{"id":4506,"date":"2021-07-12T16:00:08","date_gmt":"2021-07-12T16:00:08","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhowprod.wpengine.com\/?p=4506"},"modified":"2021-09-13T17:42:54","modified_gmt":"2021-09-13T17:42:54","slug":"ev-ladeinfrastruktur-sicherheit-normen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/de\/transportwesen\/ev-ladeinfrastruktur-sicherheit-normen\/","title":{"rendered":"EV-Ladeinfrastruktur – Sicherheit & Normen"},"content":{"rendered":"\n

Der Markt f\u00fcr Elektrofahrzeuge (EV) in Europa hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen und entsprechend ist der Bedarf an Ladestationen gestiegen.Die Nachfrage nach der Infrastruktur ist vor allem auf die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen zur\u00fcckzuf\u00fchren. Zudem konzentrieren immer mehr Autohersteller Ihre Kr\u00e4fte auf Elektrofahrzeuge, um die Anforderungen der EU zu erf\u00fcllen. Es ist auch klar, dass mit dem Anstieg der Verk\u00e4ufe von Elektroautos ein weiterer Ausbau der Infrastruktur erforderlich ist, einschlie\u00dflich neuer zug\u00e4nglicher Ladepunkte und der Erweiterung bestehender Ladepunkte.

Relevanter Teil der Infrastruktur f\u00fcr das Laden von E-Fahrzeugen ist die Art der Ladestationen. Der Bedarf an Schnellladestationen an strategischen Standorten ist f\u00fcr jede Reise unerl\u00e4sslich; wie wir wissen, ben\u00f6tigt jede Art von wiederaufladbaren Batterien eine Aufladung \u00fcber einen langen Zeitraum, EV’s sind da nicht anders. Die kleinsten EV-Batterien haben eine Leistung von etwa 20-30 kW, die gr\u00f6\u00dften bieten bis zu 100 kW. Bei einer Batteriekapazit\u00e4t von etwa 100 kW w\u00fcrde eine normale 240-V-Haushaltssteckdose die Batterie in etwa 24 Stunden mit 2,3 kW aufladen. Eine spezialisierte Wallbox-Ladestation w\u00fcrde die Batterie in etwa 7,5 Stunden bei 7,4 kW aufladen, und ein Schnellladeger\u00e4t kann eine Batterie in weniger als 1 Stunde aufladen bei einer Leistung von 50 kW. Die Verf\u00fcgbarkeit von Schnellladeger\u00e4ten ist f\u00fcr die meisten Fahrer, die lange Strecken zur\u00fccklegen, unerl\u00e4sslich. Ansonten w\u00fcrde die gesamte Infrastruktur als unpraktisch angesehen.

In der Realit\u00e4t werden die meisten E-Fahrzeug-Besitzer ein spezielles Ladeger\u00e4t zu Hause haben, das an die hausinterne Stromversorgung angeschlossen ist und das Fahrzeug \u00fcber Nacht aufl\u00e4dt, wenn der Strompreis niedriger ist und es weniger Nachfrage gibt. Diese Heimladeger\u00e4te sind entweder eine Standard 230V 10A Steckdose oder die Energieversorger installieren f\u00fcr diesen Zweck eine Wandeinheit mit 7,4kW\/32A.<\/p>\n\n\n\n

EV-Ladepyramide<\/h2>\n\n\n\n

Das Wachstum des EV-Marktes hat zu einer Vielzahl von propriet\u00e4ren Ladeger\u00e4ten und Anschlusstypen gef\u00fchrt, wobei jeder Automobilhersteller sein eigenes einzigartiges Design anbietet. Allein dieses Thema ist eine gro\u00dfe Herausforderung innerhalb der gesamten Design-Infrastruktur des EV-Ladens. Ein L\u00f6sungsansatz f\u00fcr dieses Problem sind die Ladestrategien.

Am unteren Ende der Skala stehen die Langsamlader, die typischerweise zwischen 2-3kW liegen und in fast jedem Haus eingesetzt werden k\u00f6nnen. Dar\u00fcber hinaus gibt es auch eine Reihe von Wandladeger\u00e4ten, die au\u00dferhalb des Hauses oder in der Garage angebracht werden k\u00f6nnen. Diese Wandladeger\u00e4te haben eine Leistung von 7,4 kW und werden direkt an das Ringnetz angeschlossen.

