Tenhle drobek může přidat elektromobilům dojezd. Rozhodují desetiny milimetru

Čtyři desetiny milimetru. Tak malý pohyb může rozhodit měření proudu v elektromobilu. Texas Instruments má senzor, který má tento problém výrazně omezit. Výsledkem může být klidnější chod motoru a delší dojezd ze stejné baterie. Žádné další články pod podlahou. Jen přesnější informace pro elektroniku, která řídí pohon.

Tenhle drobek může přidat elektromobilům dojezd. Rozhodují desetiny milimetru

Součástka se jmenuje TMCS2100-Q1. Název připomíná heslo k firemní tiskárně, její úkol je ale srozumitelný: pomáhat přesně měřit proud. Texas Instruments uvádí pouzdro s rozměry 5 × 6,4 milimetru. To je plocha pouhých 32 milimetrů čtverečních. Senzor míří do výkonové elektroniky, kde se pracuje s mnohem většími proudy, než jaké známe z domácí zásuvky.

Produktová dokumentace uvádí provozní rozsah od −40 do 150 °C a kvalifikaci AEC-Q100 pro automobilové použití. Čip tedy musí zvládnout prostředí, ve kterém by běžná pokojová elektronika rychle ztratila chuť do života. Dalším parametrem je odezva detekce nadproudu 500 nanosekund. Jde o půl mikrosekundy. Tyto údaje zveřejňuje přímo Texas Instruments u TMCS2100-Q1.

Pro řidiče je podstatná jiná otázka: kolik kilometrů navíc dostane? Doložené číslo zatím chybí. Z parametrů součástky nelze vypočítat dojezd hotového auta. Záleží na konstrukci pohonu, jeho řízení i na tom, jak dobré měření používal předchozí návrh.

Stejně opatrně je potřeba zacházet s cenou. Bez veřejně doložené nabídky pro konkrétní odběr nemá smysl hádat, zda senzor stojí desítky, nebo stovky korun. Automobilka navíc platí také za vývoj, ověřování a začlenění do celého systému. Samotný čip představuje jen jednu položku.

Proč motor potřebuje vědět, kolik proudu skutečně dostává

Trakční měnič převádí energii baterie na elektrické napájení motoru. Aby mohl přesně řídit točivý moment, potřebuje spolehlivé údaje o proudech v jednotlivých fázích. Chyby měření mohou přispívat ke kolísání momentu, vibracím, hluku a ztrátám.

TI používá víceosé snímání magnetického pole kolem proudové přípojnice. Jeho řešení se dvěma snímači sleduje vodorovnou i svislou složku pole. Díky tomu lépe zohlední změnu vzájemné polohy snímače a vodiče.

V popsaném modelu výrobce uvádí chybu způsobenou posunutím pod 1 % při pohybu o 0,4 milimetru. Při posunutí o 0,1 milimetru může klesnout na 0,25 %. Právě u tohoto menšího posunutí TI zmiňuje přibližně dvacetinásobnou přesnost proti jednoosým alternativám. Podmínky srovnání popisuje technický článek TI.

Z těchto údajů rozhodně nevychází dvacetinásobný dojezd. Ani dvacetiprocentní úspora. Srovnává se konkrétní chyba snímání při mechanickém posunutí.

Představte si kuchyňskou váhu, která začne při posunutí mísy ukazovat jinou hmotnost. Lepší váha problém odstraní, ale sama neupeče lepší chleba. U auta musí přesnější údaj správně využít řídicí software a výkonová elektronika. Teprve jejich společný výsledek má smysl měřit na silnici. A ideálně proti srovnatelnému vozu, za stejné teploty, se stejnými pneumatikami a rychlostí.

Bezpečnost začíná u měření. Samotný senzor ji nezaručí

Proudový senzor může přispět také k ochraně výkonových součástek. Když proud překročí stanovenou mez, elektronika potřebuje reagovat rychle. Zmíněných 500 nanosekund ale označuje odezvu detekce uvnitř součástky. Není to automaticky doba, za kterou celé vozidlo bezpečně přeruší nebezpečný stav.

