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Ladeschnittstellen

Um die Elektromobilität massentauglich zu machen, werden zunehmend innovative Lösungen angeboten. Ein wichtiger Bestandteil ist dabei die Ladetechnik. In diesem Zusammenhang wird der Begriff Smart Charging für Ladesysteme von Elektro- oder Hybridfahrzeugen nach Normen wie ISO 15118 und DIN SPEC 70121 verwendet.

In diesem Know-how-Teil werden die wesentlichen Informationen zu Ladeschnittstellen vorgestellt.

Vector Lösungen für Smart Charging

Vector unterstützt Entwickler von On-Board-Ladesteuergeräten im Fahrzeug, Ladestationen und Induktionsladesystemen mit umfangreichen Testsystemen, Hardware und maßgeschneiderter Steuergerätesoftware. Dies hilft Ihnen schnell und kostengünstig zu entwickeln.

CCS Kontaktbelegung

CPControl Pilot

Der CP wird für die Kommunikation (Austausch von Steuersignalen) zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug verwendet. Durch die Verwendung einer 1-kHz-Rechteckwelle mit ±12 V zwischen der CP- und PE-Leitung kann die Amplitude vom Elektrofahrzeug manipuliert werden, um das Laden zu steuern (PWM-Kommunikation).

PPProximity Pin / Plug Present

Der PP kann die Bewegung des Elektrofahrzeugs verhindern, während es an die Ladestation angeschlossen ist. Das Elektrofahrzeug kann nur wegfahren, wenn der Ladestecker abgezogen ist. Im Typ-2-Stecker wird der PP zur Erkennung der Ladekabellastkapazität verwendet. Sowohl die Ladestation als auch das Elektroauto können den PP-Kontakt nutzen, um zu sehen, wie stark das angeschlossene Ladekabel belastet werden darf. Im Typ-1-Stecker wird dieser Stift für die manuelle Entriegelung des Steckers verwendet.

CSConnection Signal

In älteren Normversionen wird der PP des Typ-1-Wechselstromsteckers in IEC 62196 als Verbindungssignal (CS) und in SAE J1772 als Näherungserkennung (PD) bezeichnet.

PDProximity Detection
PEProtective Earth

Der PE ist auf der Seite der Ladestation geerdet. Mit ihm kann Strom an die Erdung geleitet und Stromschläge verhindert werden. Außerdem dient der PE als Referenzpin für CP und PP.

AC-Laden

E-Fahrzeuge können sowohl mit Wechselstrom (AC) als auch mit Gleichstrom (DC) aufgeladen werden. Da der Strom aus dem Netz immer Wechselstrom ist und E-Fahrzeuge ihn nur als Gleichstrom speichern können, muss er umgewandelt werden. Für das Laden mit Wechselstrom ist der Konverter im Fahrzeug eingebaut. Beim "On-Board-Charger" wird der Strom im Fahrzeug in Gleichstrom umgewandelt und dann in die Fahrzeugbatterie eingespeist. Dies ist derzeit die am weitesten verbreitete Lademethode für Elektrofahrzeuge.

  • Konduktive AC-Ladeleistung: Bis zu 44 kW mit einem Typ-2-Stecker

 

Steckeransicht einer Ladestation für AC-Laden
AC Typ-1 und Typ-2

Der Steckverbinder IEC 62196-2 Typ-1 basiert auf der Norm SAE J1772, ist für Einphasen-Wechselstrom von 6 bis 32 A ausgelegt und erlaubt damit Ladeleistungen bis 7,4 kW. Der Steckverbinder IEC 62196-2 Typ-2 wurde für dreiphasigen Wechselstrom bis 63 A entwickelt, das heißt Ladeleistungen bis 44 kW. Über den Typ-2-Stecker kann auch ein einphasiger Ladevorgang durchgeführt werden. In diesem Fall werden die Kontaktstifte L2 und L3 nicht verwendet. Daher ist es einfach, zwischen Typ-1- und Typ-2-Stecker zu wechseln.

AC GB/T

Die AC GB/T-Norm 20234.2 ermöglicht sowohl ein- als auch dreiphasiges Laden im Lademodus 3. Er ist analog zum AC Typ-2-Stecker aufgebaut.

Tesla

Ein Tesla wird mit AC- und DC-Superchargern aufgeladen. In der EU ist es auch möglich, das Fahrzeug mit einem dreiphasigen AC-Ladegerät Typ 2 aufzuladen.

