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Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Gleichzeitiges Laden von verschiedenen E-Mobilen

Im Sommer 2016 wurde an der Technischen Hochschule Bingen (THB) an einem Nachmittag eine große Anzahl an E-Mobilen geladen.

Elektromobilität, E-Auto beim Laden, Ladesäule

Die Auswertung ergab, dass die Ladetechnik in den E-Fahrzeugen in den letzten Jahren deutlich an Qualität zugenommen hat, es aber dennoch weiterer Verbesserungen bedarf, insbesondere bei der Spannungsqualität und der Unsymmetrie beim Laden.

Die Studie „Power Quality in der Elektromobilität – Auswirkungen der Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen auf die Netzqualität“ zeigte, dass im Jahre 2013 ca. 25 % aller in diesem Projekt gemessenen E-Mobile unzulässige Oberschwingungsströme während der Ladevorgänge erzeugten [1].

An einem Tag im Juni 2016 konnten an der THB über 50 verschiedene Ladevorgänge unterschiedlichster Fahrzeuge in wenigen Stunden aufgezeichnet werden. Im Hinblick auf die Strom- und Spannungsqualität sowie weitere Auswirkungen soll hier ein erster Eindruck der dabei gewonnenen Erkenntnisse vermittelt werden.

Messung und Bewertung der Emissionen

Mit der Bewertung nach den VDN-Technischen Regeln (D-A-CH-CZ-Richtlinie [2]) werden alle in einer Anlage relevanten Oberschwingungserzeuger bezüglich der am gemeinsamen Netzanschlusspunkt zu erwartenden Emissionen zusammengefasst. Dabei werden zum einen die einzelnen Oberschwingungsströme als auch die Gesamtheit aller Stromharmonischen über den Verzerrungsfaktor der Grundschwingung THD betrachtet.

Zum Messen der Ströme und Spannungen während der Ladevorgänge wurden Power Quality Analysatoren und Störschreiber der Firma A. Eberle aus Nürnberg eingesetzt. Für den mobilen Einsatz wurden sogenannte PQ-Boxen, für den stationären Einbau sogenannte PQI-DAs verwendet.

Die Abtastfrequenz der PQ-Box 200 liegt bei 40,96 kHz, so dass Frequenzen von DC bis 20 kHz erfasst werden konnten.

Stromqualität

Es standen 10 Ladestellen für E-Mobile zur Verfügung, 1 bis 8 waren 32-A-CEE-Steckdosen. Die ersten 4 wurden nach etwa 30 m in einem Anschluss zusammengeführt. An den letzten beiden Ladestellen, 9 und 10, waren 63-A-Verteiler angeschlossen, sodass dort sowohl per Schuko- und CEE- als auch per Typ2-Anschluss geladen werden konnte.

Alle Ladevorgänge bis auf zwei verliefen so, dass gemäß der D-A-CH-CZ-Richtline keine Grenzwertverletzungen auftraten. Das heißt, dass alle serienmäßig gebauten E-Mobile und die meisten umgebauten E-Mobile im Stromverlauf keine Grenzwertverletzungen zeigten.

In den Bildern 1 und 2 sind verschiedene Ladeströme von E-Mobilen dargestellt, zum Teil betrugen diese Ladeströme fast 33 A.

Standardmäßig beginnen die Ladeströme mit allen am Ladevorgang beteiligten Phasen gleichzeitig. Einige Serienfahrzeuge sind jedoch so aufgebaut, dass eine Phase nach der anderen zugeschaltet wird. Außerdem gibt es noch Typen, die zusätzlich dazu noch stufenweise den Ladestrom erhöhen, beispielsweise zunächst mit 16 A und nach kurzer Zeit erst mit 32 A. Durch die starke Unsymmetrie wird der Neutralleiter kurzzeitig mit dem Phasenstrom belastet und erhöht die Neutralleiter-Erde-Spannung und erhöht somit auch die Spannung der nichtbelasteten Phasen leicht.

Unter den 50 E-Mobilen, die an diesem Nachmittag an der TH Bingen geladen wurden, befanden sich zwei, deren Ladeelektronik fehlerhaft arbeitete (Bild 3). Dazu stellt sich die Frage, ob die Elektronik selbst so einen Fehler meldet oder ob es eine regelmäßige Überprüfung gibt bzw. geben sollte.

Literatur: [1] Thomas, T.; Plumhoff, Peter A.: Studie – Power Quality in der Elektromobilität – Auswirkungen der Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen auf die Netzqualität. TH Bingen, 2013. Siehe dazu auch: www.plumhoff.eu.
[2] VDN (D-A-CH-CZ): Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen. 2. Ausgabe 2007. (Nachfolgeorganisation im Bereich der technischen Regelsetzung ist das Forum Netztechnik/Netzbetrieb (FNN) im VDE, www.vde.com/de/fnn).
[3] DIN EN 61000-3-2 (VDE 0838-2):2015-03: Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – Teil 3-2: Grenzwerte – Grenzwerte für Oberschwingungsströme (Geräte-Eingangsstrom ≤ 16 A je Leiter) (IEC 61000-3-2:2014).
[4] DIN EN 61000-3-12 (VDE 0838-12):2012-06: Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – Teil 3-12: Grenzwerte – Grenzwerte für Oberschwingungsströme, verursacht von Geräten und Einrichtungen mit einem Eingangsstrom > 16 A und ≤ 75 A je Leiter, die zum Anschluss an öffentliche Niederspannungsnetze vorgesehen sind (IEC 61000-3-12:2011).

Autoren: P. Plumhoff, T. Thomas, J. Blum

Bilder:

(1) Stromverlauf ohne Grenzverletzung (16 A) (Quelle: Prof. Dr. Plumhoff/J.Blum/ep)
(2) Stromverlauf ohne Grenzverletzung (28 A) (Quelle: Prof. Dr. Plumhoff/J.Blum/ep)
(3) Fehlerhafter Ladestrom (Quelle: Prof. Dr. Plumhoff/J.Blum/ep)

Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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