Como surgem as normas internacionais para a mobilidade elétrica?

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1 Como surgem as normas internacionais para a mobilidade elétrica? Paulo G. Pereirinha ppereiri@isec.pt Instituto Politécnico de Coimbra (IPC-ISEC), Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores de Coimbra, INESC Coimbra APVE, Associação Portuguesa do Veículo Elétrico 1

2 Sumário 1. Introdução 2. Enquadramento Global da Normalização (Standardization) de Veículos Elétricos 3. Atividades de Normalização Mais Importantes em Veículos Elétricos 4. Modos de carga, tipos de fichas, etc. 5. Conclusões 2

3 1 Introdução Normalização fundamental para rápida penetração dos Veículos Elétricos (VEs) no Mercado. Definição de normas para garantir: Ex: Segurança, a vários níveis (e.g. contra choque elétrico) Qualidade Compatibilidade e mercados globais (ou regionais) Testes de células de baterias e sistemas de baterias (bateria de tração) Infraestruturas de carregamento Protocolos de comunicação Sistemas de armazenamento de energia embarcados Trocas de energia entre a rede e o veículo (G2V - Grid to Vehicle) e entre o veículo e a rede (V2G Vehicle to Grid) 3

4 1 Introdução Uma norma é um documento de aplicação voluntária. Podem tornar-se obrigatórias se: Referidas num Diploma Legal (Legislação) Referidas num contrato Normas de facto Diferentes tipos de Documentos Normativos (cf. IPQ) Source: IPQ 4

5 1 Introdução Para entidades no setor (fabricantes de componentes, etc.), é fundamental ser capaz de lidar com um número bastante elevado de normas, em constante evolução, de diferentes organizações Objectivos da apresentação: Explicar enquadramento da Normalização na área dos VEs e VEHs (Veículos Elétricos Híbridos), atividades de normalização mais relevantes recentes e em curso Explicar como surgem as Normas Internacionais, Regionais e Nacionais Deixar referências permitindo procurar em cada momento as normas relevantes atualizadas 5

6 2 Enquadramento Global da Normalização em VEs Nível global: normalização (em VEs) principalmente sob a responsabilidade de duas instituições: Comissão Electrotécnica Internacional, CEI (International Electrotechnical Commission, IEC), fundada em 1906 Organização Internacional de Normalização, (BR: Organização Internacional para Padronização, International Organization for Standardization, ISO), fundada em 1947 Em fevereiro de 2019, o IEC tem 104 Comités Técnicos (Technical Committees, TC) e 100 Subcomités (SC) e a ISO tem 249 TCs (com centenas de SCs) 6

7 2 Enquadramento Global da Normalização em VEs A nível Europeu: CEN, Comité Europeu de Normalização (European Committee for Standardization). TC 301 Road Vehicles, é responsável pelo veículos elétricos rodoviários CENELEC, Comité Europeu para a Normalização Electrotécnica (European Committee for Electrotechnical Standardization). VEs : TC 69X Electrical systems for electric road vehicles A nível National: EUA: Society of Automotive Engineers (SAE) Japão: Japanese Electric Vehicle Association (JEVA) 7

8 2 Enquadramento Global da Normalização em VEs nível Nacional: Brasil: Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) Portugal: Instituto Português da Qualidade (IPQ) IPQ: Organismo Nacional de Normalização (ONN) APVE: Associação Portuguesa do Veículo Elétrico, é o Organismo de Normalização Sectorial (ONS) para os Veículos Elétricos. Assegura coordenação das duas Comissões Técnicas : CTE 69 (Comissão Técnica Eletrotécnica de Normalização) Sistemas Eléctricos para Veículos Eléctricos Rodoviários CT 146 (Comissão Técnica de Normalização) Veículos Rodoviários com Propulsão Elétrica 8

9 2 Enquadramento Global da Normalização em VEs CTE 69 Sistemas Eléctricos para Veículos Eléctricos Rodoviários CT 146 Veículos Rodoviários com Propulsão Elétrica - fazem acompanhamento da atividade normative europeia e Internacional: - dão parecer sobre os documentos em discussão, propõem alterações aos projetos de norma, comunicam ao IPQ o seu voto, que exprime a posição Portuguesa. - traduz(iram) um conjunto de normas para Português. Mas normalização em VEs é praticamente toda Global: IEC ou ISO? 9

