NEUE MOBILITÄT 13

Forschung & Entwicklung - TU Dortmund
Sicherer Betrieb
Mobile Prüf- und Testeinrichtung nach IEC 61851 für Ladestation und eFahrzeuge
Eng verbunden mit der Verbreitung der Elektromobilität ist
eine flächendeckende und standardisierte Ladeinfrastruktur.
Hierbei werden an die Infrastruktur zum Laden von
Elektrofahrzeugen hohe Anforderungen gestellt. Dafür sind
in der IEC 61851 alle notwendigen Abläufe beschrieben, einen
Ladevorgang durchzuführen. Um die Funktionalitäten
von Ladestationen sowie Elektrofahrzeugen auch im Feld
zu prüfen, wurde vom Kompetenzzentrum Elektromobilität,
Infrastruktur und Netze an der TU Dortmund eine kompakte
und mobile Test- und Prüfeinrichtung entwickelt. Es kann
sowohl die Informationsübertragung seitens der Ladestation
als auch seitens des Fahrzeugs simuliert und überprüft werden.
Der mobile Ladetester kann von OEMs oder auch von
Ladestationsherstellern und -betreibern zur Überprüfung
ihrer Produkte eingesetzt werden.
Anders als vielleicht der erste Anschein vermuten lässt, umfasst
gerade das Laden eines Elektrofahrzeuges im öffentlichen
Raum, also an einer frei zugänglichen Ladestation, weit
mehr als nur eine steckbare Verbindung mit dem Stromnetz.
Neben den für den Benutzer offensichtlichen Abrechnungsfunktionen
und natürlich den heute üblichen Ladesteckern beinhaltet
eine Ladestation vor allem Sicherheits- und Kommunikationstechnik.
Die Sicherheitstechnik schützt das Elektrofahrzeug
und das Stromnetz, an dem die Station angeschlossen
ist, vor Fehlfunktionen. Außerdem garantiert sie dem
Benutzer einen sicheren Betrieb. Dies wird zum Teil durch
Schutzgeräte erreicht, die aus der Energietechnik bekannt
sind. Dazu gehören z.B. Sicherungsautomaten und Fehlerstromschutzschaltungen.
Allerdings können diese nicht alle
Funktionen übernehmen, weshalb für das Laden von Elektrofahrzeugen
neue Methoden entwickelt wurden. Diese Methoden
basieren auf der Kommunikation zwischen Fahrzeug
und Ladestation. Zum Beispiel wird der maximal zulässige
Ladestrom von der Ladestation an das Elektrofahrzeug übermittelt,
um eine Überlastung der Ladestation oder des Netzes
durch das Ladegerät zu vermeiden. Die Betriebssicherheit
während des Ladevorgangs wird unter anderem dadurch sichergestellt,
dass die Ladestation die Verbindung des Schutzleiters
zum Fahrzeug überwacht und auch die Ladesteckdose
spannungsfrei schaltet, wenn die Verbindung unterbrochen
wird. Dadurch wird u.a. verhindert, dass der Nutzer während
des Ladevorgangs einen elektrischen Schlag bekommen kann.
Um diese wesentlichen Funktionen umzusetzen, definiert
die IEC 61.851 Lösungen in Form von Schaltungen und Kommunikationswegen
aber auch Parameter und Grenzwerte,
wie zum Beispiel Spannungsbänder und (Ab-)Schaltzeiten.
Um die definierten Anforderungen auch bei bereits im Feld
installierter Ladeinfrastruktur testen zu können, wurde am
Kompetenzzentrum Elektromobilität, Infrastruktur und Netze
der TU Dortmund ein mobiler Ladetester entwickelt. Dessen
Kernanwendungsgebiet liegt vor allem bei Herstellern und
Betreibern von Ladestationen. Denn gerade bei sicherheitskritischen
Funktionen ist eine Prüfung nicht nur bei Neuinstallation
notwendig, sondern auch zyklisch während der gesamten
Lebensdauer der Ladeeinrichtung. Folglich wurde bei
der Entwicklung des Ladetesters ein besonderes Augenmerk
auf den mobilen und flexiblen Einsatz gelegt. Es wurde ein
bedienerfreundliches Gerät entwickelt, das vom Personal vor
Ort ohne hohen Schulungsaufwand eingesetzt werden kann.
