O que é a gestão de carga (load management) no carregamento de veículos elétricos?

Quando se pretende carregar vários veículos elétricos ao mesmo tempo, o que muitas vezes se revela insuficiente não é o carregador, mas sim a capacidade elétrica do edifício. A potência contratada de um prédio, de um local de trabalho ou do parque de estacionamento de um centro comercial é limitada; se todos os carregadores funcionarem em simultâneo à potência máxima, o disjuntor geral dispara ou o transformador fica sobrecarregado. É precisamente este o problema que a gestão de carga (load management) resolve.

O que é a gestão de carga (load management)?

A gestão de carga é um método de controlo que distribui a potência de forma inteligente por vários carregadores, sem ultrapassar a capacidade elétrica disponível numa instalação. O sistema monitoriza continuamente a potência total consumida e equilibra-a, aumentando ou reduzindo a corrente (em amperes) fornecida pelos carregadores. Assim, mesmo que aumente o número de veículos a carregar ao mesmo tempo, o consumo total mantém-se dentro do limite seguro da instalação.

Em suma, a gestão de carga consiste em «repartir a potência». Quando há apenas um veículo a carregar, este pode receber mais potência; quando um segundo ou um terceiro veículo se liga à mesma linha, o sistema reparte automaticamente a potência entre eles. Nenhum veículo chega a exigir tanta potência que ponha a rede em risco.

Porque é necessária? A relação entre potência (kW) e capacidade

O kW exprime a potência do carregamento, ou seja, a sua velocidade; o kWh é a quantidade de energia transferida para o veículo. A potência contratada de uma instalação também é limitada e expressa em kW (ou kVA). Por exemplo, mesmo uma única wallbox AC de 22 kW pode ocupar uma parte significativa da capacidade disponível de um edifício pequeno.

Quando se instalam vários pontos de carregamento, as contas complicam-se depressa. Se cinco wallboxes de 22 kW funcionarem em simultâneo à potência máxima, gera-se uma procura de 110 kW. A potência contratada da maioria dos prédios ou dos pequenos locais de trabalho não comporta este valor. Sem gestão de carga, a única solução seria um aumento dispendioso da potência contratada ou um investimento num transformador. Graças à distribuição inteligente, a infraestrutura existente mantém-se.

• Evita que o disjuntor geral dispare e previne cortes de energia.
• Reduz a necessidade de um aumento dispendioso da potência contratada ou de um investimento num transformador.
• Permite instalar mais pontos de carregamento com a mesma infraestrutura.
• Garante que todos os veículos carregam de forma segura e equilibrada.
• Evita os custos adicionais de eletricidade provocados pela ultrapassagem do limite de potência.

O que é o balanceamento de carga estático?

O balanceamento de carga estático é o método em que a potência total atribuída aos carregadores fica limitada por um teto fixo (definido previamente). Por exemplo, define-se para a instalação um orçamento de 40 kW; o sistema reparte estes 40 kW pelos veículos ligados e nunca ultrapassa esse limite.

Nesta abordagem, os carregadores não sabem quanta potência está a consumir o resto do edifício (elevadores, iluminação, ar condicionado, etc.). O orçamento reservado ao carregamento é fixado num valor baixo e seguro, partindo do princípio de que os restantes consumos do edifício estão no seu pico. O balanceamento de carga estático é simples de instalar e não exige um contador adicional; no entanto, como não consegue aproveitar a capacidade que fica livre na rede, a sua eficiência é limitada.

O que é o balanceamento de carga dinâmico?

O balanceamento de carga dinâmico é um método mais avançado que, através de um medidor de corrente/energia (contador inteligente) colocado na entrada principal da instalação, lê continuamente o consumo real e instantâneo do edifício e transfere em tempo real para os carregadores a capacidade livre que sobra para o carregamento.

Por exemplo, durante o dia, num local de trabalho, enquanto o ar condicionado e as máquinas estão a funcionar, o carregamento recebe pouca potência; à noite, quando os consumos descem, os mesmos pontos de carregamento passam a dispor de muito mais potência. Quando o consumo total se aproxima do limite da potência contratada, o sistema reduz automaticamente a corrente de carregamento e volta a aumentá-la assim que há capacidade livre. Deste modo, a infraestrutura existente é aproveitada da forma mais eficiente, tanto para o edifício como para os veículos.

O balanceamento de carga estático reserva um orçamento fixo para o carregamento; o balanceamento de carga dinâmico lê o consumo instantâneo do edifício e distribui em tempo real a capacidade livre que sobra para o carregamento.

O que é o balanceamento de fases (phase balancing)?

Na maioria das instalações empresariais e de grande dimensão na Turquia, a eletricidade é fornecida em três fases (trifásica). Alguns veículos e carregadores consomem potência de uma só fase (monofásicos), enquanto outros utilizam as três fases em simultâneo. Se as cargas de carregamento ficarem mal distribuídas pelas fases, uma fase pode ficar sobrecarregada enquanto as outras ficam subaproveitadas; isto provoca disparos de disjuntores e um aproveitamento ineficiente da capacidade.