Schnellladeger\u00e4te sind an den meisten \u00f6ffentlichen Pl\u00e4tzen zu finden, wie z.B. in Parkh\u00e4usern, Einkaufszentren und in einigen F\u00e4llen auch auf \u00f6ffentlichen Stra\u00dfenparkpl\u00e4tzen. Diese Ladeger\u00e4te laden Ihr E-Fahrzeug mit einer bestimmten Rate, die vom Ladenetz vorgegeben ist. Schnellladeger\u00e4te haben eine Leistung von 7 bis 22 kW und k\u00f6nnen Ihr Fahrzeug in etwa 3 bis 6 Stunden von Null auf volle Kapazit\u00e4t aufladen, abh\u00e4ngig von der Batteriekapazit\u00e4t Ihres Fahrzeugs.

Schnellladeger\u00e4te sind noch schneller und am h\u00e4ufigsten in Parkh\u00e4usern zu finden, wo E-Fahrzeuge f\u00fcr einige Stunden abgestellt werden. Es gibt zwei Arten von Schnellladeger\u00e4ten: AC-Ladeger\u00e4te mit einer Leistung von 43 kW und DC-Ladeger\u00e4te mit 50 kW. Die DC-Ladeger\u00e4te versorgen das Auto direkt mit Strom, ohne dass eine AC\/DC-Stromumwandlung und damit ein Leistungsverlust entsteht. Mit diesen beiden Lademethoden w\u00fcrde ein EV seine Batterie in etwa 1 Stunde aufladen.

An der Spitze der EV-Ladeskala stehen die Supercharger, die zwischen 120 kW und 300 kW laden. Tesla war eines der ersten EV-Autounternehmen, das einen Supercharger mit 120 kW \u00fcber einen eigenen Anschluss entwickelt hat, und vor kurzem wurde ein neuer Supercharger mit 250 kW angek\u00fcndigt. Tesla behauptet, dass es seine Batterien in 15-30 Minuten \u00fcber sein Netzwerk von \u00fcber 20.000 Superchargern in Europa vollst\u00e4ndig aufladen kann. Diese Art von Ladeger\u00e4ten sind ideal f\u00fcr Tankstellen und Rastst\u00e4tten, da sie sich normalerweise an idealen Standorten f\u00fcr lange Fahrten befinden und leicht zug\u00e4nglich sind.

Es gibt einige wenige EV-Ladeunternehmen, die die bei den meisten Superchargern \u00fcblichen 150 kW \u00fcberschritten haben. Eines dieser Unternehmen ist ABB aus der Schweiz. ABB hat sein Terra-Hochleistungs-Gleichstrom-Schnellladeger\u00e4t auf den Markt gebracht, das eine Leistung von bis zu 350 kW erbringen kann, was fast dreimal so viel ist wie die Supercharger von Tesla. Leider gibt es auf dem Markt nichts, was diese Art von Ladeleistung bew\u00e4ltigen kann, aber die Technologie ist vorhanden und bereit f\u00fcr die Implementierung, wenn die EV’s f\u00fcr diese ausgelegt sind.<\/p>\n\n\n\n

Konnektivit\u00e4tsoptionen<\/h2>\n\n\n\n

Es gibt nicht nur eine Reihe von Ladeoptionen innerhalb der EV-Infrastruktur, sondern auch eine Vielzahl von Ladesteckern. Jeder Stecker und jedes Ladesystem ist mit dem anderen nicht kompatibel, was eine Herausforderung innerhalb der EV-Industrie verhindert. Hier ist eine Liste der g\u00e4ngigsten Typen von EV-Steckern:<\/p>\n\n\n\n

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Typ-1-Stecker<\/strong> – Der Typ-1-Stecker ist ein einphasiger Stecker, der Ladeleistungen bis zu 7,4 kW (230 V, 32 A) erm\u00f6glicht. Der Standard wird haupts\u00e4chlich in Automodellen aus dem asiatischen Raum verwendet und ist in Europa selten, weshalb es nur wenige \u00f6ffentliche Typ-1-Ladestationen gibt.