 

DC-Laden

Im Gegensatz zu AC-Ladegeräten befindet sich der Konverter bei DC-Ladegeräten "off-board", das heißt in der Ladestation selbst. Daher kann der Strom direkt in die Autobatterie eingespeist werden. Diese Methode ermöglicht ein sehr schnelles Aufladen, weshalb sie eine wichtige Rolle für Elektroflottenfahrzeuge wie Elektrobusse, Poolfahrzeuge, Logistik- und Transportfahrzeuge spielen wird.

  • Konduktive DC-Ladeleistung: Bis zu 400 kW mit einem CCS-Typ-2-Anschluss (CharIN entwickelt derzeit ein Megawatt-Ladegerät mit bis zu 3 MW)

 

Steckeransicht einer Ladestation für DC-Laden
DC GB/T

AC- und DC-Ladestecker haben unterschiedliche Pins, weshalb im Fahrzeug getrennte AC- und DC-Eingänge erforderlich sind. Für das DC-Laden ist das Kommunikationsprotokoll in GB/T 27930 definiert. Es wird ausschließlich in China verwendet.

CHAdeMO

Ähnlich wie GB/T verwendet CHAdeMO 2.0 CAN für die DC-Ladekommunikation. Es wird in Japan und hauptsächlich von japanischen OEMs außerhalb Japans verwendet.

ChaoJi

Die neue CHAdeMO-Spezifikation 3.0 wurde 2020 veröffentlicht. Es wird auch ChaoJi genannt und ist eine Harmonisierung von GB/T und CHAdeMO. Diese Version bietet zusätzlich bis zu 500 kW und eine GB/T-Kompatibilität, da der Stecker zusammen mit dem GB/T-Ladestandard entwickelt wurde.

Tesla

Der Tesla Supercharger verwendet ein proprietäres Kommunikationsprotokoll, das den Ladevorgang ermöglicht. In der EU nutzt Tesla aufgrund der EU-Norm 2014/94 den CCS-Stecker Typ 2.

 

Combined Charging System

CCS Typ-1 & CCS Typ-2

Das Combined Charging System (CCS) ist die Erweiterung des AC Typ-1- und Typ-2-Steckers für hohe DC-Ladeleistungen, der zusätzlich über zwei große Leistungskontakte verfügt. Im Vergleich zu den AC-Versionen werden auch die CP-, PP- und PE-Pins verwendet, und der Stecker wird um Plus- und Minuskontakte erweitert. Für eine High-Level-Kommunikation zum intelligenten Laden wird dem CP eine Powerline Communication (PLC) überlagert.

CCS-Autorisierung

External Identification Means (EIM)

EIM ist eine Identifizierungsmethode, die eine zusätzliche Benutzerinteraktion oder andere Identifizierungsvorgänge erfordert. Dies kann eine Smartphone-App, eine Kreditkarte, eine RFID-Karte oder das Scannen des Nummernschilds an einer Ladestation sein.

 

Autocharge

Bei dieser benutzerfreundlichen Autorisierungsmethode wird das Elektrofahrzeug über seine Fahrzeug-ID autorisiert. Wenn das Fahrzeug mit dem Ladekabel an die Ladestation angeschlossen wird, sendet das Fahrzeug seine MAC-Adresse (Media Access Control) an die Ladestation. Die Ladestation verwendet eine OCPP-Anfrage (Open Charge Point Protocol), um die Daten an das Ladestationsmanagementsystem (CSMS) zu senden, wo die Adresse mit einer Adressliste abgeglichen wird. Bei einem erfolgreichen Abgleich wird eine Autorisierungsantwort an die Ladestation zurückgeschickt, bei einem nicht erfolgreichen Abgleich wird ein Fehlerstatus übermittelt. Autocharge wird aufgrund von Sicherheitsbedenken meist an privaten Ladestationen und nicht an öffentlichen Ladestationen verwendet.

 

Plug and Charge (PnC)

Bei der PnC-Autorisierungstechnik muss der Fahrer nur das Ladekabel an das Fahrzeug anschließen. Das Fahrzeug wird automatisch identifiziert und zum Laden autorisiert. Die Methode arbeitet mit einem asymmetrischen Schlüsselalgorithmus, der ein Schlüsselpaar mit einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel verwendet. Diese sind so miteinander verknüpft, dass codierte Nachrichten nur mit dem zugehörigen Schlüssel gelesen werden können. Die Implementierung der Public-Key-Infrastruktur (PKI) und der Umgang mit Zertifikaten ist erforderlich.

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