Wat is de taak van loadbalancing bij een EVSE (laadpunt) en waarom heb je dat nodig?

Als je thuis een EV gaat laden trekt dit een zodanig grote stroom dat de kans groot is dat de hoofdzekering er uitklapt. Als een EVSE (laadpunt) loadbalancing ondersteund zal die er voor zorgen dat nooit een grotere stroom uit het net getrokken wordt dan is toegestaan en blijft de hoofdzekering in tact.

Kwestie van rekenen

Stel je hebt een aansluiting op het net van 1x40 Ampère, dus een enkelfase aansluiting. Dan moet je zorgen dat de maximale stroom die je uit het net afneemt niet groter wordt dan 40 Ampère, zoveel is duidelijk.

Zolang je géén EV hebt, is de kans zéér gering dat je ooit te maken krijgt met een overbelasting en de hoofdzekering er uit springt. Maar, zodra je een EV hebt en die thuis gaat laden, dan zullen flinke stromen uit het net opgenomen kunnen worden.

Een laadstroom van 16 Ampère, dus een laadvermogen van 16A x 230V = 3680 Watt (3,7 kW) is voor een EV nog een betrekkelijk lage laadstroom. Want in tien uur laden is de accu van de EV voorzien van 10 uur x 3,7 kW = 37 kWh. Als we daar nog eens 10% laadverliezen van aftrekken dan is 37 x 0,9 = 33,3 kWh in de accu terecht gekomen. Dat is, goed voor zo'n 33,3 / 0,2 = 166,5 km extra actieradius. Je ziet, dat is niet zo heel veel.

Grote kans dat je de EV wil laden met 20, 25 of 32 Ampère. Laten we 32 Ampère eens nemen. Dan laad je dus twee keer zo snel, dus na tien uur levert dat een extra bereik op van circa 333 km. Maar dan loopt er wel een stroom van 32 Ampère naar de EV.

De hoofdzekering in dit voorbeeld is 40 Ampère, dus dat gaat wel lukken. Maar stel je zet een waterkoker aan, die heeft een vermogen van zo'n 2300 Watt, en dat is dus 2300 Watt / 230 Volt = 10 Ampère. Als die waterkoker tegelijkertijd aangaat als dat de EV geladen wordt met 32 Ampère dan is de totale stroom die je uit het net trekt: 32A + 10A = 42 Ampère. Dat is dus te veel voor de hoofdzekering.

Is je hoofdzekering een "oudje" dan is die uitgevoerd als een smeltzekering. Smelt die door, dan moet je de netbeheerder bellen en die moeten langskomen om de hoofdzekering te vervangen. Grote kans dat je daar voor moet betalen.

Bij nieuwe woningen vanaf circa 2000 heeft de netbeheerder de hoofdzekering uitgevoerd als een installatieautomaat, dat is een zekering die je zelf kan resetten nadat hij er uitgeklapt is. Dus dan zijn de gevolgen niet zo erg, maar toch moet dat niet te vaak voorkomen.

In dit voorbeeld hebben we alleen maar één extra apparaat ingeschakeld, de waterkoker. Maar een stoomstrijkijzer, vaatwasser, wasmachine, oven en inductiekookplaat zijn ook apparaten die per stuk circa 10 Ampère uit het net kunnen trekken.

Dus al zou je de EV met een kleinere laadstroom laden, bijvoorbeeld 20 Ampère, dan moet je niet ook nog eens de vaatwasser (10A), wasmachine (10A) en inductiekookplaat (circa 10A, maar kan rustig ook tijdelijk 20A zijn) aanzetten. Want dan kan de stroom oplopen tot 50 Ampère of meer. En knal, daar ligt dan de hoofdzekering er uit en zit je zonder stroom.

Heb je een 3x25A netaansluiting, dus een driefase aansluiting, dan kan je per fase maar 25 Ampère uit het net trekken. De hoofdzekeringen zijn dus uitgevoerd als 25A zekeringen. Met de kennis van wat we hiervoor hebben beschreven, is het probleem nog nijpender omdat de kans nog groter dat je op één fase meer dan 25 Ampère stroom uit het net trekt.

