Titelgrau belassen! 9. Rheinsberger Fachtagung ...

1 Titelgrau belassen! Leere Vorlage 9. Rheinsberger Fachtagung Normgerechte Pr fung der Ladeinfrastruktur von Elektrostra enfahrzeuge Michael Roick Product Manager September 2016 2 E-Mobility anforderungen an eine E-Ladestationen Ladebetriebsarten nach IEC / DIN EN 61851-1 / VDE 0122-1 Problematik Gleichfehlerstr me Pr fen der Betriebszust nde nach IEC / DIN EN 61851-1 / VDE 0122-1 Inbetriebnahmepr fung nach DIN VDE 0100-600 / Wiederholungspr fung nach DIN VDE 0105-100 Pr fung der elektrischen Sicherheit von Ladekabeln nach DIN VDE 0701-0702 bersicht - Leitfaden Michael Roick Product Manager September 2016 3 Ladestation (Stromversorgungseinrichtung f r das Elektrofahrzeug) E-Mobility Eine Ladestation ist ein zum Laden von Elektrofahrzeugen vorgesehenes Betriebsmittel gem IEC 61851, das als wesentliche Elemente die Steckvorrichtung, einen Leitungsschutz, eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD), einen Leistungsschalter sowie eine Sicherheits-Kommunikationseinrichtung (PWM) enth lt.

2 Abh ngig vom Einsatzort k nnen ggf. noch weitere Funktions-einheiten wie Netzanschluss und Z hlung hinzukommen. Quelle: Gemeinsame Gesch ftsstelle Elektromobilit t der Bundesregierung (GGEMO) Michael Roick Product Manager September 2016 4 Eine Ladestation muss abh ngig vom Aufstellort und den m glichen Lademodi unterschiedliche Kombinationen von Funktionen und anforderungen unterst tzen. anforderungen an eine Ladestationen E-Mobility 5. Mehrwertdienste Handlungsbedarf bei Rahmenbedingungen 1. Energiefluss Bereitstellung Lastmanagement (Smart Grid) R ckspeisung 2. Steuerung/Sicherheit Pilotsignal Steckerverriegelung Trennen, Schalten und Sch tzen 3. Kommunikation Zugangsberechtigung Abrechnung ( metering ) Nutzungs-Interface R ckspeisung Lastmanagement (Smart Grid) 4. Barrierefreiheit die entsprechenden Normen sind zu beachten Michael Roick Product Manager September 2016 5 Ladefunktionen eines Elektrofahrzeuges E-Mobility Ladefunktionen AC-Laden mit Str men bis zu 16 A ( Normalladung ), Schnellladen AC / DC, kabelgebunden oder induktiv, mit oder ohne Kommunikationspfad zur separaten Abrechnung, mit oder ohne Kommunikationspfad zur Verhandlung des Stromtarifs, mit oder ohne Lastmanagement/Netzdienstleistungen (lokal, Smart Grid), M glichkeit der Netzr ckspeisung.

3 Michael Roick Product Manager September 2016 6 Ladestationen k nnen im privaten, halbprivaten, ffentlichen und halb ffentlichen Bereich aufgestellt werden. Abh ngig vom Aufstellort und Funktionsumfang sind f r eine Ladestation mehrere verschiedene Funktionseinheiten erforderlich. IEC 61851-1 4 Lademodi (Ladebetriebsarten) f r leitungsgebundenes Laden Ladebetriebsart 1 bis 3 Laden mit On-Board-Ladeger t (im Fahrzeug befindlichen Ladeger t) Ladebetriebsart 4 Laden mit Off-Board-Ladeger t Ladebetriebsarten nach IEC 61851 E-Mobility Quelle: BMW Michael Roick Product Manager September 2016 7 Blockschaltbild einer ffentlichen kabelgebundenen Ladestation: AC Ladestationen nach IEC 61851-1 und -22 E-Mobility Quelle: DKE Michael Roick Product Manager September 2016 8 E-Mobility Normung und Steckertypen IEC 61851 1 Gesamtsystem IEC 62196 Stecksystem Typ 1 Typ 2 Typ 3 SAE-Stecksystem 32 A 1ph Mennekes-System 16 A 1ph 63 A 3ph Italienisches System 16 A 1ph 63 A 3ph Stecker und Buchsen werden in der Normenreihe IEC 62196 festgelegt Michael Roick Product Manager September 2016 9 Aufbau E-Mobility Land: Deutschland Strom.

