Parkování elektromobilů v automatických parkovacích domech

Pokud se situace změní vyvinutím požárně odolnějších baterií či dalšími technologickými úpravami vozidel, je připraveno konstrukční a technologické řešení i pro typ APD, popisovaný v minulém vydání časopisu Stavebnictví č. 04/2022, ke kterému dospěl výzkum provedený firmou KOMA – Industry s.r.o. ve spolupráci s Vysokou školou báňskou – Technickou univerzitou Ostrava.

Pro volbu způsobu dobíjení akumulátorů je důležitým faktorem účel, pro který je APD vybudován. Může sloužit k parkování vozidel osob v obytných domech, hotelích, zaměstnanců úřadů nebo továren, což předpokládá klidový režim vozidla v řádu několika hodin, nebo naopak k parkování vozidel občanů docházejících na úřad, nakupujících v obchodech či návštěvníků zdravotnických středisek, kteří opustí své vozidlo v APD pouze na desítky minut. Dalším rozhodným kritériem je objem příkonu a jištění APD, které musí garantovat příkon technologie APD i nutný příkon dobíjecích stanic. Zároveň je třeba vzít v potaz radikální odlišnost mezi dobíjením u stacionárních stanic a dobíjením v APD. Zatímco u klasických stojanů propojí řidič dobíjecí stojan s automobilem svým kabelem s příslušnými konektory, případně kabelem přímo ze stojanu, u APD propojí automobil s paletou, na které je vozidlo umístěno. Poté, co řidič, který se identifikuje do systému (např. RFID kartou), opustí odbavovací prostor a zadá pokyn k zaparkování, řídicí systém v automatickém modu dopraví paletu s vozidlem do boxu, jenž je po usazení do konečné pozice připraven k propojení s dobíjecí stanicí.

Pro správný kontakt kolíků zástrčky s objímkami zásuvky je nezbytné přesné polohování palety v horizontálním i vertikálním směru. Po dojezdu do žádané polohy, která je verifikována indukčními nebo optickými senzory, je v této poloze fixována magnetickým přidržovačem.

Současně je uveden do provozu lineární aktuátor, který vysune kolíky nabíjecí stanice do protikusu na paletě. Poté je v režimu „plug and charge“ aktivováno nabíjení elektromobilu na paletě. Výkony nabíječek bude nutno dynamicky řídit v závislosti na odběru celého APD, což zajistí inteligentní DLM (dynamic load management) systém. Ten adaptivně reguluje energii pro nabíjecí stanice i pro jiné účely a rovněž umožní sledování stavu nabití elektromobilů. Při vyzvednutí elektromobilů řídicí systém pomocí OCPP protokolu ukončí nabíjení a následně paletu s vozidlem přepraví do odbavovacího prostoru.

Palety v APD pro elektromobily musí splňovat celou řadu kritérií, aby mohly vyhovět požadavkům, které jsou na ně kladeny. Hmotnost automobilů na elektrický pohon je zvýšena o váhu baterií (cca 550 kg), proto je konstrukce palety navržena tak, aby splňovala mechanické namáhání jak po dobu nájezdu vozidla na paletu, tak i klidovou polohu zaparkovaného vozidla, a to stojící na podstavcích i zvedacích bodech. Tuhost palety zaručuje ve všech případech svislou deformaci max. 8 mm. Elektrovýbava palet, vzhledem k jejich případným otáčením o 180 stupňů, musí být oboustranná, zrcadlově vzhledem k příčné ose a vzhledem k možnému vystavení kapající vodě i sněhu v krytí IP 54. Povrch palety musí odolávat abrazivním účinkům inertního materiálu i chemického působení posypové soli. Z tohoto důvodu se jejich povrch ošetří pokovením a nátěrem. Paleta působí rovněž jako záchytná vana umožňující uložit cca 5 l okapové vody. Ta je vypouštěna přes výpustné zařízení v určeném prostoru, obvykle v místě odbavení vozidla. Voda může být kontaminována solemi, pevnými částicemi, ale i možnými úkapy motorových kapalin, proto je do kanalizace vypouštěna přes odkalovací jímku, která je v pravidelných intervalech podrobována rozborům před vyčerpáním.