Typ 2-Stecker<\/strong> – Der dreiphasige Stecker hat sein Hauptverbreitungsgebiet in Europa und gilt als Standardmodell. Im privaten Bereich sind Ladeleistungen von bis zu 22 kW \u00fcblich, w\u00e4hrend an \u00f6ffentlichen Ladestationen Ladeleistungen von bis zu 43 kW (400 V, 63 A, AC) genutzt werden k\u00f6nnen. Die meisten \u00f6ffentlichen Ladestationen sind mit einer Typ-2-Steckdose ausgestattet. An dieser k\u00f6nnen alle Mode-3-Ladekabel verwendet werden. Elektroautos k\u00f6nnen sowohl mit Typ-1- als auch mit Typ-2-Steckern geladen werden. Auf der Seite der Ladestationen habe alle Modus-3-Kabel Mennekes-Stecker (Typ 2).

Kombistecker (Combined Charging System, kurz CCS) <\/strong>– Der CCS-Stecker ist eine Weiterentwicklung des Typ-2-Steckers mit zwei zus\u00e4tzlichen Leistungskontakten zum Zwecke des Schnellladens. Er unterst\u00fctzt AC- und DC-Ladeleistungen (Wechsel- und Gleichstrom-Ladeleistungen) von bis zu 170 kW. In der Praxis liegt der Wert meist bei 50 kW.

CHAdeMO-Stecker<\/strong> – Dieses Schnellladesystem wurde in Japan entwickelt und erm\u00f6glicht an entsprechenden \u00f6ffentlichen Ladestationen Ladeleistungen bis zu 50 kW. Die folgenden Hersteller bieten Elektroautos an, die mit dem CHAdeMO-Stecker kompatibel sind: BD Otomotive, Citro\u00ebn, Honda, Kia, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Peugeot, Subaru, Tesla (mit Adapter) und Toyota.

Tesla Supercharger<\/strong> – F\u00fcr seinen Supercharger verwendet Tesla eine modifizierte Version des Typ 2 Mennekes-Steckers. Damit kann das Model S innerhalb von 30 Minuten zu 80 % aufgeladen werden. Tesla bietet seinen Kunden kostenloses Laden an. Bisher ist es nicht m\u00f6glich, dass andere Automarken mit Tesla-Superchargern geladen werden k\u00f6nnen.

Home Charging Haushaltssteckdose<\/strong> – Ladeleistungen von bis zu 3,7 kW (230 V, 16 A) k\u00f6nnen mit einer Haushaltssteckdose mit entsprechender Absicherung erreicht werden. Ihr Elektroauto wird \u00fcber ein Mode-2-Ladekabel geladen. Wir w\u00fcrden auf jeden Fall eine maximale Ladeleistung von 2,3 kW (230 V, 10 A) empfehlen, wenn die Steckdose nicht vorher gepr\u00fcft wurde. An \u00f6ffentlichen Ladestationen sind manchmal auch Haushaltssteckdosen zu finden. Diese Lademethode ist f\u00fcr alle Elektroautos verf\u00fcgbar.<\/p>\n\n\n\n

Netzinfrastruktur<\/h2>\n\n\n\n

Die Anzahl der in Europa verf\u00fcgbaren Ladestationen f\u00fcr Elektroautos nimmt jedes Jahr zu, da die Akzeptanz von Elektroautos w\u00e4chst. Dies geschieht in einigen Regionen viel schneller als in anderen. Im Jahr 2019 gab es ca. 15k hochleistungsf\u00e4hige (22kW+) Ladepunkte und im Jahr 2020 hat sich diese Zahl laut den Daten des European Alternative Fuels Observatory auf 25k fast verdoppelt. Dies liegt nicht nur an den Fortschritten beim Laden von E-Fahrzeugen, sondern auch an den National Policy Frameworks (NPF), die gem\u00e4\u00df Artikel 3 der Richtlinie 2014\/94\/EU eingef\u00fchrt wurden.

