Elektromobilität Elektronische Wirkstromzähler in Ladestationen für Elektroautos

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Die Bundesregierung hat kürzlich noch einmal bekräftigt, an dem Ziel festzuhalten, bis 2020 eine Millionen Elektroautos in Deutschland auf die Straße zu bringen. Neben vielen anderen Aufgaben spielt die Ladeinfrastruktur eine wichtige Rolle in diesem Konzept. Die Firma Beck IPC vertraut für die Abrechnung und die Überwachung in den von ihnen entwickelten Ladestationen auf elektronische Wirkstromzähler von Finder.

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Die Ladeinfrastruktur ist eine der Schlüsselfragen im Rahmen der Elektromobilität.
Die Ladeinfrastruktur ist eine der Schlüsselfragen im Rahmen der Elektromobilität.
(Bild: Finder)

Eine Apotheke in Wiesloch gilt allgemein als die erste Tankstelle Deutschlands. Hier stoppte Bertha Benz im August 1888 bei der ersten Überlandfahrt, um Treibstoff für den von ihrem Mann Carl entwickelten und gebauten Patent-Motorwagen einzukaufen. Es dauerte einige Jahrzehnte, bis sich die heute üblichen Tankstellen entwickelten und flächendeckend eingeführt wurden. Heute gibt es in Deutschland mit etwa 14.000 Tankstellen ein flächendeckendes Netz, an dem herkömmliche Autos mit Treibstoff versorgt werden können.

Elektroautos brauchen Ladestationen statt Zapfsäulen

Um die Elektroautos, die zukünftig in Deutschland unterwegs sein sollen, mit Energie zu versorgen, ist ein entsprechend gut ausgebautes, flächendeckendes Netz an Ladestationen notwendig. Die Reichweite heutiger Elektroautos ist deutlich geringer als die von Autos mit Benzin- oder Dieselmotor. Da ein Großteil der Fahrten allerdings nur sehr kurz ist, stellt dies kein grundlegendes Problem dar – vorausgesetzt die notwendige Ladeinfrastruktur ist vorhanden. Das Netz der Ladestationen muss bezogen auf die Anzahl der Fahrzeuge deutlich dichter sein als das heutige Tankstellennetz, da der Ladevorgang erheblich länger dauert. Um den langen Ladevorgang in den normalen Nutzungsalltag eines Elektroautos zu integrieren, müssen sich die Ladestationen idealerweise an den Stellen befinden, an denen die Autos länger stehen – beispielsweise in einer Tiefgarage oder in einem Parkhaus.

Öffentliche Ladestationen müssen robust sein

Bild 1: Die eCharging Wallbox ist für die Installation im öffentlichen Raum beispielsweise in Tiefgaragen geeignet.
Bild 1: Die eCharging Wallbox ist für die Installation im öffentlichen Raum beispielsweise in Tiefgaragen geeignet.
(Bild: Finder)

Die Anforderungen an Ladestationen, die beispielsweise in Parkhäusern installiert werden sollen, sind sehr hoch. Ein robustes Gehäuse, das gegebenenfalls auch einen „Parkrempler“ unbeschadet übersteht, ist hier Pflicht. Eine solche Ladestation bietet die Firma Beck IPC GmbH mit der eCharging Wallbox Multi an (Bild 1). Das mittelständische Unternehmen mit Sitz in Wetzlar, das etwa 40 Mitarbeiter beschäftigt, bietet Produkte und Dienstleistungen rund um die industrielle Steuerungstechnik und Kommunikation an.

Die eCharging Wallbox ist in einem pulverbeschichteten Stahlblechgehäuse untergebracht, dass den rauen Umgebungsbedingungen problemlos widerstehen kann. Dabei wird gleichzeitig die hohe Schutzart IP54 erfüllt. Zum Laden sind die Steckersysteme der neuen Norm IEC 61851 vorgesehen.

Mit dem Type1-Stecker gemäß SAE J1772-2009 ist der Ladevorgang mit 230 V und maximal 16 A möglich. Der Type2-Stecker gemäß VDE-AR-E 2623-2-2 lässt ein schnelleres Laden mit 400 V bei maximal 32 A zu. Beide Stecker sind mit drei Meter langen fest installierten Kabeln versehen, sodass der Anschluss des Elektroautos auf jeden Fall bequem möglich ist. Alternativ ist die Ladestation auch mit Ladebuchsen erhältlich. Zusätzlich ist noch eine schaltbare Schukosteckdose vorgesehen.