TI produkt označuje jako součástku s podporou návrhu funkční bezpečnosti a nabízí příslušnou dokumentaci. Toto označení samo o sobě nepotvrzuje bezpečnost hotového měniče nebo automobilu. Rozsah podpory je uveden na produktové stránce výrobce.

Z pohledu hodnocení takového řešení jsou zajímavé hlavně poruchové situace. Co se stane, když údaj zamrzne? Jak systém pozná přerušený vodič? Dokáže rozlišit skutečný proudový výkyv od nesmyslné hodnoty? A do jakého režimu přejde, když si měření odporují? To jsou otázky pro konstruktéra celého pohonu.

Pro kupujícího z toho plyne jednoduchý závěr. Přesnější proudový snímač není důkaz, že baterie nemůže vzplanout. Ochrana akumulátoru zahrnuje další měření, řízení teploty, mechanickou konstrukci i reakce na poruchy.

Stejně tak není důvod objednávat podobný čip jako domácí vylepšení staršího elektromobilu. Jeho přínos vzniká při návrhu a ověření celé elektroniky. Výměna jedné součástky bez odpovídajícího návrhu by očekávanou úsporu nijak nedoložila. Na účtence by přibyl nákup, na dojezdu možná vůbec nic.

Kolik kilometrů by přineslo jediné procento úspory

Velikost případného přínosu nejlépe ukáže obyčejný výpočet. Vezměme modelový elektromobil s využitelnou baterií 75 kWh a spotřebou 18 kWh na 100 kilometrů. Čistě výpočtový dojezd vychází přibližně na 417 kilometrů. Nejde o údaj konkrétního modelu ani výsledek měření podle WLTP.

Pokud by celková spotřeba auta klesla o jedno procento, dostaneme 17,82 kWh na 100 kilometrů. Dojezd naroste asi na 421 kilometrů. Přibližně čtyři kilometry navíc. Při dvouprocentním snížení spotřeby by vyšel zhruba na 425 kilometrů.

Tohle jsou scénáře pro představu. TI takové zlepšení celkové spotřeby doložené nemá. Zlepšení jednoho dílu se navíc nemusí projevit stejným procentem na celém automobilu.

Při nájezdu 15 000 kilometrů ročně a původní spotřebě 18 kWh na 100 kilometrů auto spotřebuje 2 700 kWh z baterie. Jednoprocentní úspora odpovídá 27 kWh. Při modelové ceně 6 Kč za kWh je to 162 Kč před započtením nabíjecích ztrát.

Žádná výhra v loterii. Přesto má podobný vývoj smysl. Malé úspory se mohou sčítat s lepší aerodynamikou, účinnějšími výkonovými součástkami nebo úspornějším vytápěním. U nového auta pak rozhoduje konečný výsledek všech změn. Zákazník kupuje skutečný dojezd a provozní náklady, nikoli seznam působivých parametrů jednotlivých čipů.

Střecha a zásuvka mohou účtem zahýbat víc než nový čip

Pro domácnost bývá zásadní také okamžik nabíjení. Ukažme si druhý model. Auto ročně odebere z domovní instalace 3 000 kWh. Přesun 1 500 kWh do období, kdy je výsledná proměnná cena o 2 Kč za kWh nižší, znamená úsporu 3 000 Kč ročně. Před případným poplatkem za řízení a bez slibu, že takový cenový rozdíl skutečně nastane.

Právě proto se vyplatí sledovat spotové ceny elektřiny. Cena na velkoobchodním trhu však není konečná cena domácnosti. Rozhoduje smlouva, přirážka dodavatele, regulované složky a daně. Samotná záporná burzovní cena ještě neznamená bezplatné nabíjení.

Fotovoltaika přidává další možnost. Předpokládejme polední přebytek 5 kW po dobu tří hodin. K dispozici je 15 kWh. Pokud pro tento příklad počítáme s desetiprocentními nabíjecími ztrátami, do baterie přibude 13,5 kWh. Při spotřebě 18 kWh na 100 kilometrů jde o energii na 75 kilometrů.