4 20 A, 32 A u. 63 A (ein- bis dreiphasig) Spannung: 110V - 500V (ein- bis dreiphasig) Leistung: max. 43,5 kW Eine Geometrie f r alle Leistungslevel Einsatz als Fahrzeug- und Infrastruktursteckvorrichtung! Von MENNEKES gemeinsam mit europ ischen Energieversorgungsunternehmen und der Automobilindustrie entwickelt. Bis 2017 bei allen europ ischen Automobilherstellern (ACEA - European Automobile Manufacturers' Association ) Standard! Quelle. MENNEKES Michael Roick Product Manager September 2016 10 Aufbau E-Mobility Widerstandscodierung f r Ladekabel Tabelle Widerstandskodierung f r Fahrzeugkupplung und Stecker Quelle: DIN EN 61851-1 (VDE 0122-1) Quelle. MENNEKES Michael Roick Product Manager September 2016 11 Aufbau E-Mobility Land: Japan, USA Strom: bis zu 32A / einphasig Spannung: 110V - 230V Leistung: max. 7,2 kW Eine Geometrie f r alle Leistungslevel Einsatz nur als Fahrzeugsteckvorrichtung!

5 Entwickelt von japanischen Automobilzulieferer YAZAKI gemeinsam mit japanischen Energieversorgungsunternehmen. Genormt nach dem amerikanischen Automobilstandard SAE J1772. Quelle. MENNEKES Michael Roick Product Manager September 2016 12 Empfehlung der deutschen Industrie und ACEA Steckvorrichtungen nach dem Combined Charging System DC Steckvorrichtungen E-Mobility In der IEC 62196-3 werden die dem Combined Charging System zugeordneten Steckvorrichtungen als Konfiguration C bezeichnet und umfassen neben den f r AC eingef hrten Typ 1 und Typ 2 (IEC 62196-2) die f r eine h here Stromtragf higkeit bis 200 A entwickelten Steckvorrichtungen Combo 1 und Combo 2. Michael Roick Product Manager September 2016 13 E-Mobility berpr fungen der Betriebszust nde nach IEC 61851 Status A Ladeleitung nur mit Ladepunkt verbunden CP-Signal wird eingeschaltet, Spannung zwischen PE und CP betr gt 12 V.

6 Quelle. MENNEKES Michael Roick Product Manager September 2016 14 E-Mobility berpr fungen der Betriebszust nde nach IEC 61851 Status B Ladeleitung mit Ladepunkt und Fahrzeug verbunden Ladeleitung wird am Ladepunkt und im Fahrzeug verriegelt, Noch keine Ladebereitschaft am Fahrzeug, Spannung zwischen PE und CP +9 V / -12 V. Quelle. MENNEKES Michael Roick Product Manager September 2016 15 E-Mobility berpr fungen der Betriebszust nde nach IEC 61851 Status C - Nicht gasendes Fahrzeug erkannt Ladebereitschaft vom Fahrzeug / Leistung wird zugeschaltet, Spannung zwischen PE und CP +6 V / -12 V. Quelle. MENNEKES Michael Roick Product Manager September 2016 16 E-Mobility berpr fungen der Betriebszust nde nach IEC 61851 Status D Gasendes Fahrzeug erkannt Ladebereitschaft vom Fahrzeug / Leistung wir zugeschaltet, Spannung zwischen PE und CP +3 V / -12 V. Quelle.

7 MENNEKES Michael Roick Product Manager September 2016 17 berpr fungen der Betriebszust nde nach IEC 61851 E-Mobility Status E Leitung wird besch digt Kurzschluss zwischen PE und CP, Ladeleitung wird am Ladepunkt entriegelt, Spannung zwischen PE und CP +0 V. Quelle. MENNEKES Michael Roick Product Manager September 2016 18 berpr fung der Betriebszust nde nach IEC 61851 E-Mobility Systemzust nde PWM Spannung Zustand A Zustand B Zustand C Zustand D Zustand X Zustand A: kein Fahrzeug vorhanden Zustand B: Fahrzeug verbunden, Fahrzeug nicht bereit zum Laden Zustand C: Fahrzeug bereit zum Laden ohne L ften Zustand D: Fahrzeug bereit zum Laden mit L ften Zustand X: Fehler Michael Roick Product Manager September 2016 19 Systemzust nde PWM Spannung Table Pilotspannungsbereich In der folgenden Tabelle ist der Pilotspannungsbereich detailliert aufgelistet, der aus den Werten der Komponenten von Tabelle und resultiert.

