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Elektromobilität
Ladepunkte selbst aufbauen

Der nächste Elektropraktiker 04/2018 beschäftigt sich unter Berücksichtigung von Brandgefahr u. Ä. mit der Möglichkeit Ladestationen für Elektrofahrzeuge in Tief- und Großgaragen zu errichten. Das stellt große Herausforderungen an das Elektrohandwerk, welches neben der reinen Installation die Integration in die neue elektro-mobile Infrastruktur realisieren muss.

Symbolfoto (Bild: Kara/stock.adobe.com)

Das Elektrohandwerk wird zunehmend mit der E-Mobilität konfrontiert, und in vielen Betrieben stellt sich die Frage nach den wirtschaftlichen Potenzialen des Themas. Dabei richtet sich der Blick auch auf die zum Aufbau einer einfachen Ladestation erforderlichen Komponenten sowie auf die Berücksichtigung 
kundenspezifischer Wünsche.

Prinzipiell sind Ladestationen oder Ladepunkte Niederspannungs-Schaltanlagen, die nach den Anforderungen der IEC 61 439-1 errichtet und installiert werden müssen – für den Fachmann aus dem Elektrohandwerk ist dies ein bekannter Standard. Für einen einfachen AC-Ladepunkt werden dabei nur wenige Komponenten benötigt (Bild 1). Dazu gehören ein Installations-Schütz, ein Fehlerstrom-Schutzschalter sowie Sicherungselemente und Verbindungstechnik. Auch die gängigen Installationsgehäuse lassen sich mit entsprechender IP-Schutzklasse für den Aufbau eines Ladepunktes problemlos nutzen.

Relativ neu in diesem Bereich sind Komponenten mit einem direkten Bezug zur E-Mobilität – wie Ladesteuerung sowie Ladestecker und Ladesteckdose.

Anforderungen an den Personenschutz

Eine wichtige Rolle spielt natürlich der Personenschutz, der über einen Standard-Fehlerstromschalter vom Typ A für jeden Ladepunkt separat abgedeckt werden muss. Damit dieses Wechselstrom-Schutzorgan korrekt funktioniert, darf kein Gleichfehlerstrom ins System eindringen, der zum Beispiel durch einen Fehler in der Fahrzeugelektronik generiert werden könnte. Um diese Anforderung an die elektrische Sicherheit zu erfüllen, muss die IEC 60 634-7-722 eingehalten werden. Hier gibt es zwei Möglichkeiten: Zum einen kann eine Wechsel- und Gleichfehlerstrom-Erkennung durch einen Fehlerstrom-Schutzschalter des Typs B erfolgen. Zum anderen kann ein FI zur Erkennung von Wechselfehlerströmen (I∆N = 30 mA) mit einer entsprechenden Sensorik kombiniert werden, um ein Monitoring des Gleichfehlerstroms I∆N = 6 mA) sicherzustellen.

Ein solches Gerät zur Erkennung von Gleichfehlerströmen ist beispielsweise der Residual Current Monitor (RCM) von Phoenix Contact, der bereits die künftigen Normanforderungen der IEC 61 851-1, Edition 3, erfüllt. Neben der Überwachungsfunktion kommuniziert dieses Zusatzmodul der Serie EV-RCM mit der Ladesteuerung und kann den Ladepunkt nach einem Gleichfehlerstrom auch wieder automatisch freigeben. Auf diese Weise erhöht sich die Anlagenverfügbarkeit – und für den Endanwender steht immer eine funktionierende Ladeinfrastruktur bereit.

Dem Errichter von Ladepunkten bieten sich grundsätzlich immer zwei Möglichkeiten: Als Verbindungsschnittstelle zum Fahrzeug kann zum einen eine Infrastruktur-Ladesteckdose (Case B) oder ein Ladestecker (Case C – Bild 1) dienen. Die erstgenannte Variante kommt häufig in gewerblichen oder öffentlichen Anwendungen zum Einsatz. Ein fest angeschlagenes Kabel eignet sich hingegen eher für die eigene Garage.

