Sistemi SCADA avanzati per l’Energy Management di autobus elettrici 

  1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

Sistemi SCADA avanzati per l’Energy Management di autobus elettrici 

White paper 

Bilanciare la ricarica delle flotte per

ottimizzare i consumi  

La gestione della ricarica delle flotte di autobus elettrici richiede l’utilizzo di Energy Management Systems (EMS) in grado di bilanciare le cariche sulla base di criteri di priorità customizzabili dall’utente per gestire i picchi di assorbimento ed ottimizzare i costi energetici.

Gli EMS sono integrati in sistemi SCADA che monitorano i diversi sottosistemi (autobus, colonnine ecc.) e gestiscono l’automazione delle operazioni di ricarica, modulando in maniera ottimale la potenza di carica di ciascun veicolo.

I piani di sviluppo delle municipalità prevedono una sostituzione progressiva dei veicoli tradizionali con quelli elettrici: i sistemi SCADA devono pertanto essere espandibili, garantendo l’ottimizzazione delle prestazioni anche all’aumentare del numero di veicoli della flotta.

E’ quindi fondamentale identificare un’architettura ottimale per lo SCADA ed algoritmi avanzati di Energy Management delle flotte.

Sistemi SCADA avanzati per l’Energy Management di autobus elettrici 

  2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

White paper 

1. EMS tradizionale 

All’interno di un deposito, gli autobus vengono tipicamente raggruppati in cluster serviti da sottostazioni e dotati di sistemi di monitoraggio locale per la raccolta dei dati provenienti dai singoli veicoli e dalle stazioni di ricarica, la diagnosi e la generazione di eventuali allarmi.

Un cluster comprende generalmente fino a 25 autobus ricaricati con colonnine di potenza dell’ordine di 100 kW. I tipici depositi ospitano fino a 3-4 cluster, con la possibilità di espandere il parco veicoli nel tempo fino a raggiungere anche 10 cluster all’interno della medesima area di parcheggio.

E’ chiaro che in una situazione del genere, ricaricare i veicoli senza un sistema di coordinamento potrebbe provocare picchi di assorbimento eccessivi. Per questo motivo, la gestione energetica del deposito viene in genere demandata ad un sistema SCADA che integra un EMS per il bilanciamento delle cariche dei veicoli.

L’EMS riceve dalle colonnine dati relativi allo stato di carica della batteria, al consumo energetico durante la ricarica ecc. ed invia alle colonnine i set-point di tensione e corrente da utilizzare istantaneamente per la ricarica di ogni veicolo, allo scopo di modulare la potenza di carica dei veicoli per controllare i picchi di assorbimento, tenendo conto dei vincoli di potenza massima disponibile e dei criteri di priorità fissati dagli utenti.

Modulazione statica  Architettura EMS centralizzata

Sistemi SCADA avanzati per l’Energy Management di autobus elettrici 

  3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

White paper 

Questo tipo di modulazione statica non tiene però conto della stretta relazione tra potenza ed efficienza energetica della ricarica per ogni specifica accoppiata batteria/colonnina, che varia durante la vita del veicolo per l'invecchiamento dei componenti ed anche ogni giorno durante il processo di ricarica, a causa della variazione continua dello stato di carica della batteria.

Ciò comporta sprechi di energia ed una cura non ottimale della batterie dei veicoli.

Gli EMS tradizionali effettuano la modulazione della potenza di carica differendo l’orario di inizio della ricarica dei diversi mezzi e/o “spalmando” la ricarica di ogni veicolo sulla finestra temporale disponibile, utilizzando valori di potenza inferiori alla potenza massima ammissibile per lo specifico veicolo, fissati sulla base di curve di carica caratteristiche predeterminate.

SVANTAGGI DEGLI EMS TRADIZIONALI

Consumi elevati e accorciamento della vita delle batterie Overhead di comunicazione

Scarsa espandibilità

Problema 1: Modulazione statica 

Problema 2: Architettura EMS centralizzata 

Negli SCADA tradizionali, la gestione della ricarica è affidata ad un EMS centrale che si interfaccia direttamente con le singole colonnine dei cluster, concentrando quindi lo scambio di dati dai cluster verso un nodo centrale ed il carico computazionale su un’unica unità di elaborazione.

Quest’architettura, concepita per il coordinamento di pochi nodi mediante algoritmi di gestione dell’energia basilari, tende però a causare un overhead di comunicazione ed una scarsa espandibilità del software dell’EMS all’aumentare del numero di veicoli e della complessità dell’algoritmo di Energy Management.