Zvedací zařízení je vyvíjeno s ohledem na nutnost bezpečné a rychlé přepravy mezi podlažími s hmotností vlastní klece zvedacího zařízení (cca 500 kg), hmotností palety (500–650 kg) a hmotností elektromobilu (až 3 500 kg). Zrychlení, rychlost a zpomalení jsou faktory ovlivňující nejfrekventovanější požadavek – čas potřebný k obsloužení zákazníka. Pozorováním bylo zjištěno, že optimální rychlost zdvihu je 0,5 m/s, zrychlení a zpomalení 0,3 m/s². Předmětem výzkumu byla rovněž vhodnost použitého způsobu pohonu klece zdviže. V úvahu připadal pohon hydraulický, lanový, pásový, respektive využití systému tlačných řetězů. Každý z uvedených pohonů má své klady a zápory. Mimo již zmíněné rychlosti byly posuzovány i další rozhodné parametry:

• bezporuchovost;
• přesnost polohování klece zdviže v patře;
• bezpečnost;
• energetická náročnost;
• použití protizávaží;
• plynulost pojezdu klece;
• nároky na servis;
• ekologie.

Vyhodnocením kombinací dosahovaných hodnot uvedených parametrů, jejichž váha odpovídá uvedenému pořadí, byl stanoven jako optimální lanový pohon s protizávažím. Ten při dodržení rychlosti pohybu nevyžaduje sekundární funkci dopolohování klece po jejím zatížení, nebo naopak odlehčení, a to vyhodnocováním diferencí mezi signálem z inkrementálního senzoru a polohovacího, páskového encoderu. Přípustnou výškovou toleranci, která činí max. 5 mm, zejména u technologie využívající k přesunu palet robotické vozíky, je schopen nejlépe zajistit lanový pohon.

Parametry zvedacího zařízení:

• nosnost: 5 000 kg;
• rozměry vozidla: 5 200 × 2 200 × 1 900 mm [d × š × v];
• výkon motoru (odhadovaný): 45 kW;
• elektrická síť: 3 × 400 V / 230 V / 50 Hz;
• rychlost: 0,5 m/s;
• počet startů: 180/hod.

Požární ochrana APD

Zatím nedořešeným problémem zůstává výbava APD pro elektromobily z hlediska požární ochrany. Dosavadně instalované stabilní, polostabilní či doplňkové hasicí zařízení (sprinklery, vodní mlha) nejsou schopny pokrýt zvýšená rizika plynoucí z možného požáru elektromobilů. Mezinárodně působící společnost Rosenbauer přichází s inovovaným postupem hašení baterií zhotovených na bázi lithium-iontové technologie, dokonce i s možností chlazení jednotlivých článků, ovšem pro jeho uplatnění je nutné mít automobil na volné ploše, nikoliv v APD naplněném technologií. Stejně nevhodné je i použití zakrývací plachty zkoušené španělskou společností Centro Zaranoga. V současné době je možné reagovat na vznikající požár urychleným vyvezením vozidla s primárně potlačeným hořením za použití manipulační technologie nebo robotického vozíku do odbavovacího prostoru a následně jeho vytažení do volného prostoru. Tímto dosud nevyzkoušeným postupem by bylo možné uchránit jak ostatní zaparkované automobily, tak vnitřní vybavení APD. I když jsou auta umístěna na ocelové paletě, při teplotě hoření kolem 1 000 ˚C by žár poškodil i díly technologie nebo robotického vozíku. Předmětem dalšího výzkumu je nahradit díly za výrobky ze žáruvzdorných materiálů. S ohledem na požární riziko je třeba již ve fázi územního řízení počítat s pevnou, žáruodolnou plochou vzdálenou od ostatních objektů minimálně 15 m pro případný hasební zásah. K místu musí být zajištěn přípoj vody s průtokem 250 l/min a současně řešena možnost jejího odtoku. Na uhašení jednoho elektromobilu se spotřebuje 10 až 20 m³ vody. S ohledem na promrznutí otevřených garážových domů je nutno řešit požární přívody jako suchovody. Funkčnost sprinklerů za mrazu je problematická.

