Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Study and Analysis of Asymmetrical Charging as A New Electrical Vehicle (EV) Smart Charging Method
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Currently, the proliferation of electrified vehicles (EV) has increased rapidly. Considering EV users’ point of view, the duration of charging, and the place to charge their car are essential factors. Increase of EV penetration gives also impact on the electrical network such as overloading, and power quality issues. IEC 61851 and ISO 15118 are the two primary standards to provide requirements for electric vehicle supply equipment (EVSE) to ensure the process of charging can be adequately conducted without disrupting the electric system in general. Following standards and considering the user’s preference in charging place, a new charging method that can draw higher energy than existing technique should be developed. A three-phase grid connected home system is modeled in this study to see the impact of unbalance household load to a three-phase charging. The load modeling covers the variation level of load in summer, spring/fall, and winter. Specific usages of electricity are distributed in a three-phase home system which consists of phase 1: cold appliance, cooking, standby appliances, and other loads; phase 2: heat pumps, audiovisual (Television and sound system) and computer size; and phase 3: Lightning and washing. Two methods of charging are defined in this model, which are symmetrical (existing standard) and asymmetrical (proposed). In symmetrical technique, the On-board Charger (OBC) will draw equal phase current independent of home loads connected in each phase of three phase system. The three phase system will not balanced completely in this method. Meanwhile, in asymmetrical method, the OBC will draw the leftover of current in each phase according to its real-time availability by balancing all three phase in the home. The asymmetrical method is expected to achieve faster charging duration than symmetrical charging due to higher energy availability. There three main cases defined in this study: theoretical case (the EV is charged from hour 00:00), 0-100% SOC case, and the user case (the distance targeted determines Car Demand). The result of simulation reveals that Asymmetrical charging method can provide higher energy available than asymmetrical technique. Fuse-rating level influences a lot on this result. If the higher fuse rating applied in the same load profile, the gap of energy availability between symmetrical and asymmetrical will be reduced. But still the symmetrical method never perform better energy availability than the asymmetrical method, either with 16 A fuse and 20 A fuse. This result of energy availability becomes an indication for 3 the theoretical case, in which asymmetrical method can provide more charging cycles than the symmetrical method, especially for 16 A fuse system. For all cases that have been simulated, the asymmetrical method shows benefits in terms of reduction in time and cost reduction. In a year, the saving of hours of charging duration which could be achieved by new charging method in a 16 A fuse system is as high as 8 hours and 4 hours for 0-100% SOC cases and partial charging user cases respectively (less than 50% approx.). In a three-year cost comparison, the money that could be saved by the asymmetrical method in a 16 A fuse system are as high as 35 Euro for 0-100% case and 23,405 Euro in the user case. After simulations result obtained, asymmetrical method demonstrates a promising performance of the new charging technique in terms of duration and saving. There is a need to push a new standard to realize the implementation of this charging activity. A communication scheme between energy meter, EVSE, and OBC should be established to exchange real-time current availability information. New AC information sequences could be adapted from the DC charging communication standard, IEC 61851-24.

Abstract [sv]

För närvarande har spridningen av elektrifierade fordon (EV) ökat snabbt. Att ta hänsyn till EVanvändarnas synvinkel, laddningstiden och platsen att ladda sin bil är väsentliga faktorer. Ökning av EVpenetration ger också inverkan på det elektriska nätverket, såsom överbelastning och problem med kraftkvalitet. IEC 61851 och ISO 15118 är de två primära standarderna för att tillhandahålla krav på elfordonsförsörjningsutrustning (EVSE) för att säkerställa att laddningsprocessen kan genomföras på ett adekvat sätt utan att störa det elektriska systemet i allmänhet. Efter standarder och med tanke på användarens preferens på laddningsplats bör en ny laddningsmetod som kan dra högre energi än befintlig teknik utvecklas. Ett tre-fas nätanslutet hemsystem modelleras i denna studie för att se effekterna av obalanserad hushållsbelastning på en trefasladdning. Lastmodelleringen täcker variationen i lasten på sommaren, våren / hösten och vintern. Specifika användningsområden för elektricitet distribueras i ett trefas hemsystem som består av fas 1: kallapparat, matlagning, standbylagare och andra laster; fas 2: värmepumpar, audiovisuella (TV- och ljudsystem) och datorstorlek; och fas 3: Blixt och tvätt. Två laddningsmetoder definieras i denna modell, som är symmetriska (befintlig standard) och asymmetriska (föreslagna). I symmetrisk teknik drar ombordladdaren (OBC) lika fasström oberoende av hembelastningar anslutna i varje fas i trefassystemet. Trefassystemet kommer inte att balansera helt i denna metod. Under tiden, i asymmetrisk metod, kommer OBC att dra återstoden av strömmen i varje fas enligt dess realtids tillgänglighet genom att balansera alla tre faserna i hemmet. Den asymmetriska metoden förväntas uppnå snabbare laddningstid än symmetrisk laddning på grund av högre energitillgänglighet. Det finns tre huvudfall definierade i denna studie: teoretiskt fall (EV debiteras från timme 00:00), 0-100% SOC-fall och användarfallet (avståndsinriktningen avgör bilfrågan). Resultatet av simulering avslöjar att asymmetrisk laddningsmetod kan ge högre tillgänglig energi än asymmetrisk teknik. Säkringsgraden påverkar mycket på detta resultat. Om den högre säkringsgraden som tillämpas i samma belastningsprofil kommer energiförbrukningen mellan symmetrisk och asymmetrisk att minska. Men fortfarande har den symmetriska metoden aldrig bättre energitillgänglighet än den asymmetriska metoden, varken med 16 A-säkring och 20 A-säkring. Detta resultat av energitillgänglighet blir en indikation för det teoretiska fallet, i vilket asymmetrisk metod kan ge fler laddningscykler än den symmetriska metoden, särskilt för 16 A-säkringssystem. För alla fall som har simulerats visar den asymmetriska metoden fördelar när det gäller minskning av tid och kostnadsminskning. På ett år är besparingen av timmar med laddningstid som kan uppnås genom en ny laddningsmetod i ett säkringssystem på 16 A så hög som 8 timmar och 4 timmar för 0-100% SOC-fall respektive partiell laddning av användarfall (mindre än 50% ungefär). I en kostnadsjämförelse på tre år är de pengar som kan sparas med den asymmetriska metoden i ett säkringssystem på 16 A så höga som 35 Euro för 0-100% fall och 23 405 Euro i användarfallet. Efter erhållna simuleringsresultat visar den asymmetriska metoden en lovande prestanda för den nya laddningstekniken när det gäller varaktighet och sparande. Det finns ett behov att driva en ny standard för att realisera genomförandet av denna avgiftsaktivitet. Ett kommunikationsschema mellan energimätare, EVSE och OBC bör inrättas för att utbyta information om aktuell tillgänglighet i realtid. Nya ACinformationssekvenser kan anpassas från DC-laddningskommunikationsstandarden, IEC 61851-24.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 76
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:695
National Category
Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-264103OAI: oai:DiVA.org:kth-264103DiVA, id: diva2:1372044
External cooperation
Volvo Car
Subject / course
Energy Technology
Educational program
Degree of Master
Presentation
2019-11-19, 00:00
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-11-21 Created: 2019-11-21 Last updated: 2019-11-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2459 kB)5 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2459 kBChecksum SHA-512
4ca3ac9534b13760aaae55d51b2c99ed8a6924bbf26575e29049f96f316e65cf5cbd387361f60ef28a1f9f0bbdeefc1f19a735493c3d8b1eda4962419edac400
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Energy Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 5 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 32 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf