Sterowanie stacją ładowania DC – od komunikacji CCS po integrację systemów i urządzeń
Współczesna stacja ładowania DC to nie tylko źródło energii dla pojazdu. Odpowiada również za komunikację z pojazdem, wymianę danych z systemami operatorskimi oraz koordynację pracy urządzeń odpowiedzialnych za bezpieczeństwo i realizację procesu ładowania. Skuteczna integracja tych elementów wymaga odpowiedniej architektury sterowania.
CHARX control flexible– modularne podejście do budowy stacji DC
Realizacja komunikacji z pojazdem oraz integracja wszystkich urządzeń stacji wymagają elastycznej i skalowalnej architektury sterowania. W platformie CHARX control flexible zadania te zostały rozdzielone pomiędzy moduł komunikacyjny AXL F IF SECC 1F oraz sterownik PLCnext Control.
Moduł SECC odpowiada za realizację komunikacji CCS zgodnej z DIN SPEC 70121 i ISO 15118, natomiast PLCnext Control pełni funkcję centralnego elementu zarządzającego logiką aplikacji oraz integracją wszystkich podzespołów stacji.
Taki podział upraszcza rozwój systemu i pozwala elastycznie dopasować jego konfigurację do wymagań konkretnej aplikacji. Dzięki temu ta sama architektura może być wykorzystana zarówno w kompaktowych ładowarkach DC, jak i rozbudowanych stacjach wielostanowiskowych.
W zależności od wymagań projektu producent może dobrać odpowiednią jednostkę PLCnext Control oraz niezbędne moduły rozszerzeń, zachowując tę samą architekturę systemu sterowania.
Przykładowa konfiguracja platformy CHARX control flexible dla dwustanowiskowej stacji DC. Jeden sterownik PLCnext Control współpracuje z dwoma modułami SECC oraz modułami wejść, wyjść i interfejsów komunikacyjnych odpowiedzialnymi za integrację urządzeń stacji.
Komunikacja CCS i zgodność z ISO 15118
Komunikacja pomiędzy pojazdem a stacją stanowi jeden z kluczowych elementów procesu ładowania DC. To właśnie od niej zależy możliwość rozpoczęcia ładowania, uzgodnienia parametrów energetycznych oraz bezpiecznego przebiegu całego procesu. W standardzie CCS komunikacja realizowana jest zgodnie z normami DIN SPEC 70121 oraz ISO 15118.
Moduł AXL F IF SECC 1F obsługuje komunikację po stronie stacji i umożliwia realizację funkcji takich jak Plug & Charge oraz rozwiązań przewidzianych w ISO 15118-20, w tym ładowania dwukierunkowego V2G (Vehicle-to-Grid).
Ma to szczególne znaczenie w kontekście rozporządzenia AFIR oraz Aktu Delegowanego (UE) 2025/656, które określają harmonogram obowiązkowego wdrażania norm ISO 15118-2 i ISO 15118-20 w nowej infrastrukturze ładowania na terenie Europy.
Gotowa obsługa standardów komunikacyjnych pozwala producentom skupić się na rozwoju funkcji stacji, integracji urządzeń oraz logice sterowania, bez konieczności samodzielnego rozwijania złożonych protokołów.
| Data | Wymaganie | Znaczenie dla producentów stacji |
| 13 kwietnia 2024 | Wejście w życie rozporządzenia AFIR | Obowiązek zapewnienia ładowania ad hoc oraz prostych i niedyskryminujących metod płatności, np. kart płatniczych lub rozwiązań cyfrowych. |
| 8 stycznia 2026 | Obowiązkowe wsparcie normy ISO 15118-2 w nowych i modernizowanych publicznych punktach ładowania AC i DC | Wymagana bezpieczna komunikacja pomiędzy pojazdem a stacją oraz obsługa funkcji takich jak Plug & Charge. |
| 1 stycznia 2027 | Obowiązkowe wsparcie normy ISO 15118-20 w nowych i modernizowanych punktach ładowania | Obsługa funkcji Plug & Charge, inteligentnego zarządzania ładowaniem (smart charging) oraz ładowania dwukierunkowego V2G (Vehicle-to-Grid). |
Kluczowe terminy wynikające z AFIR
Sterowanie procesem ładowania i integracja urządzeń
Po stronie sterowania kluczowe znaczenie ma koordynacja pracy wszystkich podzespołów odpowiedzialnych za realizację i bezpieczeństwo procesu ładowania.
Nadzoruje pracę modułów mocy, steruje stycznikami wysokiego napięcia, monitoruje stan izolacji, kontroluje układy chłodzenia oraz realizuje procedury bezpieczeństwa wymagane podczas procesu ładowania.
Jednocześnie sterownik integruje urządzenia odpowiedzialne za autoryzację użytkownika, pomiar energii, obsługę płatności, komunikację z systemami operatorskimi oraz lokalny interfejs użytkownika. Dzięki temu wszystkie funkcje stacji mogą być zarządzane z poziomu jednej platformy sterowania.
W ramach tej architektury mogą być integrowane m.in.::
- moduły mocy DC,
- liczniki energii,
- układy monitorowania izolacji,
- styczniki wysokiego napięcia,
- systemy chłodzenia,
- czytniki RFID,
- wyświetlacze HMI,
- systemy komunikacji z backendem.
Szerokie możliwości komunikacyjne PLCnext Technology pozwalają integrować urządzenia wykorzystujące różne interfejsy i protokoły, dzięki czemu logika stacji może być realizowana w ramach jednego systemu sterowania.
Dodatkowym ułatwieniem są dostępne biblioteki programowe oraz gotowe bloki funkcyjne dla wybranych komponentów stosowanych w stacjach ładowania. Dotyczy to między innymi bibliotek do modułów mocy, liczników energii oraz komunikacji OCPP. Skraca to czas implementacji i ogranicza nakład prac programistycznych.
Sterownik może również realizować funkcje diagnostyczne, rejestrować zdarzenia oraz udostępniać dane wykorzystywane podczas serwisu i utrzymania infrastruktury.
Rys. Nowoczesna stacja ładowania DC integruje moduły mocy, urządzenia pomiarowe, układy bezpieczeństwa oraz systemy komunikacyjne w ramach jednej architektury sterowania.
Podstawowym środowiskiem programistycznym platformy CHARX control flexible jest PLCnext Engineer, umożliwiający tworzenie aplikacji sterujących, konfigurację urządzeń oraz integrację funkcji realizowanych przez PLCnext Technology.
Platforma PLCnext Technology umożliwia łączenie programowania zgodnego z IEC 61131-3 z rozwiązaniami tworzonymi w językach C++, C#, Python oraz środowisku MATLAB Simulink. Poszczególne elementy oprogramowania mogą być uruchamiane równolegle na tym samym sterowniku PLCnext Control, co pozwala efektywnie łączyć klasyczne funkcje automatyki z zaawansowanymi funkcjami aplikacyjnymi.
Dodatkowo platforma wspiera technologię Docker, umożliwiając uruchamianie oprogramowania w postaci niezależnych kontenerów. Pozwala to integrować rozwiązania opracowane przez różne zespoły lub dostawców, upraszcza wdrażanie aktualizacji oraz ułatwia rozwój dodatkowych funkcji, takich jak diagnostyka, analiza danych czy integracja z systemami zewnętrznymi.
Wymiana danych pomiędzy poszczególnymi komponentami systemu może być realizowana za pośrednictwem mechanizmu Global Data Space (GDS), który zapewnia spójną komunikację pomiędzy logiką sterowania, modułem SECC oraz dodatkowymi usługami działającymi na sterowniku.
Takie podejście upraszcza implementację algorytmów diagnostycznych, funkcji serwisowych, integracji z systemami zewnętrznymi oraz mechanizmów wyróżniających produkt na rynku. Dzięki temu producenci stacji mogą rozwijać własne funkcje bez konieczności tworzenia całego systemu od podstaw, wykorzystując kompetencje zarówno zespołów automatyki, jak i programistów odpowiedzialnych za rozwój bardziej zaawansowanych usług cyfrowych.
Rys. Wielojęzykowe środowisko programistyczne PLCnext Technology.
Cyberbezpieczeństwo i nowe wymagania regulacyjne
Współczesne stacje ładowania są urządzeniami stale połączonymi z siecią, dlatego cyberbezpieczeństwo staje się równie istotne jak bezpieczeństwo elektryczne.
Projektując nowe rozwiązania, producenci muszą uwzględniać wymagania wynikające z dyrektywy RED, Cyber Resilience Act (CRA) oraz regulacji NIS2. W praktyce oznacza to konieczność bezpiecznego zarządzania aktualizacjami, ochrony komunikacji oraz kontroli dostępu do urządzeń przez cały okres eksploatacji stacji.
Wykorzystanie przemysłowej platformy sterowania pozwala już na etapie projektowania uwzględnić mechanizmy bezpiecznej komunikacji, zarządzania użytkownikami i aktualizacjami oprogramowania, które są wymagane przez nowe regulacje.
Podsumowanie
Rosnąca liczba funkcji realizowanych przez stacje ładowania sprawia, że coraz większe znaczenie ma spójna architektura sterowania. Platforma CHARX control łączy komunikację CCS, sterowanie procesem ładowania oraz integrację urządzeń stacji w ramach jednego rozwiązania. Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie jednej platformy sprzętowej i programistycznej w wielu rodzinach produktów, od kompaktowych ładowarek DC po rozbudowane stacje wielostanowiskowe. Takie podejście upraszcza rozwój nowych urządzeń oraz ułatwia dostosowanie ich do zmieniających się wymagań technicznych i regulacyjnych.
Autor:
Rafał Sypniewski
Menadżer Segmentu Rynku E-mobility, Phoenix Contact