O balanceamento de fases distribui a carga dos carregamentos da forma mais equitativa possível pelas três fases, garantindo que nenhuma fase fica sobrecarregada. Os sistemas inteligentes de gestão de carga otimizam a distribuição tendo em conta a fase a partir da qual cada veículo absorve potência e ajudam a tirar o máximo partido da capacidade disponível.

O papel do OCPP e do CSMS na gestão de carga

Nas instalações com vários equipamentos, a gestão de carga precisa de um cérebro central. O OCPP (Open Charge Point Protocol) é uma norma de comunicação aberta utilizada entre os carregadores e o software central de gestão (CSMS). O CSMS vê o estado de todos os postos, ajusta os limites de corrente e envia os comandos para repartir a potência entre os equipamentos.

Graças a isso, os equipamentos compatíveis com OCPP podem ser monitorizados à distância, agrupados e geridos com perfis de carregamento inteligente. O gestor pode configurar centralmente cenários como dar prioridade ao carregamento na tarifa noturna, reduzir a potência em determinados horários ou definir limites diferentes para grupos de veículos. Os modelos Bemis compatíveis com OCPP foram concebidos para este tipo de cenários de gestão remota e inteligente.

Gestão de carga local e baseada na nuvem

A gestão de carga pode funcionar em dois níveis. Na gestão de carga local, os equipamentos comunicam entre si dentro da mesma rede da instalação para repartir a potência; o balanceamento continua mesmo que a ligação à internet falhe. Na gestão baseada na nuvem/CSMS, o software central assume funções mais amplas, como faturação, relatórios e controlo remoto. As instalações mais robustas utilizam normalmente os dois níveis em conjunto.

Cenário de exemplo: muitos veículos com uma potência contratada limitada

Num prédio, pretende-se instalar 6 wallboxes de 11 kW no parque de estacionamento, mas a potência que o edifício pode reservar para o carregamento é de apenas 33 kW. Sem gestão de carga, se os 6 equipamentos funcionassem em simultâneo à potência máxima, a procura chegaria aos 66 kW, o dobro da capacidade do edifício; isso não é possível.

Com gestão de carga dinâmica, o cenário funciona assim: se, a altas horas da noite, só estiver ligado 1 veículo, este pode receber praticamente os 11 kW completos. Quando se ligam 3 veículos ao mesmo tempo, os 33 kW são divididos por três e cada veículo recebe cerca de 11 kW. Se se ligarem 6 veículos de uma vez, o sistema atribui a cada um, em média, cerca de 5,5 kW; os veículos carregam um pouco mais devagar, mas todos carregam em segurança e em simultâneo. Em momento algum o limite de 33 kW é ultrapassado. À medida que os veículos terminam o carregamento e saem, a capacidade libertada é transferida automaticamente para os que ainda estão a carregar.

Que instalações precisam de gestão de carga?

• Parques de estacionamento de prédios e condomínios: locais onde muitas frações partilham uma potência contratada comum e limitada.
• Parques de estacionamento de empresas e escritórios: instalações onde os veículos dos colaboradores carregam em conjunto durante o dia.
• Centros comerciais, hotéis e parques de estacionamento comerciais: espaços com muito tráfego de veículos e procura variável.
• Centros de carregamento de frotas: garagens onde muitos veículos são carregados em conjunto a determinadas horas.
• Todas as instalações com vários pontos ligados a uma única potência contratada: qualquer local onde a procura total possa ultrapassar o limite.

Numa instalação independente, como uma moradia com uma única wallbox, a gestão de carga não é obrigatória; no entanto, em qualquer cenário em que dois ou mais pontos de carregamento partilhem a mesma potência contratada, a gestão de carga torna-se, na prática, uma necessidade.

Escolher o equipamento certo

Para tirar partido da gestão de carga, os carregadores têm de ser modelos com capacidade de comunicação, que permitam alterar remotamente a regulação da corrente. Os produtos Wallbox AC Type 2 da Bemis (3,7–22 kW) e os postos de carregamento rápido DC com CCS2 oferecem opções adequadas a instalações com vários pontos e a cenários de carregamento inteligente; os modelos compatíveis com OCPP podem ainda ser integrados em soluções de gestão centralizada e de balanceamento dinâmico.

A Bemis E-V Charge, sediada em Bursa (Turquia) e com fabrico nas suas próprias instalações, apoia projetos de diferentes escalas, de prédios a frotas, com equipamentos dotados de marcação CE e proteção IP65–IP66. Para escolher corretamente o equipamento, os cabos e a arquitetura, o mais sensato é planear desde o início o orçamento de potência da instalação e o número de veículos.

Resumo

A gestão de carga é a chave para carregar vários veículos em segurança sem ultrapassar uma capacidade elétrica limitada. O balanceamento estático reserva um teto fixo para o carregamento, enquanto o dinâmico lê o consumo real do edifício e aproveita a capacidade livre em tempo real. Em conjunto com o balanceamento de fases e a gestão por OCPP/CSMS, as instalações com vários equipamentos tornam-se escaláveis sem investimentos dispendiosos em infraestrutura.