Elektromobilität

Steuerung für DC-Ladestation von Phoenix Contact

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Der Aufbau einer Gleichstrom-Ladestation ist ein durchaus anspruchsvolles Projekt – mit einer intelligenten und einfach zu programmierenden Ladesteuerung wird es mühelos gemeistert. Die DC-Steuerung EV Charge Control Professional umfasst alle Schnittstellen einer anspruchsvollen Schnellladestation in einem Gerät. Die Kommunikation zum Elektrofahrzeug erfolgt beim DC-Laden gemäß der Norm DIN SPEC 70121.

Dirk Vogel, Produktmanager Smart Charging, Phoenix Contact E-Mobility GmbH, Schieder-Schwalenberg

Die Norm DIN SPEC 70121 umfasst ein Protokoll, das ausschließlich zum Zwecke der Kommunikation zu einem Elektrofahrzeug entwickelt wurde. Diese Norm wird künftig als fester Bestandteil des DC-Ladevorgangs in die ISO 15118 einfließen. Seine DC-Ladesteuerung EV Charge Control Professional hat Phoenix Contact so konzipiert, dass all jene spezifischen Funktionsbausteine enthalten sind, die exakt diese Kommunikation abbilden. Denn die mit Abstand aufwändigste und komplexeste Aufgabe vor der Inbetriebnahme einer Gleichstrom-Ladestation ist die Programmierung der Kommunikation.

Dem Betreiber oder Installateur der Ladestation wird mit den bereits vorhandenen Funktionsbausteinen einiges an Arbeit abgenommen. So kann die digitale Kommunikation zwischen einer Schnellladestation für Elektrofahrzeuge und dem Elektrofahrzeug selbst zur Steuerung des Gleichstromladevorgangs gemäß der IEC 61851–24 schnell aufgesetzt werden. Der gesamte Programmablauf wird als Funktionsbaustein auf der Steuerung hinterlegt. Für den Fall, dass der Programmierer, der die Anwendung für den Betrieb zuschneidet, sich diese Arbeit nicht machen möchte oder kann, bietet das Unternehmen einen Baustein als Teil einer spezifischen Bibliothek für die EV Charge Control Professional an.

Leistungsgerechter Datenaustausch

Für die Kommunikation mit Energiemessgeräten hat sich das Modbus-RTU-Protokoll etabliert, das in der Regel über die RS485-Schnittstelle umgesetzt wird. Die Steuerung EV Charge Control Professional besitzt gleich zwei dieser Schnittstellen. Auf diese Weise können zum einen RFID-Kartenleser zur Authentifizierung des Benutzers angeschlossen werden. Alternativ stehen dem Anwender zwei RS232-Schnittstellen zur Verfügung, die ebenfalls für den Anschluss von Kartenlesegeräten und elektronischen Energiezählern vorgesehen sind. Zur einfachen Nutzung der oben genannten Protokolle stellt das Unternehmen eine Reihe von Standard-Bibliotheken zur Verfügung. Der Datenaustausch zwischen der Ladesteuerung und der Leistungselektronik kann über die On-Board-Schnittstelle des CAN-Bus oder alternativ auch über Ethernet mittels Modbus-TCP umgesetzt werden.

Zur Ansteuerung zusätzlicher Leuchtdioden, mit denen zum Beispiel der aktuelle Ladestatus angezeigt werden kann, oder auch zum Ansteuern der DC-Schütze, stehen 16 digitale Ausgänge zur Verfügung. 16 digitale Eingänge erfassen unter anderem, ob ein CCS(Combined Charging System)-Ladestecker in der vorgesehenen Halterung an der Ladestation gesteckt ist, ob die Ladestationstür verriegelt ist oder ob ein Isolationsmessgerät ausgelöst hat.