Sistemi SCADA avanzati per l’Energy Management di autobus elettrici 

  4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

White paper 

2. EMS CalBatt 

CalBatt ha sviluppato una tecnologia brevettata per l’analisi dinamica delle specifiche caratteristiche della particolare accoppiata batteria/colonnina in termini di efficienza energetica al variare dei parametri operativi durante la ricarica del veicolo.

Vantaggio 1: Modulazione dinamica 

Grazie alle funzionalità uniche di caratterizzazione ed ottimizzazione di NomoStor, gli EMS CalBatt sono in grado di effettuare una modulazione dinamica della potenza di carica di ciascun veicolo, aggiornando in tempo reale i parametri del profilo di carica sulla base delle caratteristiche istantanee della specifica accoppiata colonnina/batteria.

Questo permette di ottenere profili di ricarica perfettamente “su misura” che consentono di ottimizzare realmente ogni giorno i costi attraverso una combinazione ottimizzata, dal punto di vista dell’efficienza energetica e della cura della batteria, dei criteri di priorità settati dall’utente stesso e legati ad esempio:

all’utilizzo dei mezzi del deposito (tempi di carica, servizio programmato, autonomia richiesta all’uscita, priorità posizionale);

ad eventuali tariffe variabili per l’energia elettrica, che possono rendere conveniente concentrare la ricarica in determinati periodi della giornata;

ai profili di produzione di eventuali fonti rinnovabili utilizzate per alimentare le stazioni di ricarica.

L’analisi dinamica è effettuata da NomoStor, il co-processore add-on integrato nell’EMS, in grado di sintetizzare le informazioni provenienti dal veicolo in semplici indicazioni relative ai valori istantanei ottimali di tensione e corrente da erogare alla batteria durante la carica (per maggiori informazioni consultare il datasheet di NomoStor).

Sistemi SCADA avanzati per l’Energy Management di autobus elettrici 

  5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

White paper 

Vantaggio 2: Architettura EMS modulare ed espandibile 

Gli EMS CalBatt si basano su un’architettura distribuita modulare in cui:

ogni cluster è dotato di un Cluster EMS che ottimizza localmente la gestione della ricarica dei veicoli appartenenti al cluster;

i Cluster EMS sono posti in comunicazione con l’EMS di deposito (Depot EMS), che grazie ad un PC dedicato monitora e gestisce l’assorbimento complessivo di energia dei cluster.

Modulazione dinamica  Architettura EMS distribuita

Ogni Cluster EMS integra un PC interconnesso da un lato alle stazioni di ricarica e dall’altro ad un numero di schede NomoStor pari al numero di veicoli presenti all’interno del cluster, essendo ogni NomoStor un co-processore dedicato all’analisi dinamica dell’accoppiata colonnina/batteria di un dato veicolo.

Sistemi SCADA avanzati per l’Energy Management di autobus elettrici 

  6

 

In questa maniera, il carico computazionale è distribuito lungo i nodi dell’architettura:

Il Depot EMS fissa la potenza massima istantanea che può essere assorbita da ogni cluster sulla base della potenza disponibile e dei criteri di priorità settati dagli utenti e la comunica ai Cluster EMS;

Ogni NomoStor di un Cluster EMS effettua un complesso algoritmo di caratterizzazione e predizione delle prestazioni di ricarica di un singolo veicolo del cluster ed invia i dati al Cluster EMS;

Ogni Cluster EMS fissa i parametri istantanei di corrente e tensione di carica dei veicoli del cluster sulla base dei dati ricevuti dal Depot EMS e dai NomoStor presenti all’interno del cluster.

Inoltre, la mole più ingente di dati viene scambiata a livello locale nel cluster tra i NomoStor ed il Cluster EMS, minimizzando quindi l’overhead di comunicazione verso il Depot EMS.

Questo rende l’architettura intrinsecamente più robusta ed espandibile rispetto all’architettura di un EMS tradizionale, consentendo di aggiungere un veicolo semplicemente aggiungendo una scheda NomoStor su guida DIN all’interno di un Cluster EMS, ed un intero cluster aggiungendo un Cluster EMS, senza necessità di modificare l’hardware ed il software del Depot EMS.

VANTAGGI DEGLI EMS CALBATT

Ottimizzazione dei costi e massima vita della batteria Robustezza Espandibilità

White paper 

PER MAGGIORI INFORMAZIONI Sito web: www.calbatt.com

Email: info@calbatt.com Telefono: +39 0984 494273