Ladeinfrastruktur für eine flächendeckende E-Mobilität
Normen weisen den Weg
Die Idee der Elektromobilität erstreckt sich inzwischen auf die gesamte Bandbreite der Fahrzeuge. Diverse Normen und Richtlinien schaffen die Voraussetzung für die Marktdurchdringung – sie werden sukzessive weiterentwickelt und ergänzt.
Das Speichern der elektrischen Energie im Fahrzeug kann grundsätzlich mittels des konduktiven – das heißt kabelgebundenen – oder auch des induktiven Ladens der fest im Fahrzeug montierten Batterie erfolgen. Beim konduktiven Wechselstromladen (AC) befindet sich die Ladeeinheit im Fahrzeug. Beim konduktiven Gleichstromladen (DC) befindet sich die Ladeeinheit in der Ladestation, und das Fahrzeug wird direkt mit einem vom Fahrzeug angeforderten Gleichstrom versorgt. Beim induktiven Laden erfolgt die Energieübertragung kabellos durch ein elektromagnetisches Feld – ähnlich wie bei einem Induktionskochfeld. Beim ‚Battery Swapping‘ schließlich wird das entladene Batteriesystem aus dem Fahrzeug entfernt und in wenigen Minuten durch ein geladenes Batteriesystem ersetzt.
Am Anfang war das AC-Laden
Das AC-Laden wird in der Systemnorm IEC61851-1, Edition 2 mit seinen Ladebetriebsarten beschrieben. Die spezifischen Aspekte einer AC-Ladestation wurden im Normentwurf IEC61851-22 beschrieben, jedoch inzwischen in den Normentwurf für die dritte Edition der IEC61851-1 überführt. Hiernach wird das ein- oder dreiphasige Laden an einer üblichen Steckdose als Mode 1 bezeichnet, wobei Kommunikation und Fehlerstromüberwachung nicht stattfinden. Die Gebäudeinstallation muss also mit einem RCD (Fehlerstrom-Schutzeinrichtung) sicherstellen, dass eine Fehlerstromüberwachung stattfindet, was dem Anwender oft nicht bekannt ist und bei älteren Installationen häufig nicht der Fall ist. Aus diesem Grund verbieten Fahrzeughersteller meist Mode 1 für ihre Fahrzeuge und stellen dies sicher, indem sie eine für Mode 1 ungeeignete Ladesteckdose im Fahrzeug einbauen. Beim Mode 2 wird in der Ladeleitung oder in der Wallbox eine Schutzeinrichtung – auch IC-CPD genannt – integriert, die einen RCD enthält und die Funktion des Schutzleiters überwacht. An einer fest am Netz installierten Ladestation kann im Mode 3 geladen werden. Zu diesem Zweck steht eine spezielle Ladesteckdose zur Verfügung, die mit einem RCD gesichert ist und eine Steuerung und Überwachung des Ladevorganges mit dem Fahrzeug umfasst. Hierdurch ist ein hohes Maß an elektrischer Sicherheit und Schutz der Installation vor Überlastung gegeben.
Grenzen beim AC-Laden
Zur Zeit gibt es beim AC-Laden Bedenken hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Haushaltssteckdosen. Diese sind zwar gemäß dem üblichen Leitungsschutz für 16A ausgewiesen, erwärmen sich bei dauerhafter Belastung mit diesem Strom aber unter Umständen unzulässig. In der Praxis kam diese dauerhafte Belastung mit 16A bislang nie vor, da selbst größere Verbraucher im Haushalt nur kurzzeitig diesen Strom aufgenommen haben oder der Dauerstrom deutlich geringer ist. Um diesem Umstand zu begegnen, wird im zuständigen Normungsgremium IEC SC23B überlegt, den zulässigen Dauerstrom für Haushaltssteckdosen zu begrenzen, wodurch die Ladeleistung beim Laden nach Mode 1 oder Mode 2 erheblich reduziert würde. Im Fahrzeug sind oft Schaltungen zur Blindstromkompensation eingebaut, die einen DC-Anteil des Stroms verursachen. Durch diesen Gleichstrom wird die Funktion der üblichen RCDs vom Typ A beeinträchtigt, sodass diese gegebenenfalls im Fehlerfall nicht auslösen würden. Um dieses Problem zu vermeiden wurde beschlossen, dass ab 2017 in den IC-CPDs und in den Ladestationen RCDs vom Typ B eingebaut werden. Denn diese sind resistent gegenüber Gleichstromanteilen. Alternativ kann weiterhin ein RCD vom Typ A verwendet werden, der jedoch mit einer Gleichstromüberwachungs-Einrichtung – auch RCM genannt – ergänzt werden muss. Beschrieben wird dieser Zusammenhang in der neuen Installationsnorm IEC60364-7-722, Edition 1 sowie im Normentwurf IEC61851-1, Edition 3.