Zur Erfassung der Kontakttemperatur der DC-Kontakte des CCS-Ladesteckers während des Ladevorganges sind zwei PT1000-Eingänge auf der Steuerung implementiert. Diese Werte können über die CAN-Bus-Schnittstelle erfasst und verarbeitet werden. Auch die Nutzung der HPC(High Power Charging)-Technologie wird durch die CAN-Bus-Schnittstelle ermöglicht. Außerdem können über diese Schnittstelle auch zusätzliche Parameter, die weit über die einfache Kontakttemperatur hinausgehen, erfasst und weiterverarbeitet werden.

Gleichstrom-Ladestationen nach Norm

Der Hardwareaufbau einer Gleichstrom-Ladestation für Elektrofahrzeuge ist im Kern in der Norm IEC 61851–23 für konduktive Ladesysteme definiert. Außerdem spezifiziert die Norm die Isolationsmessung sowie den Ladeablauf: wann und wie die Gleichstromschütze schalten müssen und zu welchem Zeitpunkt Strom und Spannung breitgestellt werden müssen. Während des Ladevorganges fordert das Elektrofahrzeug permanent den Zielstrom und die Zielspannung an. Diese Werte müssen demgemäß als Sollwert an die Leistungselektronik der Ladestation gesendet werden. Die Leistungselektronik stellt dann die geforderten Werte ein und überträgt sie zusätzlich an das aktuelle Inverter-Kommunikationsprotokoll.

Alternativ können die Sollwerte durch separate Messgeräte erfasst und als Present-Current- und Present-Voltage-Werte im Kommunikationsprotokoll zum Fahrzeug übertragen werden. Diese Werte dürfen gemäß der Norm nur zu einem geringen Grad abweichen. Sind sie nicht präzise genug, wird der Ladevorgang sofort abgebrochen. Dies hat zur Folge, dass die DC-Ladesteuerung die analogen Signale mit hoher Präzision in die Werte für die digitale Kommunikation konvertieren muss. Dabei sorgt die korrekte Signalübertragung für eine stabile und ausfallsichere Funktion der Ladestation.

Die von den Messgeräten erfassten Werte können – zur Kostenberechnung der Ladevorgänge (billing) – an ein Abrechnungssystem übertragen werden. Auch für ein Energiemanagement-System sind die Werte interessant – je nachdem, wieviel Energie aktuell für den Ladevorgang zur Verfügung steht, kann der Maximalstrom der Ladestation zu jeder Zeit des aktiven Ladevorganges angepasst werden. Sämtliche Werte des Ladevorganges stehen der Steuerung zur Verfügung und können für die Benutzerschnittstelle und für die Visualisierung sowie für das Energiemanagement genutzt werden.

Selbst eine Übertragung und Konvertierung zu anderen Systemen und Protokollen kann über die verfügbaren Standard-Bibliotheken problemlos erfolgen. Der Programmierer der Ladestation muss sich also erst gar nicht mit dem Protokoll an sich befassen, er kann sich stattdessen auf die Optimierung der Werte konzentrieren. Durch viele kleine „Helferlein“ werden Aufwand und Kosten für das übergeordnete Ziel – die Errichtung einer leistungsfähigen Ladestation – für den Anwender erheblich reduziert.

Kernstück einer DC-Ladestation

Die frei programmierbare DC-Ladesteuerung EV Charge Control Professional wurde als leistungsstarke Steuerungslösung für die anspruchsvolle Schnellladestation im Markt eingeführt. Ausgestattet mit vielfältigen Schnittstellen bietet sie viele Möglichkeiten zur Integration und Kommunikation sämtlicher interner und externer Komponenten untereinander. Zudem ist die DC-Ladesteuerung abgestimmt auf die Ladelösung CCS Typ 2 und auf das HPC-Ladekabel. Außerdem ist sie vollständig kompatibel zu den Energiemessgeräten EEM 357 und EEM 377. Zudem bietet der Hersteller zahlreiche Komponenten zum Aufbau von Gleichstrom-Ladestationen. eve

www.phoenixcontact.de

Details zur Steuerung für DC-Ladestationen:

https://t1p.de/vo0r

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