10 2 Enquadramento Global da Normalização em VEs Responsabilidade da normalização em Veículos Elétricos? Veículo Rodoviário: VEs (e VEH) sob competência da ISO/TC 22 Road Vehicles, em particular da: ISO/TC 22/SC 37 - Electrically Propelled Vehicles Herdeira da ISO TC22/SC21 Electrically Propelled Road Vehicles (fechada em março 2015), com âmbito ajustado: Specific aspects of electrically propelled road vehicles, electric propulsion systems, related components and their vehicle integration VE também dispositivo elétrico! Competência da IEC, em particular da: IEC TC69 Electric road vehicles and electric indust. trucks ISO TC22/SC21 e IEC TC69, colaboraram desde as suas fundações. Mas houve alguns problemas... 10

11 2 Enquadramento Global da Normalização em VEs Acordo em 1996: divisão básica do trabalho ISO e IEC ISO Work related to the electric vehicle as a whole IEC Work related to electric components and electric supply infrastructure ISO/IEC Agreement Concerning Standardization of Electro-technology for Road Vehicles and the Cooperation Between ISO/TC 22 Road Vehicles and IEC Technical Committees assinado em Março 2011 Valid for all types of road vehicles and their equipment (mopeds, motorcycles, motor vehicles, trailers, semitrailers, light trailers, combination vehicles, and articulated vehicles) Envolvendo 5 SCs/WGs da ISO TC 22 e 41 TCs/SCs da IEC 11

12 2 Enquadramento Global da Normalização em VEs Projetos conjuntos em curso IEC/ISO em 2010 Electrotechnology/Project IEC TC/SC ISO TC/SC Starter batteries TC 21 TC 22 Secondary lithium cells TC 21/SC TC 22/ SC 21 IEC Ed A/TC 69 IEC Ed. 1.0 Lithium batteries battery pack and system level ISO Ed. 1.0 ISO Ed. 1.0 TC 21/SC 21A/TC 69 TC 22/SC 21 EV Charging System TC 69 TC 22/SC 21 IEC series Vehicle to grid communication interface (JWG V2G CI) TC 69 TC 22/SC 3 ISO Plugs and Socket-outlets SC 23H TC 22/SC 3 IEC series Lamps, lamp holders and caps SC 34A/SC 34B TC 22/SC 8 Radio interferences (>= 9 KHz) caused by road vehicle CISPR D TC 22/SC3 electrical systems EMC emissions on low frequency (<9 khz) disturbances and basic EMC immunity standards for the whole frequency range SC 77A TC 22/SC3 EMC immunity for EV charging systems TC 69 TC 22/SC3 EMC immunity for vehicle and its equipment TC 77 TC 22/SC3 Organization in bold has the administrative lead 12

13 2 Enquadramento Global da Normalização em VEs Fases (Stages) e Documentos para normalização conjunta IEC/ISO 13

14 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? Atividade muito intensa nos últimos anos! Normas publicadas pelo ISO TC 22/SC 37 (SC 21) e códigos 14

15 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? Normas em desenvolvimento pelo ISO TC 22/SC 37 15

16 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? Abreviaturas e códigos usados pela ISO 16

17 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? Normas publicadas pela IEC/TC69 (22 Jan 2019) 17

18 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? Normas em desenvolvimento pelo IEC/TC69 (27!), Fases atuais (22 Jan 2019) e datas de início Nota: estágios e nomes de documentos associados não são sempre exatamente iguais para ISO e IEC. Lista completa de códigos de estágio IEC no site 18

19 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? Fluxogramas Source: IEC 19

20 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? ISO website, TC 22/SC 37 webpage 20

21 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? ISO website, TC 22/SC 37 webpage 21

22 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? ISO website, TC 22/SC 37 webpage 22

23 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? IEC website, TC 69 page 23

24 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? IEC website, TC 69 page 24

25 3 Atividades Mais Importantes Normaliz. em VEs? IEC website, TC 69 page (stability dates?) 25