Háček stojí na parkovišti před kanceláří. Pokud tam auto tráví celé poledne, domácí přebytky přímo nespotřebuje. Návrh proto musí vycházet z reálného režimu rodiny. K prvnímu porovnání možností poslouží přehled energetických řešení pro domácnosti.

Vlastní solární elektřina má navíc ekonomickou hodnotu. Když ji nabijete do auta, nemůžete ji zároveň prodat. Do kalkulace patří i ušlý výnos z výkupu.

Auto jako domácí baterie: tři zkratky, tři různé možnosti

Hyundai IONIQ 5 nabízí funkci V2L, tedy napájení externích spotřebičů z trakční baterie. Česká stránka výrobce uvádí výkon až 3,6 kW. To je konkrétní příklad využití automobilu mimo silnici, třeba pro nářadí nebo vybrané spotřebiče. Dostupnost výbavy a adaptéru je potřeba ověřit u konkrétního vozu. Podrobnosti uvádí Hyundai v přehledu technologií IONIQ 5.

V2H znamená napájení domu. V2G umožňuje dodávat elektřinu do veřejné sítě. Každá varianta klade jiné požadavky na vozidlo, nabíjecí zařízení a řízení. Samotná zásuvka V2L proto nedokládá připravenost na obchodování s energií.

Na nutnost kompatibilních automobilů, nabíječek a komunikačních protokolů upozorňuje také IEA ve zprávě o V2G. Popisuje přitom i význam obyčejného řízeného nabíjení: auto může pomáhat soustavě už změnou času a výkonu odběru.

Pro představu si vyhraďme z modelové baterie 60 kWh třetinu kapacity pro domácnost. Dostaneme 20 kWh. Při průměrném odběru 1 kW by to teoreticky vystačilo na dvacet hodin před ztrátami. Skutečnou použitelnost ale omezí dostupný výkon, minimální stav nabití a zapojení instalace.

Senzor TI v trakčním měniči žádnou z těchto funkcí automaticky nepřidává. Při výběru auta proto chtějte doloženou kompatibilitu celého řešení. Slib „časem to odemkne aktualizace“ má pro dnešní energetický rozpočet velmi omezenou hodnotu.

Sdílená elektřina potřebuje správný čas. Nabíjení zase dobrá data

České sdílení elektřiny má pro elektromobily zajímavou vlastnost: rozhoduje časový souběh výroby a spotřeby. ERÚ vysvětluje, že se vyhodnocuje v patnáctiminutových intervalech. Polední výroba tedy sama o sobě nepokryje večerní nabíjení prostřednictvím účetního přesunu mezi těmito časy. Pravidla popisuje Energetický regulační úřad.

Smysl může dávat například nabíjení auta v práci ve chvíli, kdy zapojená domácí elektrárna dodává přebytky. Musí tomu odpovídat registrace odběrných míst, nastavení skupiny a rozdělování energie. Praktický přehled možností nabízí stránka věnovaná sdílení elektřiny.

Výpočet úspory by měl oddělit cenu sdílené energie od ostatních položek vyúčtování. Jinak vznikne lákavé číslo, které první faktura nepříjemně opraví. Pro vlastní kalkulaci si připravte alespoň čtvrthodinová data výroby a odběru a časy, kdy lze automobil připojit.

Podobně konkrétní mají být požadavky na řízení nabíjení. Systém má znát dostupný příkon domácnosti, požadovaný čas odjezdu a potřebnou energii. Při posuzování monitoringu energetických zařízení se proto ptejte také na kvalitu dat, jejich dostupnost a podporované přístroje.

Z bezpečnostního hlediska chtějte vysvětlení, co nabíječka udělá při výpadku komunikace. Zůstane zachovaný místní proudový limit? Lze nabíjení ovládat bez vzdálené služby? Jsou dostupné aktualizace? Hezký graf v telefonu tyto odpovědi nenahradí. Širší souvislosti chytrých sítí můžete sledovat také na SmartEnergyShare.info.

