Ladesäulenkonzept E-Mobilität der Zukunft

Norwegen macht es vor: Ab 2025 sind in dem skandinavischen Land keine Pkw mit Verbrennungsmotor mehr zugelassen. Bis es nicht nur in Norwegen, sondern in ganz Europa soweit ist, müssen allerdings noch einige technische Herausforderungen gemeistert werden. Die heute noch vergleichsweise hohen Kaufpreise für Elektrofahrzeuge werden aller Voraussicht nach sinken – wenn die Stückzahlen steigen. In der aktuellen Diskussion ist die Reichweite der Elektroautos sicherlich das dominierende Thema. Technische Weiterentwicklungen in den eingesetzten Akkus sorgen hier für Fortschritte: So bringen es der Tesla S sowie der neue Opel Ampera schon auf Reichweiten bis zu 500 km. Da ein Großteil der Fahrten in Deutschland aber deutlich kürzer
ist, stellt die erforderliche Reichweite kein grundlegendes Problem dar – vorausgesetzt die notwendige Ladeinfrastruktur ist vorhanden.

Die Tankstelle der Zukunft

Optimale Reichweiten erfordern voll geladene Batterien. Basis dessen sind die Ladeinfrastruktur und die zugrunde liegende Ladetechnik. Beide spielen eine gewichtige Rolle bei der Mobilität der Zukunft. Während Autos mit Verbrennungsmotor binnen weniger Augenblicke vollgetankt sind, benötigt der Ladevorgang der Batterien vergleichsweise viel Zeit. Selbst mit
Schnellladetechniken vergehen immer noch rund 30 Minuten, bevor die Fahrt fortgesetzt werden kann. 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. Hinzu kommen
Ladeanschlüsse in der heimischen Garage oder dem Carport, an denen Elektroautos bequem über Nacht aufgeladen werden können. Unumstritten ist auch, dass die Anzahl der Ladestationen im öffentlichen und privaten Bereich deutlich höher sein müssen als die Anzahl der Zapfsäulen an den heutigen Tankstellen. „Der Zeitaufwand für den Ladeprozess ist allerdings nur mit der richtigen Schalttechnik zu lösen“, erklärt Dejan Grgic-Groß, Marktmanager und E-Mobility-Experte bei Finder. „Hierfür halten wir die Produktnormen stetig auf dem aktuellsten Stand und Qualitätsverbesserungen werden laufend fortgeführt.“ Das bedeutet in der Praxis: Das Potenzial der Schalttechnik darf niemals unter den Marktanforderungen liegen.

Anforderungen an die Ladestationen

Bei der Ladetechnik existieren aktuell mehrere Standards: So gibt es AC- und DC-Ladesysteme mit unterschiedlichen Strömen und Ladesteckern, die sich je nach Markt unterscheiden. Im Wesentlichen sind die Normen von IEC für den europäischen Markt, SAE für den nordamerikanischen Markt und GB/T für China gültig. Um die Batterien möglichst schnell aufzuladen, sind hohe Ströme und/oder Spannungen notwendig. Außerdem ist – wie in vielen anderen Märkten auch – in der Elektromobilität mehr Leistung auf einem immer kleiner werdenden Raum gefragt. Das schließt die Schalttechnik mit ein: Bis dato suchen Hersteller noch nach einer Leistungsrelaislösung für die Platine, denn um die Batterien möglichst schnell laden zu können, sind hohe Ströme
und/oder Spannungen notwendig. Gefährdungen der Nutzer müssen dabei kategorisch ausgeschlossen sein. Das ist auch der Grund für die verschiedenen Sicherheitsmechanismen bei den Ladesystemen, wie etwa die Verriegelungen der Stecker.