Eines der f\u00fchrenden L\u00e4nder bei E-Fahrzeugen ist Norwegen, wo \u00fcber 300.000 E-Fahrzeuge registriert sind, was mehr als 15 % des gesamten Automarktes im Jahr 2020 ausmacht. Der Marktanteil von Plug-in-Autos ist seit mehreren Jahren der weltweit h\u00f6chste. Norwegen war das erste Land, in dem der Verkauf von EV’s den von Autos mit Verbrennungsmotoren \u00fcbertraf. Derzeit gibt es in Norwegen etwa 500.000 EVs, einschlie\u00dflich Hybriden und Plug-in-Hybriden, bei einer Bev\u00f6lkerung von etwa 5,2 Millionen.

Die Bew\u00e4ltigung dieser unglaubliche Verbreitung von E-Fahrzeugen macht eine entsprechende Infrastruktur des Ladenetzes erforderlich. Derzeit gibt es in Norwegen rund 9000 Ladepunkte, die sich laut  electromaps<\/a> auf 2500 Stationen verteilen. Nicht nur das, es ist auch das sauberste Netz der Welt: 98% des Stroms, der zum Laden von E-Fahrzeugen verwendet wird, stammt aus einer erneuerbaren Energiequelle.

In ganz Europa gibt es viele Energieunternehmen, die in die EV-Ladeindustrie einsteigen, da sie f\u00fcr diese Art von Markt am besten geeignet sind, vor allem, wenn sie die Stromversorgung \u00fcber eine erneuerbare Energiequelle wie Wind-, Solar- und Wasserkraft anbieten k\u00f6nnen. Mit seinen k\u00fcrzlich vorgestellten unabh\u00e4ngigen Ladestationen, die von Solarzellen betrieben werden, ist das niederl\u00e4ndische Unternehmen Fastned<\/a> ist ein f\u00fchrender Spezialist f\u00fcr das Aufladen von Elektrofahrzeugen. Diese L\u00f6sung ist eine kosteneffiziente M\u00f6glichkeit, EVs aufzuladen, da bisherige L\u00f6sungen Strom von einem lokalen Kraftwerk ben\u00f6tigen. Neue Ladestationen f\u00fcr Elektroautos m\u00fcssten daher aus bereits bestehende Stromnetz gespeist werden, was zu einer weiteren Belastung des \u00f6ffentlichen Energienetzes f\u00fchren k\u00f6nnte.

Einige Unternehmen setzen auf E-Fahrzeuge, um die Art und Weise, wie sie ihre Gesch\u00e4fte betreiben, zu ver\u00e4ndern und um eine sich st\u00e4ndig ver\u00e4ndernde Zielgruppe zu erreichen. \u00d6lkonzerne wie BP und Shell haben in fast allen ihren Tankstellen in ganz Europa E-Ladestationen installiert, um mit den Trends Schritt zu halten und ihren Kundenstamm zu erweitern. Dar\u00fcber hinaus sind die meisten Tankstellen strategisch so platziert, dass sie f\u00fcr die meisten Autofahrer leicht zu erreichen sind, was ein gro\u00dfer Vorteil f\u00fcr die gesamte EV-Infrastruktur ist.<\/p>\n\n\n\n

EV-Laden Sicherheit<\/h2>\n\n\n\n

Beim Laden eines EV gibt es zwei Aspekte, das Ladeger\u00e4t selbst und das Ladekabel mit dem entsprechenden Stecker. Die EV-Lades\u00e4ulen fallen unter die IEC 61851 der EU-Richtlinie, die sich derzeit weiterentwickelt und stetig erg\u00e4nzt wird. Das Ladekabel und der Ladestecker fallen unter die EU-Richtlinie IEC 62196 f\u00fcr Stecker, Steckdosen, Fahrzeugstecker und Fahrzeugeing\u00e4nge. Diese EU-Normen dienen sowohl der Sicherheit der Ger\u00e4te als auch der des Endverbrauchers. So wird z. B. das Fahrzeug nur dann mit Strom versorgt, wenn ein kompatibles Fahrzeug angeschlossen ist. Gleichzeitig wird das Fahrzeug stillgelegt, w\u00e4hrend das Kabel angeschlossen ist.

