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E-Mobilität

This picture shows an electric car.

Der Wandel hin zur E-Mobilität

Lange Zeit hat es gedauert, nun ist er unaufhaltbar: Der Wandel in der automobilen Welt hin zur Elektro-Mobilität. Den meisten Menschen ist bewusst, dass der Verkehr einen wesentlichen Anteil am weltweiten CO2-Ausstoß hat und reduziert werden muss. Man weiß auch, dass fossile Brennstoffe nicht unendlich zur Verfügung stehen werden. Trotzdem gibt es noch viele Fragen und ein Zögern, wie der Weg beschritten werden kann, um den CO2-Ausstoß in diesem Sektor massiv zu reduzieren.

Inzwischen sind sich Ingenieure weitgehend einig, dass die Zukunft der Antriebstechnik dem Wasserstoff gehört, erzeugt aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne. Und auch wenn es noch einige Jahre dauern wird bis mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen als Antrieb für unsere individuelle und industrielle Mobilität sorgen werden, der Antriebsstrang des Fahrzeuges muss dafür in jedem Fall elektrifiziert werden, denn die Brennstoffzelle liefert Strom.

Dabei entstehen ganz neue Betätigungsfelder - nicht mehr mit mechanischen Produkten wie Kolben, Kurbelwellen, Getriebeteilen, sondern abgestimmt auf die Elektrifizierung, meist mit elektronischen Bauelementen. Und das nicht nur auf der Fahrzeugseite, sondern auch in Ladestationen aller Art.

Kommunikation zwischen Ladestationen und Elektrofahrzeugen und darüber hinaus

Die heutigen Fahrzeuge werden meist mit Wechselstrom geladen. Dabei steht in der Regel eine Phase mit 230V und max. 16A zur Verfügung, entsprechend ca. 3,3kW. Ein Ladevorgang dauert daher entsprechend lange und liegt im Bereich von mehreren Stunden. Für diese Art der Ladung ist nur eine geringfügige Signalisierung mittels eines PWM-Signals notwendig.

Bei der Ladung eines Elektrofahrzeuges mit Gleichstrom geht man einen anderen Weg. Hier wird der Wechselstrom bereits in der Ladestation in einen Gleichstrom hoher Spannung gewandelt, zB auf 700V. Die Fahrzeugbatterie wird somit direkt mit sehr hohen Strömen geladen, so dass heute Ladestationen mit 25kW bis 350kW keine Seltenheit mehr sind. Diese Ladeleistungen ermöglichen die Verkürzung der Ladedauer auf nur wenige Minuten.

Allerdings ist es beim Gleichstrom-Laden im Gegensatz zum AC-Laden erforderlich den Ladezustand der Batterie, deren Temperatur und auch ihre Ladefähigkeit zu ermitteln und diese Informationen vom Fahrzeug an die Ladestation zu übertragen. Dies erfordert sichere und funktionierende Kommunikation zwischen beiden in einem extremen Umfeld mit möglichen elektromagnetische Störungen.

Eine weitere Notwendigkeit für die Kommunikation zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug ist das sichere Austauschen von Identifikations- und Abrechnungsdaten.

Internationaler Standard ISO 15118

Die internationale Organisation für Normung (ISO) hat diese beiden Ladekommunikationsformen in ihrer Norm ISO 15118 festgeschrieben. Ihre Ausprägungen wurden in Unternormen beschrieben.

  • ISO 15118-3 definiert zB die Power Line Kommunikation nach HomePlug Green Phy Standard für den Physical bzw. Transport Layer.
  • ISO 15118-8 beschreibt die drahtlose Fahrzeugladung und Kommunikation.
  • ISO 15118-20 ist aktuell in Entstehung. Sie ermöglicht die Abrechnung nach "Plug & Charge", wobei im Gegensatz zu bisherigen Abrechnungsvarianten, keine Smart Card oder RFID Identifikation mehr erforderlich sein wird. Auch der Identifizierungs- und Abrechnungsvorgang kann automatisiert erfolgen. ISO 15118-20 wird auch das bidirektionale Laden ermöglichen, auch bekannt unter der Bezeichnung „Bipolar Power Transfer“. Dabei kann sowohl das Fahrzeug durch die Ladestation geladen werden, als auch die Ladung bei Bedarf an das Hausstromnetz zurückgegeben werden.

Im amerikanischen Raum wurde von der Society of Automotive Engineers (SAE) anstelle von ISO 15118 die deutsche Vorläufernorm DIN 70121 sowie die PWM-Kommunikation nach IEC 61851-1 in die amerikanische Normen SAE J2847/2 und SAE J1772 umgewandelt.

Herausforderungen bei der Implementierung

Die besonderen Herausforderungen bei der Implementierung von ISO 15118 / DIN 70121 / SAE J2847/2 Kommunikation ist es, den Signal-zu-Rauschabstand auf ein Maximum zu trimmen. Da in den Standards die Sendeleistungen festgeschrieben sind, kann dies nur erreicht werden, indem die Rauschpegel der PLC-Implementierung auf Bereiche von -95 bis -100dBm gedrückt werden.

CODICO bietet in diesem Bereich ein vielfältiges Angebot an verschiedenen Modulen und Lösungen und kann Sie in allen Bereichen der Implementierung unterstützen.

Applikationen im Bereich der Elektromobilität

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