Das Herzstück der Ladesäule ist die Ladesteuerung, die in der Normreihe IEC 61 851 beschrieben ist. Zu deren Hauptaufgaben gehört die Kommunikation mit dem Fahrzeug per Pulsweitenmodulation (PWM). Die Anforderungen an die Interoperabilität von Fahrzeugen und an die Ladestation sind in den Teilen 21 bis 24 der Norm ausgeführt. Über das CP-Signal (Control Pilot) erfolgt die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation bzw. der Ladesteuerung. Durch die Regulierung des PWM-Signals gibt die Ladesteuerung dem Fahrzeug somit vor, welcher Ladestrom bzw. welche Ladeleistung dieses erhält.

Expertise des E-Handwerks ist sehr gefragt

Natürlich können Ladepunkte in das Lade- und Energiemanagement im gewerblichen oder privaten Bereich eingebunden werden. Besonders im Firmennetzwerk ist der Aspekt der optimalen Energieauslastung mit der Vermeidung von Lastspitzen ein wichtiges Thema. Aber auch im privaten Bereich gewinnt dieser Aspekt an Bedeutung – besonders im Hinblick auf die Energieeffizienz.

Gefragt ist demnach nicht nur die Expertise des Fachmanns bei der Montage vor Ort, sondern auch die Beratung, Planung und Ausführung von Energiemanagementsystemen in einem Smart Home. Ein Aspekt ist hier auch der Wegfall der PV-Einspeisevergütung nach 20 Jahren. Spätestens wenn der Kunde sich fragt, wie er die selbst erzeugte Energie optimal verwerten soll, kommen Themen wie elektrische Fahrzeugladung oder Energiespeichersysteme auf die Agenda.

Integration in das Energiemanagement

Mit der Ladesteuerung aus der Serie EV CC Basic des genannten Herstellers – CC steht für Charge Control – lassen sich Energiemanagementsysteme über die integrierte RS485-Schnittstelle und über das Protokoll Modbus RTU anbinden (Bild 2). Wünscht der Kunde eine Anbindung an vorhandene IT-Strukturen, kann mit der Ladesteuerung EV CC Advanced eine Integration über die Ethernet-Schnittstelle und dem Protokoll Modbus TCP/IP erfolgen. In beiden Fällen ist eine komplexe Programmierung nicht erforderlich – die einfache Konfiguration der Steuerung reicht aus.

Mit den Steuerungen lassen sich einfache und komplexe Ladepunkte errichten und verwalten. Ebenso ist es möglich, kundenspezifische Applikationen umzusetzen, zum Beispiel eine einfache Ladefreigabe über einen Betätigungsschalter am Gehäuse, eine externe und automatische Ladefreigabe von der Photovoltaikanlage sowie eine Integration der Ladepunkte in das Smart Home. Für diese und andere Fälle gibt es vier Ladetechnik-Sets, die mit den spezifischen Komponenten für die Fahrzeugladung ausgestattet und vorkonfiguriert sind. Die Elektrofachkraft muss nur noch Fehlerstrom-Schutzschalter, Installationsschütz und Gehäuse hinzufügen, um einen Ladepunkt aufzubauen.

Nicht erst seit der Diesel-Affäre wächst das Interesse an der E-Mobilität. Dabei zeigen repräsentative Studien, dass bis zu 80 % der Ladepunkt-Interessenten Systemlösungen aus einer Hand bevorzugen – von der ersten Beratung über die Installation bis hin zu Service und Wartung. Ein kompetenter Anbieter erspart seinen Kunden viel Zeit und Aufwand, und somit sind Elektrofachbetriebe als Systemintegratoren für den Aufbau von Ladepunkten geradezu prädestiniert.

Autor: R. Ewendt

Bild 1: (1) AC-Ladepunkt mit Ladestecker (Case C). Diese Konstellation ist für eine Ladesäule mit fest angeschlossenem Ladekabel interessant Legende: (1) Ladesteuerung; (2) Residual Current Monitor (RCM) mit dazugehörigem Sensor (gelb); (3) Fehlerstrom-Schutzschalter (FI) Typ A; (4) Installationsschütz; (5) Ladestecker (bei Case B Ladebuchse); (6) Installationsgehäuse (Quelle: Phoenix Contact)
Bild 2: (2) Die Ladesteuerung, in diesem Fall die EV CC Basic, kann vergleichsweise einfach in das übergeordnete Energiemanagementsystem eingebunden werden (Quelle: Phoenix Contact)

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