Als je een EV thuis gaat laden, dan moet je dus zorgen dat niet te veel stroom uit het net getrokken wordt. Je kan dat op twee manieren bereiken: 1. je houdt zelf goed in de gaten welke apparaten tegelijkertijd ingeschakeld worden ("hé Sjaak, mag ik de vaatwasser aanzetten? Nee, even wachten, de EV staat te laden! "), of 2. je maakt gebruik van een "loadbalancer" en je hebt er geen omkijken naar.

Wat doet een loadbalancer?

Een loadbalancer is een functionaliteit die een EVSE (laadpunt) kan leveren. De loadbalancer meet continue de hoeveelheid stroom die van het net getrokken wordt. In de EVSE leg je tijdens de installatie vast wat de maximale stroom is die uit het net getrokken mag worden, in dit voorbeeld 40 Ampère of 25 Ampère. De loadbalancer zal zorgen dat de laadstroom naar de EV zodanig verlaagt wordt dat de stroom die uit het net getrokken wordt nooit hoger zal worden dan in dit geval 40A of 25A.

De loadbalancer zal "dynamisch" de laadstroom aanpassen, vandaar dat deze functie ook wel eens een dynamische loadbalancer wordt genoemd. Stel je hoofdzekering is 40A en de EV werd geladen met 32A, dan is er nog niets aan de hand.

Stel dat je de waterkoker aanzet van 2300 Watt, dat is 10A, dan neemt de stroom uit het net toe naar 32A + 10A = 42A. De loadbalancer die continue de stroom vanuit het net bewaakt bemerkt dat dit hoger is dan 40A en zal de laadstroom naar de EV beperken van 32A naar bijvoorbeeld 29 Ampère. Die 29A laadstroom samen met de waterkoker van 10A is dan samen 39A, dus minder dan de maximale 40A. De loadbalancer zal doorgaans altijd een kleine veiligheidsmarge aanhouden, die we hier op 1A hebben gesteld.

Stel dat de waterkoker nog aanstaat en de oven wordt aangezet, die oven trekt ook circa 10A. Dan zal uit het net een stroom getrokken worden van 10A + 10A + 29A = 49 Ampère. Dat is te veel, dus past de EVSE de laadstroom meteen aan naar 19 Ampère en daarmee wordt de stroom die uit het net getrokken wordt: 10A + 10A + 19A = 39 Ampère.

Stel dat ook nog eens de inductiekookplaat wordt aangezet en een flink aantal kookzone's op hoog vermogen worden ingeschakeld, en laten we eens stellen dat de kookplaat dan 15 Ampère trekt. Dan is de totale stroom uit het net: 10A + 10A + 19A + 15A = 54 Ampère. Dat is veel te veel dus past de EVSE de laadstroom aan. Je zou verwachten dat hij de laadstroom dan aanpast naar 4 Ampère, want dan is de totale stroom: 10A + 10A + 4A + 15A = 39 Ampère, en dat is onder de 40 Ampère, dus goed.

Maar wat er gebeurd is dat de EVSE het laden van de EV stopt. De reden is dat een EV een minimale laadstroom nodig heeft van 6 Ampère. Omdat maar 4 Ampère "ruimte" is, zal hij dus het laden tijdelijk stoppen.

Zodra de waterkoker klaar is komt weer 10A vrij en dan zal de EVSE de EV opdracht geven om op 14 Ampère te gaan laden. Want 10A + 14A + 15A = 39 Ampère.

Hoe snel knalt de hoofdzekering er uit?

Veel minder snel dan je denkt. Als eerste, wat velen denken is dat als door een zekering van, bijvoorbeeld, 16A een stroom loopt van 16,1 Ampère de zekering gelijk doorsmelt / uitschakelt. Dat is totaal niet het geval. Een doorsnee zekering / automaat schakelt bij 150% overbelasting, dus 24 Ampère stroom door een 16 Ampère zekering pas na circa 100 seconden pas af. Bij een twee keer zo hoge stroom als de nominale stroom (de zekeringwaarde) is dat na zo'n zeven seconde. Lees hier meer over in het artikel over installatieautomaten onder het kopje uitschakelkarakteristieken. Daarnaast, de zekering van hoofdzekering (van de netbeheerder in jouw groepenkast) is een zogenaamde zekering met "C karakteristiek" en die schakelt nóg veel trager uit, trager dan de zekeringen in jouw groepenkast die een "B-karakteristiek" hebben. Dus de loadbalancer heeft wat dat betreft alle tijd om te reageren om (langdurige) te hoge stroomsterktes te voorkomen.