Na nový senzor nečekejte. Začněte jedním týdnem měření

Nejpraktičtější krok nepotřebuje nový automobil. Jeden týden si zaznamenávejte příjezdy, odjezdy, odebranou energii a dostupné přebytky fotovoltaiky. Potom spočítejte, kolik nabíjení lze přesunout bez změny běžného života. Teprve nad tímto výsledkem vybírejte automatizaci.

U nabídky nabíjecí stanice požadujte celkovou cenu instalace. Zahrňte kabeláž, potřebné úpravy rozvaděče, měření, nastavení a případné pravidelné poplatky. Pokud například nabídka vyjde na modelových 30 000 Kč a doložená roční úspora činí 3 000 Kč, jednoduchá návratnost je deset let. Bez započtení ceny peněz, oprav a budoucích změn tarifů.

Pro návrh kombinace výroby, spotřeby a sdílení lze prověřit řešení SmartEnergyShare. Zadání ale formulujte konkrétně: kolik energie chcete přesunout, kdy musí být auto připravené a jaký rozpočet dává smysl. Praktická témata a kalkulace můžete hledat také na [Share-Electric.cz](https://share-electric.cz).

U budoucího vozu pak sledujte naměřenou spotřebu, nabíjecí ztráty a doložené energetické funkce. Přesnější senzor je zajímavý technický pokrok. Jeho skutečnou hodnotu ukáže až automobil, který jej využije.

Moje sázka? Výhodu získají výrobci, kteří propojí účinný pohon s dobře ovladatelným nabíjením. Řidič totiž potřebuje dvě věci současně: dojet daleko a zaplatit rozumnou částku za energii. S prvním může pomoci drobný čip. S druhým můžete začít už dnes.

Zdroje

• Texas Instruments: parametry senzoru TMCS2100-Q1 — Primární zdroj rozměrů pouzdra, provozních teplot, automobilové kvalifikace a odezvy detekce nadproudu. Stránka také vysvětluje rozsah podpory funkční bezpečnosti. Tyto parametry popisují součástku; samy nedokládají úsporu energie hotového automobilu ani jeho celkovou bezpečnost.
• Texas Instruments: víceosé měření proudu a řízení momentu — Technický podklad ke srovnání chyb způsobených posunutím. Obsahuje geometrii modelu, podmínky porovnání a vysvětlení víceosého snímání. Jde o materiál výrobce, nikoli o nezávislý silniční test dojezdu konkrétního sériového elektromobilu.
• ERÚ: sdílení elektřiny a energetická společenství — Český oficiální přehled principů sdílení. Pro propojení fotovoltaiky s nabíjením je zásadní zejména popsaný souběh výroby a spotřeby v patnáctiminutovém intervalu a správné nastavení zapojených odběrných míst.
• IEA: technologie dodávky elektřiny z vozidel do sítě — Mezinárodní přehled řízeného a obousměrného nabíjení. Rozlišuje jednotlivé způsoby využití automobilové baterie a popisuje technické překážky kompatibility. Pomáhá zasadit možnosti domácí energetiky do širšího fungování elektrizační soustavy.
• Hyundai: technologie modelu IONIQ 5 — Český zdroj k funkci V2L a napájení spotřebičů výkonem až 3,6 kW. Slouží jako konkrétní příklad dostupné funkce; nepotvrzuje univerzální podporu V2H nebo dodávek do veřejné sítě.

Obchodujete s batteriovými úložišti nebo hledáte partnera pro flexibilitu a day trading elektřiny? SmartEnergyShare nabízí kompletní řešení pro BESS projekty od 50 do 250 kW — obchodování flexibility, SVR služby a IoT monitoring. Zjistěte víc →

Další články na toto téma najdete na: Electric-Share.cz Obyvatele Nezdenic trápí časté výpadky dodávek elektřiny.... Vice o aktuální cena