Bei allen Ladesystemen ist die Absicherung und Überwachung der Ladestromkreise ein Muss. Der Schaltschütz stößt in Anbetracht der hohen geschalteten Leistung oft an seine Grenzen, verschleißt dadurch und ist zudem platzraubend. Dejan Grgic-Groß dazu: „Das Finder Leistungsrelais der Serie 67 dagegen schaltet einen sehr hohen Einschaltstrom bei gleichzeitig
geringer Halteleistung zuverlässig.“ Das ist einer der wichtigsten Gründe, warum immer mehr Ladesäulenhersteller auf die Serie 67 von Finder zurückgreifen. Weitere Komponenten in den Ladestationen sind beispielsweise Installationsschütze der Serie 22 oder Koppelrelais der Serie 48. Auch an die Gehäusetechnik von Ladestationen werden hohe Anforderungen gestellt: Im
Außenbereich müssen sie den gegebenenfalls widrigen Umgebungsbedingungen trotzen und die Elektronik sicher vor Feuchtigkeit und zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen schützen. Zudem ist ein gewisser mechanischer Schutz erforderlich, der im Zweifel auch einmal einen leichten Aufprall eines Fahrzeugs aushält.

Integrierte Abrechnung

An einer klassischen Tankstelle ist die Abrechnung der getankten Menge Benzin oder Diesel sehr komfortabel – die Durchflussmessung an den einzelnen Zapfsäulen wird automatisch an das Kassensystem in der Tankstelle übertragen. Auch eine Bezahlung mit Kreditkarte direkt an einer entsprechenden Zapfsäule ist möglich. Ähnlich einfach und komfortabel müssen auch die Abrechnungssysteme an Ladestationen für Elektroautos funktionieren. Die lange Ladezeit ist auch hier der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Tankstellen. Derzeit gibt es unterschiedliche Möglichkeiten der Bezahlung: Abos, Kunden-Karten oder SMS- und RFID-Authentifizierung. Teilweise kann an den Ladestationen auch kostenlos Strom „getankt“ werden – zum Beispiel auf ausgewiesenen Kundenparkplätzen. In allen anderen Fällen ist ein abrechnungsfähiger Stromzähler in der Ladestation notwendig. Optimal ist hierfür der elektronische Wirkstromzähler der Serie 7E von Finder. Er erfasst nicht nur die relevanten Ladeparameter wie Spannung und Strom, sondern verfügt auch über eine integrierte Bus-Schnittstelle zur Fernauslesung sämtlicher Werte wie die Blind- und Wirkleistungen. Die Wirkstromzähler sind als ein- oder dreiphasige Varianten in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Die Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung der Ladestation erfolgt entweder über M-Bus oder über Modbus. Die Wirkstromzähler vom Typ 7E erfüllen die Europäische Messgeräterichtlinie MID und lassen sich dadurch problemlos für Abrechnungszwecke einsetzen.

Komplettes Portfolio rund um die Ladetechnik

Finder bietet in seinem Lieferprogramm ein umfassendes Portfolio an, um moderne Ladestationen für die Elektromobilität elektrotechnisch auszustatten: Neben den elektronischen Wirkstromzählern der Serie 7E für die Abrechnung, sind dies vor allem Relais zum Schalten und Schützen der Ladestromkreise. Elektronik-Hersteller Finder ist ein am Markt etablierter Spezialist für Schaltschrankkomponenten. Daher liegt es nahe, dass das Unternehmen seine über Jahrzehnte gewonnenen Kompetenzen im Bereich Schalttechnik schon vor Jahren auf die E-Mobility-Branche übertragen hat: Die Schaltschrankthermostate vom Typ 7T messen die Temperatur zuverlässig und schalten bei Bedarf Schaltschranklüfter der Serie 7F und Schaltschrankheizungen der Serie 7H ein. Auch bei der Versorgung der Elektronik mit einer DC-Spannung von 12 V stehen passende Schaltnetzteile der Serie 78 zur Verfügung. Finders E-Mobility-Kompetenz wächst rasch und birgt Potenziale, da viele Hersteller von Ladesäulen Kunden von Finder sind.