Ondersteund iedere EVSE loadbalancing?

Nee, niet iedere EVSE (laadpunt) ondersteund loadbalancing. En mocht het ondersteund worden, dan moet je vaak er iets bij kopen of een licentie betalen om het te mogen gebruiken.

Wat is nodig voor loadbalancing?

De EVSE (laadpunt) moet dit softwarematig ondersteunen (want in een EVSE zit altijd een klein computertje) en hij moet zeer regelmatig meetgegevens ontvangen over de stroomafname vanuit het net.

Daar zijn twee technieken voor, of de EVSE maakt gebruik van de stroommeting die al in iedere slimme meter zit en via de P1-poort gratis beschikbaar wordt gesteld. Heb je een slimme meter, dan beschikt deze over een P1 poort en daarop word iedere seconde (bij DSMR5 slimme meters) of iedere tien seconde (bij oudere DSMR4 slimme meters) de afname- of terugleveringgegevens beschikbaar gesteld. De EVSE kan hier met een simpel UTP kabeltje gebruik van maken.

Een alternatief is dat de stroommeting uitgevoerd met een zogenaamde (of klemmen). Bij de EVSE wordt dan één CT-klem bij een enkelfase netaansluiting, of drie CT-klemmen als je een driefase netaansluiting hebt, geleverd. De CT-klem is een klein doosje dat je openklapt en om de fasedraad tussen de hoofdschakelaar en de kWh meter klemt. Die CT-klem meet de stroomsterkte (en richting) van de stroom van of naar het net en geeft dit via een klein kabeltje door aan de EVSE. Soms worden het kabeltje van de CT-klemmen met een UTP kabel verlengt en rechtstreeks aangesloten op de EVSE. Soms wordt een apart kastje geleverd dat je in de meterkast moet hangen en daar worden de CT-klemmen op aangesloten en wordt het kastje met een kabeltje of via wifi aangesloten op de EVSE.

Sommige EVSE maken het heel makkelijk, als je op de P1-poort al een Homewizard P1 dongle hebt aangesloten om je energieverbruik en teruglevering van zonnepanelen in de gaten te houden, dan kan de betreffende EVSE die gegevens ook uit de P1-dongle van Homewizard halen (via wifi).

Let op: het gebruik van wifi is wel heel handig, want geen kabels, maar wifi is niet altijd betrouwbaar, het signaal kan wegvallen en dat wil je bij loadbalancing niet. Communicatie via een kabeltje is veel bedrijfszekerder. Overigens, mocht de wifi verbinding uitvallen, dan gaan de meeste EVSE's over op een noodstand, waarbij de laadstroom zeer sterk beperkt wordt (mogelijk zelfs uitgeschakeld wordt) om overbelasting van de netaansluiting te voorkomen.

Meer informatie over de CT-klem is in dit artikel te lezen.

Wat verschilt loadbalancing met de zonne-energie overschot meting bij het laden van de EV op zonne-energie?

Loadbalancing en de meting voor zonne-energie overschot om de EV te laden op puur eigen zonne-energie hebben één ding gemeen: ze kunnen alleen maar werken als de stroom van/naar het net gemeten wordt.

Heeft de EVSE loadbalancing, dan wordt dus de stroom vanuit/naar het net gemeten, en diezelfde meting is ook nodig voor het laden met zonne-energie overschot.

Hoewel de meting dus van beiden identiek is, en zelfs gedeeld kan worden tussen de twee processen/functionaliteiten, betekent dit nog niet dat als de EVSE loadbalancing ondersteund, deze ook laden op zonne-enerige ondersteund (of andersom), maar vaak is dit wel het geval.

Concreet: als de EVSE loadbalancing en EV laden op zonne-energie ondersteund, dan heb je maar één meting (apparaat) nodig die de stroom vanuit/naar het net meet.