26 4. Exemplo: Modos de Carga, conectores, EVs Tópico importante e quente dificuldades em assegurar interoperabilidade entre carregadores e VEs Muitas normas cobrindo a carga condutiva dos VEs, diferentes entidades Source: David Reeck, EV Roadmap 7 Conf.,

27 4. Exemplo: Modos de Carga, conectores, EVs Carga condutiva: modos, casos, tomadas e fichas??? IEC (tensão nominal de saída até V AC, V DC), define 4 Modos de carga: Modo 1: Carga lenta com uma tomada e ficha de tipo doméstico. Máximo 16 A: 1~ (250 V max.), 3~ (480 V max.) 3.7 kva, 11 kva Modo 2: Carga lenta de uma tomada e ficha de tipo doméstico com dispositivo de proteção no cabo. Máximo 32 A: 1~ (250 V max.), 3~ (480 V max.) 7.4 kva, 22 kva Modo 3: Carga lenta ou rápida utilizando tomada-ficha específica para VEs com funções de controlo e proteção instalada (max. 32 A, para Caso B ou 63 A para caso C) 22 kva, 43 kva Modo 4: Carga rápida, usando carregador externo, que converte a alimentação de CA em CC (DC). CHAdeMO 2.0 até 400 A, 1000 V Esta norma também define três Casos de conexão: Caso A Cabo permanentemente ligado ao VE Caso B Cabo solto (desligável nas duas extremidades) Caso C Cabo permanentemente ligado à posto de carregamento 27

28 4. Exemplo: Modos de Carga, conectores, EVs IEC :2016 (AC) e :2014 (DC) apresentam diferentes tipos de conectores (ficha e tomada): Tipo 1-1~ conhecido como Yazaki ou SAE J1772/2009. Usado sobretudo no Japão e EUA Tipo 2-1~ e 3~ com tomada-ficha sem obturadores: conhecido por Mennekes Tipo 3-1~ e 3~ com tomada-ficha com obturadores (alvéolos protegidos), como a SCAME da EV Plug Alliance Tipo 4 - DC conhecido como CHAdeMO, desenvolvido no Japão. Source: Wikipedia, IEC_62196 Em janeiro de 2013, a Comissão Europeia definiu o "Tipo 2" como o conector normalizado comum para toda a Europa (producão do Tipo 3, SCAME, foi abandonado cerca do final de 2015) 28

29 4. Exemplo: Modos de Carga, conectores, EVs Para permitir a carga de um VE em AC e DC, foram criados os sistemas de carregamento combinado, Combo charging systems, CCS Combo1 - para EUA: Tipo 1 (Yazaky) + DC (CHAdeMO) Combo2 - para Europe: Tipo 2 (Mennekes) + 2 pinos DC Source: Mark Kane, InsideEVs, March 2014 Source: EFACEC Alguns carregadores no mercado têm conectores de diferentes tipos (e.g. CHAdeMO, CCS/Combo; AC tipo 2 Fig. EFACEC) Carregadores Ultra-rápidos de 350 kw (EFACEC, 920 V, Modo 4, CCS) 29

30 V - Conclusões Enquadramento da normalização de VEs de forma compacta e as atividades de normalização mais relevantes em curso Principais áreas objeto de trabalho de normalização: conductive charging systems wireless power transfer electric double-layer capacitors for use in HEV conductive power supply system for Light Electric Vehicles (LEV) EVs battery swap systems vehicle to grid communication interface safety specifications for electrically propelled road vehicles test specification for lithium-ion traction battery packs and systems

31 V - Conclusões Grande esforço para garantir que não haja obstáculos, deste ponto de vista, para a disseminação de VEs como uma solução de mobilidade sustentável. Referências dadas permitirão que o não-especialista em normalização tenha acesso fácil e rapidamente ao estado atual dos trabalhos de normalização e dos trabalhos futuros. Normalização em VEs não é tarefa fácil e está em constante evolução mas alguém tem que a fazer! 31

32 Com base em atualização de: Electric Propulsion Vehicles Standardization: Where Are We? Paulo G. Pereirinha, João P. Trovão, Victor Santos, Electrical Eng.. Electronic Journal, AEDIE, Vol.1, No. 3, May 2016, ISSN