.

Over normen en waarden gesproken, in verkiezingstijd.
Dat je fix moet betalen om achter die geheimen te komen en van politici het verwijt krijgt dat je je er niet aan houdt. Hypocrieter kan het niet.

Op 9 november 2023 00:27:56 schreef rew:
Over normen kopen: Ik was een tijd terug aan het bladeren en zag toen een standaar bij de poolse o.i.d. standaarden organisatie. Dan betaalde je daar 25 euro en dan kreeg je een copie.

Dat is het Estse norm/standaard instituut, en dat is gewoon een legale versie die precies hetzelfde is als de versie die je bij het NNI koopt.

En in feite is het hetzelfde als (engelstalige) E-books die bij BOL (veel!) goedkoper zijn dan bij Booktopia.

elmoww linkte er al naar in de 4e of 5e post van deze thread.