Vývoj napájecích systémů konkrétního automatického parkovacího domu

Automatické parkovací domy vyvíjené konsorciem společnosti KOMA – Industry a Vysokou školou báňskou – Technickou univerzitou, Centrem ENET, Ostrava na principu autonomních automatických vozíků se vyznačují i splněním řady environmentálních požadavků. Kromě ozelenění vnější fasády za účelem snížení prachových částic v ovzduší (pozor, může napomoci přenosu požáru) a lokálního hospodaření s dešťovou vodou je manipulace se zaskladňovanými vozidly prováděna výhradně elektrickými pohony. V podstatě se jedná o pohon zdviže, dobíjení akumulátorů manipulačních vozíků, případně nabíječek pro elektromobily a plug-iny, a periférních zařízení, jako jsou vrata, senzory, IP kamery nebo osvětlení. Pro maximální snížení odběru elektrické energie z veřejné sítě vyvíjí sdružení v rámci projektu TRIO možnost napájení APD využitím solárních panelů a akumulace elektrické energie.

Pro potřeby základního modulu bude zapotřebí 133 panelů o instalovaném výkonu 345 W. Na střechu lze umístit cca třicet panelů a další podle okolností a umístění stavby na jižní fasádu. Panely budou umístěny až od 1.NP, aby nebyly v dosahu veřejnosti z úrovně chodníku. Celkový výkon 133 panelů by činil 45,8 kWp, to znamená ročně cca 40 MWh. Energie bude akumulována v bateriích, které by napájely robotické vozíky a zajišťovaly v případě výpadku sítě nouzové sjetí zdviže do přízemí, aby bylo možno vozidlo z výtahu odbavit. Nepočítá se s tím, že by APD pracoval pouze v ostrovním režimu, základní napájení bude ze sítě přes hlavní napájecí rozváděč, případně vlastní transformátor.

Napájecí systém pro manipulační vozík

Vzhledem k jednoduchosti a modularitě systému dobíjení vozíků byl zvolen systém standardních rozvodů klasických zásuvkových okruhů. Pro každé podlaží (uvažuje se po dvou vozících na patro) jsou dovedeny dva zásuvkové obvody běžným kabelem CYKY 3 × 2,5 mm² zakončené zásuvkou CEE 7/5. Do této zásuvky se následně umísťuje dobíjecí stanice vozíku.

Pro diagnostiku vytížení, ekonomičnosti a detekci poruch bude před každou stanici předřazen elektroměr a vlastní jistič 16 A. Byla uvažována i decentralizovaná topologie – kdy jističe a elektroměry budou umístěny společně s dobíjecí stanicí přímo u vozíku. Výhodou je lepší přehlednost a eliminace možných omylů. Nasazení jedné či druhé topologie bude záležet na názoru dalších odborníků, zejména technologů stavby a bezpečnostních techniků.

Napájecí systém pro napájení APD

Jedná se o autonomní parkovací dům s plochou střechou, na které se nachází objekt strojovny zdviže. Nejvýznamnějším omezujícím faktorem je plocha střechy, která činí cca 430 m².

Veškeré návrhy simulace byly vytvořeny pomocí pluginu Skelion softwarového balíku SketchUp, kdy umístění jednotlivých variant parkovacího domu bylo uvažováno v centru Ostravy, a to vždy v nejvýhodnější pozici vůči světovým stranám z hlediska optimálního umístění fotovoltaických panelů elektrárny (FVE). Využitelná plocha pro fotovoltaické panely na střechách byla určena na základě světelných poměrů během zimního slunovratu. Plochy, na které v tento den nedopadá mezi 10.00 a 14.00 hod. přímé sluneční světlo, byly pro instalaci FV panelů vyhodnoceny jako nevhodné. Ve všech simulacích bylo uvažováno s využitím panelu AmeriSolar. Jedná se o moderní, polykrystalický panel s vysokou účinností až 17,5 %. Tento panel je navíc vzhledem ke své robustní konstrukci vhodný k instalaci na uvažovaný objekt, jelikož dobře odolává mechanickému namáhání větrem a sněhem.

Akumulace energie

Velikost kapacity akumulace elektrické energie je 20,5 kWh a byla stanovena jako trojnásobek instalovaného výkonu FVE, což je v tomto případě 6,84 kWp. Kromě samotného prvku akumulace je nezbytnou součásti jedno/třífázový nabíječ baterií, který bude při dostatečné výrobě FVE nabíjet akumulátory a při výpadku napájení z distribuční sítě bude plnit funkci UPS.