Unter der Richtlinie IEC 62196 gibt es auch Unterrichtlinien (IEC 62196-1 und IEC 62196-2), die das Design jedes Steckertyps und seine Spezifikationen im Detail erkl\u00e4ren. Sie wurde eingef\u00fchrt, um die Kompatibilit\u00e4t zwischen Produkten verschiedener Hersteller zu erm\u00f6glichen.

Konfigurationen:

Typ 1<\/strong> – Weit verbreitet in den USA und Japan, wurde urspr\u00fcnglich vom Hersteller Yazaki entworfen und in den USA unter dem Standard SAE J1772 ver\u00f6ffentlicht. Der Stecker selbst hat ein rundes Geh\u00e4use mit einer Einkerbung am Fahrzeugeingang, um seine Ausrichtung im Gebrauch zu bestimmen. Er erlaubt einen Betriebsstrom von 32A und einen maximalen Strom von 80A, allerdings nur in den USA.

Typ 2<\/strong> – Auch bekannt als Mennekes-Stecker, hat er ein rundes Geh\u00e4use mit einer abgeflachten Seite, um die korrekte Ausrichtung bei der Verwendung zu erm\u00f6glichen. Er verf\u00fcgt au\u00dferdem \u00fcber mehrere Stift- und H\u00fclsenkontakte f\u00fcr bis zu vier AC-Leiter, eine Schutzinduktivit\u00e4t und auch zwei Signalstifte zur Steuerung seiner Funktionalit\u00e4t. Steckverbinder des Typs 2 verf\u00fcgen \u00fcber eine zus\u00e4tzliche Funktion, bei der die Kontakte nicht mit einem normalen Finger ber\u00fchrt werden k\u00f6nnen, um einen Stromschlag zu verhindern. In der neueren Version dieses Steckverbinders wurde dies durch die Einbeziehung von Shuttern weiter verbessert. Der Steckverbinder kann mit bis zu 63 A betrieben werden, wobei f\u00fcr einphasige Anwendungen ein Maximalstrom von 70 A zur Verf\u00fcgung steht. Innerhalb der EU ist es vorgeschrieben, dass alle \u00f6ffentlichen AC-Ladeger\u00e4te mit einem Stecker und einer Buchse vom Typ 2 ausgestattet sein m\u00fcssen.

Typ 3<\/strong> – Diese Konfiguration besteht im Gegensatz zu den anderen beiden nicht nur aus einem Stecker und einer Buchse, sondern auch aus der Fahrzeugkupplung. Dieser spezielle Stecker verf\u00fcgt \u00fcber ein ovales Geh\u00e4use mit einer abgeflachten Seite zur korrekten Orientierung bei der Benutzung. Es gibt auch einen Ber\u00fchrungsschutz in Form von Blenden \u00fcber den Stiften, um jeglichen menschlichen Kontakt zu verhindern, au\u00dferdem gibt es einen Verriegelungsmechanismus nach dem Einstecken. Dieser Steckverbinder erm\u00f6glicht eine einphasige Ladung bis zu 16A ohne Steuerkontakt, 32A mit und eine dreiphasige Ladung bis zu 63A.

Wie wir bereits wissen, ist die Nachfrage nach EV-Ladestationen in ganz Europa sehr hoch, und es ist auch von entscheidender Bedeutung sicherzustellen, dass jeder Ladepunkt betriebsbereit ist; andernfalls k\u00f6nnte dies zu einer weiteren Belastung der Infrastruktur f\u00fchren. Es k\u00f6nnen mehrere Probleme auftreten, die zu einem fehlerhaften Ladepunkt f\u00fchren k\u00f6nnen, wie z. B. \u00dcberlastung der Stromversorgung, Ger\u00e4te- und Systemausf\u00e4lle sowie \u00dcberhitzung. Viele L\u00e4nder in Europa haben bereits damit begonnen, dieses Problem anzugehen, indem sie sicherstellen, dass jede \u00f6ffentliche Ladestation den relevanten europ\u00e4ischen Sicherheitsstandards f\u00fcr elektrische Systeme entspricht. Die Vorschrift, die f\u00fcr jede Station gelten muss, beinhaltet Folgendes:<\/p>\n\n\n\n