Main Harbor Charging: beschreibt Ladesäulen, die sich im Heimbereich befinden. In den meisten Fällen gibt es hier unterschiedliche Ausführungen. Einerseits ist dies durch die Hausanschlussleistung limitiert, andererseits durch die Möglichkeit des Ladens. An einer Standardsteckdose (220 V/10 A) ist eine Leistung von 2,2 kW abrufbar. Bei den sogenannten Wallboxen ist es möglich bis zu einer Leistung von 22 kW zu laden, ein gängiger Wert für Heimanwendungen liegt bei 11 kW, da die typische Anschlussleistung bei circa 14 kW liegt.
Destination Charging: beschreibt Ladesäulen, die sich zum Beispiel vor Einkaufszentren befinden. Hier stehen höhere Anschlussleistungen des Stromnetzes zur Verfügung, weshalb eine höhere Ladeleistung abrufbar ist. Diese beträgt circa 50 kW. Hier ist der limitierende Faktor der On-Board-Charger (OBC), der herstellerabhängig definiert wird und keinem europäischen Standard unterliegt.
Range Extension Charging: beschreibt Ladesäulen, die sich an Autobahnen befinden und sehr schnell viel Energie bereitstellen können. Die Ladeleistungen sind deutlich über 50 kW und finden ihre Limitierung bei circa 320 kW. Hier gibt es keine Limitierung des OBC, da dieser durch eine Bypass-Leitung umgangen wird und die Leistung direkt dem Batteriemanagement (BMS) zur Verfügung steht.
Ladestationen im Detail
Betrachten wir nun etwas näher, was es mit dem Thema OBC, Bypass-Leitung und dergleichen auf sich hat. Bei den drei unterschiedlichen Ladeformen wird immer wieder von AC Charging und DC Charging gesprochen. Das ist im ersten Moment verwirrend, da man Batterien nach allgemeinem Wissen immer nur mit Gleichstrom laden kann.
In der Theorie lässt sich der Unterschied zwischen AC und DC Charging so erklären: AC Charging heißt, dass der Wechselstrom vom Netz kommend in den OBC eingespeist wird – wie in Main Harbor Charging beschrieben mit einer Leistung von 2,2 bis 22 kW, abhängig von der Hausanschlussleistung. Der OBC transformiert den Wechselstrom in Gleichstrom um. Vereinfacht gesagt macht die AC-Ladestation nichts Anderes, als die Leistung frei zu schalten und eine Kommunikation mit dem OBC herzustellen, was sich auch an den Stückkosten bemerkbar macht. Zwischen den AC-Ladern und den DC-Ladern ist ein Preisunterschied von circa Faktor 10.
DC-Ladestationen sind nach einer dedizierten Topologie aufgebaut. Im ersten Schritt werden sogenannte schnelle Transiente abgeleitet, die beispielsweise durch einen Blitz entstehen können. Dies wird durch den Einsatz von Varistoren oder/und Gas Discharge Tubes (GDT) erreicht.
Im zweiten Schritt werden Filterelemente eingesetzt um einerseits die Störungen vom Netz in das Gerät zu reduzieren beziehungsweise zu unterdrücken und andererseits die Störung vom Gerät in das Netz zu minimieren. Dies wird durch CMC und X/Y Kondensatoren realisiert. Als nächstes wird die Spannung durch eine Netzteiltechnologie von Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt.
Der DC-Link-Kondensatorblock ist das Schlüsselelement bei Ladestationsapplikationen; er gewährleistet einen konstanten Spannungsfluss und ist für die Langlebigkeit der Batterie verantwortlich. Der Kondensatorblock ermöglicht einen niederimpedanten Rückstrompfad für die Schaltströme.
Zusammengefasst sind diese Kondensatoren für die Batterielebensdauer und das EMV-Abstrahlverhalten von essentieller Bedeutung. Im Anschluss wird die Gleichspannung wieder in Wechselstrom transformiert, um über eine galvanische Isolationsstrecke übertragen zu werden.
Bei diesen Transformatoren handelt es sich um kundenspezifische Transformatoren, die speziell angefertigt werden, um dem Kunden das bestmögliche Ergebnis zu bieten. Anschließend wird die Wechselspannung wieder in Gleichstrom transformiert. Hierbei werden bei einem Strom von zirka 200 A Spannungen bis zu 1.000 V erzeugt. Im vorletzten Schritt wird noch mittels eines Ausgangsfilters die Gleichspannung geglättet. Im letzten Schritt wird mittels einem Shunt der Stromfluss gemessen.
Trends bei Ladestationen
Die Möglichkeit Grid to Vehicle (GTV) oder Vehicle to Grid (VTG) beflügelt speziell im asiatischen Raum die Fantasie in Bezug auf neue Geschäftsmöglichkeiten. Unter GTV und VTG versteht man nichts Anderes, als dass das Auto als Stromspeicher zur Verfügung steht und umgekehrt. Aus diesem Grund werden vermehrt Produkte entwickelt, die bidirektionalen Leistungsverlauf haben können. Hierfür wählt man die passende Hardware-Architektur aus – auch in diesem Fall stehen Ihnen unsere Spezialisten zur Verfügung.
Hohe Effizienz ist bei einer breiten Flächenanwendung wichtig, um die Stromnetze nicht unnötig zu belasten. Es ist durchaus vorstellbar, dass sich in naher Zukunft Ladesäulen auch als Netzausgleichsmechanismus nutzen lassen. Dies wird speziell bei bidirektionalem Leistungsverlauf möglich sein. Wir beobachten immer wieder, dass hohe Leistungsdichten für Kunden ein wichtiges Thema darstellen, da sie durch noch schnellere Bauteile immer kleinere Leiterplatten erzeugen wollen. Vermehrt setzen sie daher bei Halbleitern auf GaN- (Gallium Nitride) Technik oder SiC- (Silicon Carbide) Technik.