8 Diese Spannungsbereiche beziehen sich auf die EVSE - Electric Vehicle Supply Equipment. Quelle: IEC 61851 berpr fung der Betriebszust nde nach IEC 61851 E-Mobility Michael Roick Product Manager September 2016 20 Pr fger te / Adapter f r die Simulation der Betriebszust nde nach IEC 61851 E-Mobility Gossen Metrawatt Gossen Metrawatt MENNEKES WALTHER Werke Michael Roick Product Manager September 2016 21 Simulation der Betriebszust nde nach IEC 61851 E-Mobility PRO-TYP II 1- und 3-phasiger Pr fadapter mit Stecker Typ 2 Fahrzeugsimulation (CP) - Fahrzeugzust nde A bis E werden ber Drehschalter eingestellt Kabelsimulation (PP) - die verschiedenen Codierungen f r Ladekabel mit 13 A, 20 A, 32 A und 63 A sowie kein Kabel angeschlossen k nnen ber Drehschalter simuliert werden Fehlersimulation - Simulation eines Kurzschusses zwischen CP und PE ber Drehschalter Anzeige der Phasenspannungen ber LEDs - je nach E-Ladestation k nnen eine oder drei Phasen aktiv sein Pr fen von E-Ladestationen mit fest angeschlossenem Ladekabel durch verl ngerten CP-Pr fstift Michael Roick Product Manager September 2016 22 E-Mobility Fehlersuche der Betriebszust nde PWM-Signale Vollst ndige Diagnose einer E-Ladestation Fahrzeugzust nde Kabelzust nde Fehlerzust nde Auswertung

9 PWM-Signal Phasen und Drehfeld Fehlersimulationen Kurzschluss der Diode in der Beschaltung des Fahrzeugs Kurzschluss zwischen CP und PE Pr fen des RCDs durch Ausl sung und Messung der Abschaltzeit Pr fger t f r E-Ladestationen PROFITEST H+E BASE Michael Roick Product Manager September 2016 23 Problematik Gleichfehlerstr me > 6 mA E-Mobility E-Ladestationen Die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) des Anschlusspunktes muss mindestens vom Typ A sein. Wenn die Charakteristik der Last in Bezug auf m gliche Gleichfehlerstr me > 6 mA nicht bekannt ist, m ssen Ma nahmen zum Schutz beim Auftreten von Gleichfehler- str men getroffen werden, durch Verwendung einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) vom Typ B. Normative Anforderung an RCD Typ A nach IEC 61008-1 und IEC 61009-1 Ausl sung bei folgenden Fehlerstr me IF: f r sinusf rmige Wechselfehlerstr me, f r pulsierende Gleichfehlerstr me, glatte Gleichfehlerstr me bis 6 mA.

10 Michael Roick Product Manager September 2016 24 Ursachen f r Gleichfehlerstr me > 6 mA - Ma nahmen E-Mobility Ursachen Isolationsfehler beim Laden eines Elektrofahrzeuges (BEV Battery Electric Vehicle), Verwendung von PFC-Stufen in Ladeeinrichtungen um EMV- anforderungen gerecht zu werden (PFC, Power Factor Correction, Leistungsfaktorkorrektur), Ausgangsseitiger Isolationsfehler der PFC-Regelung IF > 6 mA. Erkennung durch Sensorik Ma nahmen Abschaltung Steuerung des Ladeschalters in der Ladestation, Steuerung der Relais in einer IC-CPD, Steuerung von Schaltgliedern in der Fahrzeugelektronik. Michael Roick Product Manager September 2016 25 Fehlerstromschutzschalter DFS 4 EV speziell f r die Erfordernisse der Elektromobilit t E-Mobility Entwickelt speziell zur Ladung von Elektrofahrzeugen (engl.)