Bei der Absicherung und Überwachung der Ladestromkreise verlässt man sich bei Beck IPC auf Produkte von Finder. So werden beispielsweise Überwachungsrelais der Serie 70 und Installationsschütze der Serie 22 eingesetzt. Die Versorgung der Elektronik mit einer Spannung von 12 VDC wird durch ein Schaltnetzteil der Serie 78 ebenfalls von Finder sichergestellt.

Intelligentes Laden gemäß der aktuellen Norm IEC 61851

Beck IPC setzt in den Ladestationen eine Steuerung vom Typ com.tom ein, die eine einfache Anbindung an ein übergeordnetes System über Mobilfunk und das Internet ermöglicht. Die Online-Anbindung der Steuerung, die mit einem CODESYS-Laufzeitsystem ausgestattet ist, geschieht über GPRS. „Selbst in Tiefgaragen ist der Mobilfunkempfang in aller Regel so gut, dass die Anbindung problemlos klappt“, erläutert Jan Ewe, der als Key Account Manager bei Beck IPC tätig ist.

Über die GPRS-Verbindung ist die eCharging Wallbox mit einem eCharging Portal im Internet verbunden. Hier lassen sich alle angeschlossenen Ladestationen komfortabel verwalten. So sind über das Internet jederzeit sämtliche Ladevorgänge an allen Stationen abrufbar. Sollte es einmal zu einer Störung kommen, kann über das Portal eine Alarmierung über E-Mail oder SMS erfolgen.

Bild 2: Elektronische Wirkstromzähler vom Typ 7E überwachen die wichtigen Parameter während des Ladevorgangs.
Bild 2: Elektronische Wirkstromzähler vom Typ 7E überwachen die wichtigen Parameter während des Ladevorgangs.
(Bild: Finder)

Die Steuerung überwacht auch den Ladevorgang an der Station. Das besondere an dem Ladevorgang gemäß der neuen Norm IEC 61851 ist, dass eine Kommunikation zwischen Ladestation und Fahrzeug stattfindet. Mit diesem so genannten „intelligenten Laden“ kann der Ladevorgang optimal gesteuert werden. Neben der Kommunikation mit dem Fahrzeug ist natürlich eine genaue Messung der relevanten Ladeparameter, wie Strom und Spannung, notwendig.

Dazu setzt man bei Beck IPC elektronische Wirkstromzähler vom Typ 7E von Finder ein (Bild 2). Diese Zähler verfügen über eine M-Bus-Schnittstelle, über die die Steuerung die Ladeparameter auslesen kann. Gemessen werden dabei aktuelle Werte für Strom, Spannung und Leistung sowie der gesamte Energieverbrauch während des Ladevorgangs. „Das Monitoring dieser Parameter“, so Ewe weiter, „ist für die genaue Steuerung des Ladevorgangs sehr wichtig.“

Abrechnung des Stromverbrauchs via RFID

Bild 3: Im eCharging Portal steht eine Vielzahl an Informationen zu den einzelnen Ladevorgängen zur Verfügung.
Bild 3: Im eCharging Portal steht eine Vielzahl an Informationen zu den einzelnen Ladevorgängen zur Verfügung.
(Bild: Finder)

Die Kommunikation mit der eCharging Wallbox vor Ort geschieht über ein integriertes 4,2-Zoll-Touchdisplay. Um die Benutzer zu identifizieren wird die RFID-Technik verwendet. Der Nutzer hält dazu seine persönliche RFID-Karte vor das integrierte Lesegerät, wodurch die Ladestation freigeschaltet wird. Anschließend kann der Ladevorgang beginnen.

Die Historie sämtlicher Ladevorgänge, die verbrauchte Energie pro Ladevorgang und viele weitere Daten werden in der Datenbank auf dem eCharging Portal (Bild 3) gespeichert. Die Energiekosten können dort vorgegeben werden, sodass sich problemlos eine Abrechnung erstellen lässt.

Optimale Zusammenarbeit zwischen Mittelständlern

Dass sich Beck IPC bei den elektrotechnischen Komponenten voll auf Finder verlässt, ist kein Zufall. „Mit einem mittelständischen Unternehmen wie Finder können wir optimal zusammenarbeiten“, meint Ewe. Neben einem umfassenden Produktportfolio sei vor allem das Engagement des Unternehmens entscheidend. Dies betreffe sowohl die gute Zusammenarbeit mit dem Vertrieb als auch die Bereitschaft in einem sich dynamisch entwickelnden Markt, wie der Elektromobilität, zu investieren. „Bei Finder können wir uns sicher sein, dass uns das Unternehmen auch in Zukunft in diesem Markt unterstützt, selbst wenn sich die Anforderungen der Norm einmal ändern sollten“, fasst Ewe zusammen.

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