Der mobile Ladetester ermöglicht es, sowohl die Informationsübertragung
seitens der Ladestation als auch seitens des
Fahrzeugs zu simulieren und zu überprüfen. Neben der Kommunikation
nach IEC 61851-1 können auch weitere Verfahren,
wie z.B. die Identifizierung des Nutzers oder Fahrzeugs
getestet werden. Besonders wichtig ist die Simulation typischer
Ladeabläufe verschiedener Elektrofahrzeuge. Für alle
Testmethoden besteht ferner die Möglichkeit, Ladezyklen
mehrfach ablaufen zu lassen, um Fehlzustände sowohl von
Seiten der Ladestation als auch von Seiten der Fahrzeugladeeinrichtungen
zu erkennen. Ein Testzyklus für die Einhaltung
der Schaltzeiten zeigt, ob die Ladestation den aktuellen
Stand der Normen umsetzt.
Der Ladetester ist ebenfalls vorkonfiguriert für die Untersuchung
von Abrechnungs- und Authentifizierungsinfrastruktur
zum Beispiel auf Basis von PowerLine-Kommunikation.
So können auch diese (noch) nicht genormten Verfahren
kundenspezifisch implementiert werden. Softwareanpassungen
ermöglichen es außerdem, neue Anforderungen
seitens der aktuellen Norm zu implementieren. So sind
zum Beispiel die von den Normungsgremien diskutierten
Timinganforderungen der IEC 61851-1 bereits vorkonfiguriert.
Die Alltagstauglichkeit zeichnet sich durch Zusatzfunktionen
des mobilen Ladetesters, wie bspw. die Protokollierung
der Testzyklen aus. Durch die Speicherung der
Daten auf einem externen USB-Stick kann eine lückenlose
Dokumentation sichergestellt werden. Außerdem kann
die Stromversorgung der Test- und Prüfeinrichtung entweder
über ein Netzteil oder die 12-V-Steckose eines
Fahrzeuges erfolgen.
In der Standardversion des mobilen Ladetesters wurden
folgende Prüf- und Testmethoden realisiert:
• Pilotleiterprüfung nach der Norm IEC 61851/SAE J1772:
Simuliert die fahrzeugseitige Informationsübertragung
und Freischaltung der Ladestation nach IEC 61851/ SAE
J1772.
• PWM mit Identifikation des Nutzers oder Fahrzeuges:
Test und Überwachung des Pilotsignals nach externer
Autorisierung (Smartphone, Hotline, RFID) zur Freischaltung
der Ladestation.
• Zyklustest: Mit dem Zyklustest können zeitliche Abläufe
der Fahrzeugseite sowie die Zuverlässigkeit der Informationsübertragung
geprüft werden.
• Voreinstellungen: Parameter, wie Grenzwerte für die
fahrzeugseitige Pilotleiterbelastung oder auch den Proximity-Widerstand
sind variabel.
• Fahrzeug/Laderegler: Simuliert die Informationsübertragung
seitens der Ladesäule nach IEC 61851-1, um die
Kommunikation im Fahrzeug zu prüfen oder um fahrzeugspezifische
Daten zu testen und auszulesen.
• Protokollfunktion: Die Messwerte können anschließend
zur Auswertung auf einen USB-Stick gespeichert werden.
• Ready for ID function: Simuliert und protokolliert die
fahrzeugseitige Informationsübertragung bei Anwendung
verschiedener Authentifizierungsverfahren
Der mobile Ladetester wird auf der diesjährigen eCarTec
in München präsentiert. Dieser und andere Exponate des
Kompetenzzentrums Elektromobilität, Infrastruktur und
Netze der TU Dortmund sind auf dem Gemeinschaftsstand
des Landes Nordrhein-Westfalen in Halle A5 zu sehen.
Dipl.-Ing. Christoph Aldejohann
Dipl.-Ing. Willi Horenkamp
Dipl.-Ing. Jonas Maasmann
Dr. Fritz Rettberg
Kompetenzzentrum Elektromobilität, Infrastruktur und
Netze der TU Dortmund
www.kompetenzzentrum-elektromobilitaet.de
NRW Kompetenzzentrum
Elektromobilität
Infrastruktur und Netze
Standort TU Dortmund
eCarTec München
15.-17. Oktober 2013
Halle A5 - Stand 508
www.kompetenzzentrum-elektromobilitaet.de
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