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Einfacher Aufbau einer Ladestation

Die Ladesteuerung EVCC Basic von Phoenix Contact – EVCC steht dabei für Electric Vehicle Charge Control – ermöglicht diese Kommunikation. Die Steuerung integriert alle Funktionen, die ein einfacher Ladepunkt im Heimbereich benötigt: interne Stromversorgung, Ansteuerung der LEDs und der Verriegelungseinheit im Ladestecker, Freigabesignale, RS485-Schnittstelle zur Fernsteuerung sowie ein Notentriegelungsmodul, das bei einer Stromunterbrechung – etwa bei einem Stromausfall – den Stecker in der Infrastruktur-Ladedose wieder entriegeln kann. Außerdem benötigt die Steuerung noch ein Schütz für das Schalten des Ladestroms und – je nach Ausführung – eine Infrastruktur-Ladedose (Bild 2) oder ein festangeschlossenes Kabel mit einem Infrastruktur-Ladestecker.

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Die Ausgänge lassen sich kundenspezifisch konfigurieren. So können etwa LEDs angeschlossen werden, die den Ladestatus „Fehler“, „Verbunden“ und „Laden“ anzeigen. Über digitale Eingänge kann ein Schlüsselschalter, ein RFID-Lesegerät oder ein Taster für die Ladefreigabe und Ladeendung angebracht werden. All diese Komponenten werden auf eine Hutschiene gesetzt, miteinander verbunden und in einem kleinen Schaltschrank verbaut. Auf diese Weise entsteht eine Kompakt-Ladestation, die alle wesentlichen Funktionen zum Laden eines Elektrofahrzeugs für die Anbringung in der Garage oder im Carport erfüllt.

Normative Fehlerschutz­anforderung

Laut IEC 61851-1 soll jeder Ladepunkt mit einem FI (Fehlerschutzschalter) Typ A für die Detektion eines Fehlerstroms von 30 mA_AC gesichert sein. Außerdem wird normativ gefordert, dass auch ein Fehlerstrom von 6 mA_DC erkannt wird. Dieser Fehlerstrom – 6 mA_DC – kann durch den Anschluss einer unbekannten Last beim Laden entstehen und den FI Typ A erblinden lassen. Die Ladestation muss in solch einem Fall die Ladung unmittelbar abbrechen. Dies bedeutet, dass die Ladestation entweder mit einem FI Typ B oder mit einer Kombination aus FI Typ A und einer entsprechenden Sensorik ausgestattet werden muss. Hierzu bietet sich das Differenz-Fehlerstrommodul EV RCM von Phoenix Contact an (Bild 3), das den bereits in der Verteilung vorhandenen FI Typ A ergänzen kann.

Durch das Zusammenspiel mit der Ladesteuerung EVCC Basic kann ein automatisierter Ablauf bei einer Fehlerdetektion erfolgen. Wird ein Fehlerstrom von 6 mA_DC erkannt, der zum Beispiel durch einen Isolationsfehler im Fahrzeug verursacht wurde, wird die Ladung unterbrochen und die Ladesteuerung geht in den Fehlermodus. Wenn die Verbindung zwischen Fahrzeug und Ladestation nicht mehr besteht, wird die Ladesteuerung zurückgesetzt und ein automatischer Selbsttest des Moduls EV RCM erfolgt. Die Ladestation ist dann für ein neues Fahrzeug wieder ladebereit. Auf diese Weise werden die Aufwände für Service-Einsätze vermieden und die Anlagenverfügbarkeit wird deutlich erhöht.

Mehr Funktionen für den Heimbereich

Dank entsprechender Schnittstellen und Konfigurationsmöglichkeiten kann die Ladesteuerung EVCC Basic über das einfache Laden hinaus weitere Anforderungen im Heimbereich erfüllen. Zur Fernüberwachung und -Konfiguration steht die RS485-Schnittstelle zur Verfügung, die über eine Modbus-RTU-Kommunikation die Informationen über den Ladevorgang – Ladestatus, aktueller Ladestrom oder Verbindungszeit zwischen Ladestation und Fahrzeug – erfassen kann. Auch eine Anpassung des Ladestroms kann darüber vorgenommen werden.

Wenn sich die Lastspitzen mit den Lasten der Haushaltsgeräte – Waschmaschine, Trockner, Elektroherd – überlagern und es zu einer Überlastung kommen kann, ist Lastmanagement gefordert. Lastmanagement ist auf unterschiedliche Weise möglich: zum Beispiel über die indirekte Anbindung an ein Heimautomatisierungssystem oder den Anschluss eines Energiezählers. Unter Berücksichtigung der in Betrieb genommenen Haushaltsgeräte kann der Ladestrom auf 6 bis 63 A eingestellt werden, um mit den anderen Verbrauchern im Haushalt abgeglichen zu werden. Werden mehrere Haushaltsgeräte zeitgleich betrieben, so wird der Ladestrom auf 16 A eingestellt. Werden die Geräte nicht genutzt – etwa in der Nacht – kann der Strom zum Laden des Elektrofahrzeugs entsprechend erhöht werden.

Eine wichtige Anforderung ist auch die Anbindung der Ladestation an das Automatisierungssystem des Smart Home (Bild 4). Neben der Steuerung von Beleuchtung, Fensterrolladen, Fußbodenheizung, Temperaturregulierung und Garagentor tritt auch der Wunsch, den Ladevorgang des Elektrofahrzeugs zu überwachen, immer deutlicher zu tage. Durch die RS485-Schnittstelle wird die Integration in das Automatisierungssystem des Smart Home möglich. Außerdem lässt sich die Ladesteuerung über Schaltaktoren an ihren digitalen Eingängen von einem übergeordneten System aus ansteuern.

Alle Komponenten für die Ladeinfrastruktur

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Ladeinfrastruktur für die Akzeptanz der E-Mobilität maßgeblich im Heimbereich ausgebaut werden muss – dort wird die Nachfrage nach Ladestationen stärker wachsen als im öffentlichen Bereich. Für ein normenkonformes und sicheres Laden werden nur wenige Komponenten benötigt: Eine Ladesteuerung wie EVCC Basic, ein Installationsschütz, eine Infrastruktur-Ladedose oder ein Infrastruktur-Ladestecker. Optional kann das Differenz-Fehlerstrommodul EV RCM für die normative Schutzanforderung eingesetzt werden, falls ein FI Typ A in der Vorinstallation vorhanden ist. Mit der flexiblen und leicht konfigurierbaren EVCC Basic ist eine Ladesteuerung am Markt, mit der kundenspezifische Ladestationen auf einfache Weise umgesetzt werden.

Phoenix Contact bietet mit seinem breiten Produktspektrum nahezu alle Komponenten für die Ladeinfrastruktur an. Falls die Funktionalität der Ladesteuerung EVCC Basic für den Einsatz im öffentlichen Bereich nicht ausreicht, kann die erweiterte Ladesteuerung EVCC Advanced aus der Produktreihe EV Charge Control eingesetzt werden.

* M. Sc. Linda Cam ist Produktmarketing Control bei der Phoenix E-Mobility GmbH in Schieder-Schwalenberg.

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