EMFM - Elektro-Mobil-Freunde-München

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Hier ein Auszug aus dem Dokument "Spezifikationen von Ladesystemen" der Firma Mennekes. Den ganzen Text können Sie rechts als PDF File lesen.

Einleitung

In dieser Spezifikation sind die grundsätzlichen Merkmale des Mennekes Ladesystem beschrieben. Sie fasst die Ergebnisse vieler Gespräche mit Automobilherstellern, Energieversorgern und Automobilzulieferern sowie die Resultate unterschiedlicher Workshops zusammen. Ziel der Spezifikation besteht darin eine ganzheitliche Lösung zu beschreiben, die von der Ladestation ausgehend, über das Ladekabel bis zur Fahrzeugschnittstelle alle Energie- und Informationsübertragungsaufgaben betrachtet und löst.
Eine weitere Zielsetzung bestand darin, die Handhabung so einfach wie möglich zu gestalten, Fehlbedienungen auszuschließen und dem Vandalismus entgegenzuwirken.

Allgemeine Systemspezifikationen

Normenkonformität

  • IEC 62196-1:2003 -> Stecker, Steckdosen, Fahrzeugsteckvorrichtungen und Fahrzeugstecker –Ladung von Elektrofahrzeugen –
  • Teil 1: Leitungsgebundenes Laden von Elektrofahrzeugen bis 250A Wechselstrom und 400A Gleichstrom
  • IEC 61851-1:2001 -> Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge Teil 1: Allgemeine Anforderungen
  • IEC 61851-21:2001 -> Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge Teil 2-1: Anforderungen eines Elektrofahrzeuges für konduktive Verbindung an AC/DC-Versorgung
  • IEC 61851-22:2001 -> Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge Teil 2-2: Wechselstromladestation für Elektrofahrzeuge
  • USCAR und -> VDA AK-Richtline Standards für KFZ-Steckverbinder
  • SAE 1772 -> Conductive Charge Coupler

Allgemeine Systemspezifikationen

  • Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation:
  • Erkennung des Fahrzeugs (z. B. zur Zuordnung des Fahrzeugs zu einem Energiekonto des Fahrzeuginhabers beim EVU)
  • Kommunikation zwischen Ladestation und EVU
  • Abrechnung der gelieferten Leistung
  • Aktivierung der Wegfahrsperre
  • Erkennung des Ladesystems des Fahrzeugs (Welche Art der Aufladung ist möglich?)
  • Erkennung einer fehlerfreien Verbindung zwischen Energieversorgung und Fahrzeug
  • Durchführung einer Schutzleiterüberwachung
  • Freigabe und Beendigung des Ladevorganges
  • Signal zur Ver- und Entriegelung des Ladesystems
  • Zukünftig ggf. kontrollierte Nutzung der Fahrzeugbatterie als Energiepuffer
  • Kontrollierte Bereitstellung der Leistung
  • Bereitstellung unterschiedlicher Tarife

Zwischen Fahrzeug und Ladestation ist eine Kommunikation notwendig. Die aktuellen Normen fordern dazu zusätzliche Kontakte im Stecksystem, während die aktuellen Entwicklungen eher eine Kommunikation über Powerline berücksichtigen.

Elektrische Verriegelung

Bildquelle: Mennekes

Das elektrische Laden ist mit dem Tankvorgang bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor nicht zu vergleichen. Der User merkt das am deutlichsten daran, dass der Ladevorgang deutlich länger dauert als der Tankvorgang. Das hat zur Folge, dass man sich, anders als beim Tanken, während des Ladevorgangs vom Fahrzeug entfernen wird und somit ein unbeaufsichtigter Prozess stattfindet.
Um Fehlbedienungen und unerwünschte Unterbrechungen des Ladevorgangs zu vermeiden, sind definierte Verriegelungsvorgänge notwendig.

Die Steckdose der Ladestation muss immer spannungsfrei geschaltet sein, solange keine ausreichende Kontaktierung zwischen Stecker und Steckdose besteht. Man spricht hier von einer elektrischen Verriegelung. Diese erfolgt durch ein Schütz, das von einem nacheilenden Signalkontakt angesteuert wird, welcher detektiert, ob eine ausreichende Kontaktierung zwischen
Stecker und Steckdose erfolgt ist. Diese Funktion sichert einerseits ab, dass von den Steckdosen niemals die Gefahr des Stromschlags ausgeht. Weiterhin wird auf diese Weise sichergestellt, dass die Steckverbindung niemals unter Last gesteckt und getrennt wird.

Elektromechanische Verriegelung

Um zu vermeiden, dass der Ladevorgang unerwünschter Weise unterbrochen wird, um z. B. das Ladekabel zu entwenden oder die Aufladung böswillig zu stoppen, ist es notwendig, dass die Steckverbinder des Ladekabels in der Ladestation und im Fahrzeug mechanisch verriegelt werden.

Diese elektromechanische Verriegelung wird durch eine elektrisches Signal ausgelöst, welches gesendet wird, sobald der Ladevorgang gestartet wird. Der Ladevorgang kann entweder durch eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation automatisch gestartet werden, oder er wird durch die Bedienung einer Eingabeeinheit und der Autorisierung mittels Checkkartensystem in der Ladestation ausgelöst (wieTankautomat). Wird der Ladevorgang unterbrochen, ist also das Ladekabel spannungsfrei, so wird die elektromechanische Verriegelung entriegelt. Um Systemfehler, die zu einer unbeabsichtigt verriegelten Steckvorrichtung führen könnten, reparieren zu können, ist eine Notentriegelung, die nur im Fahrzeuginnenraum betätigt werden kann, erforderlich.

Bildquelle: Mennekes

Merkmale zur Handhabung

  • Merkmale zur Handhabung:
  • Die Gehäuse der Steckvorrichtungen müssen ergonomisch geformt sein (griffig, ohne scharfe Kanten, handlich …).
  • Die Aufladung von Elektrofahrzeugen muss von jedermann unproblematisch durchgeführt werden können. Dazu müssen die Systeme selbsterklärend und handlich sein. Bei der Standardaufladung ist davon auszugehen, dass im Fahrzeug ein Ladekabel mitgeführt wird. Somit ist es notwendig, dass der Systemnutzer sowohl an der Ladestation als auch am Fahrzeug eine Steckverbindung bedient. Dieser Vorgang ist so einfach und komfortabel wie möglich zu gestalten.
  • Notwendige Verriegelungs- oder Abdichtungsvorgänge müssen automatisch erfolgen und dürfen keine zusätzlichen Handhabungen erfordern.
  • Es ist eine eindeutige Orientierung von Stecker zur Steckdose notwendig.
  • Die Steckdosen im Fahrzeug und in den Ladestationen sind möglichst günstig zu positionieren, um eine optimale Krafteinleitung beim Handhaben zu erzielen.
  • Die Betätigung von Schutzkappen oder Deckeln ist so auszuführen, dass sie auch von zarten Händen (ggf. mit langen Fingernägeln) gut handhabbar ist. Ggf. können Deckel ganz entfallen.
  • Die Steck- und Ziehkräfte der Steckvorrichtungen dürfen eine definierte Kraft auch im gebrauchten Zustand nicht überschreiten.

Bildquelle: Mennekes

Spezifikation Ladekabel

Die bekannten, in den IEC-Normen definierten Systeme sind nicht geeignet. Üblicherweise verfügen Kabel, wie z. B. Verlängerungskabel über einen Stecker an der einen und eine Kupplung an der anderen Seite. Im Bereich der vom IEC genormten Stecksysteme werden nur die Kupplungen als spannungsführende Bauteile angesehen und demzufolge werden auch nur die Kontakte der Kupplungen berührungssicher isoliert ausgeführt. Geht man davon aus, dass in Zukunft auch eine Energieentnahme aus den Fahrzeugbatterien ins Netz oder für externe Verbraucher erfolgen kann, so stellen die nicht berührungssicheren Steckerkontakte ein Sicherheitsrisiko dar, denn bei einem Stromfluss von der Kupplung zum Stecker wären die Steckerstifte stromführend. Wenn eine Energieentnahme aus den Fahrzeugbatterien vorgesehen ist, dann sind Stecksysteme notwendig, bei denen die Kontakte im Stecker und in der Kupplung berührungssicher isoliert sind.

Bildquelle: Mennekes