Wie funktionieren AC-Ladegeräte für Elektrofahrzeuge?

Mit der zunehmenden Verbreitung reiner Elektrofahrzeuge und dem steigenden Ladebedarf stellt der Markt immer höhere Anforderungen an Sicherheit und Komfort beim Laden. Komfortables, sicheres und schnelles Laden ist die einhellige Forderung des Fahrzeugmarktes. Dieser Beitrag konzentriert sich auf AC-Ladesysteme.

Das Laden von Elektrofahrzeugen kann nur mit Gleichstrom erfolgen, während die allgemeine Stromversorgung des Landes auf Wechselstrom basiert. Um das Problem des Ladens von Wechselstrom zu Gleichstrom zu lösen, ist eine Konvertierungsmethode erforderlich.

Beim AC-Laden wird die vom Stromnetz in das Fahrzeug eingespeiste Spannung entweder 220 V Wechselstrom (unidirektional) oder 380 V Wechselstrom (dreiphasig) verwendet. Der Wechselstrom fließt über den Standard-Ladestecker und die Ladebuchse in das Bordladegerät. Dieses wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um und lädt so die Batterie. Damit ist das AC-Laden abgeschlossen.

Zusammensetzung des AC-Ladesystems

Die Komponenten des AC-Ladens bestehen hauptsächlich aus Fahrzeugladegeräten, AC-Ladebuchsen (AC-Ladebuchsenkabelbäumen), Ladekabeln, AC-Ladesäulen oder 220-V-AC-Netzteilen und Fahrzeugsteuerungen (VCU, BMS).

Dabei werden die AC-Ladebuchse und das Bordladegerät am Fahrzeug befestigt, das tragbare Ladegerät ebenfalls im Kofferraum untergebracht und die AC-Ladestation auf dem Parkplatz montiert.

Die Funktion von Station, tragbarem Ladegerät, Bordladegerät, Steckdosen.

(1) Das Bordladegerät ist die Schlüsselkomponente des AC-Ladesystems, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, um die Batterie gemäß den Steueranweisungen aufzuladen.

(2) Die AC-Ladebuchse ist ein IEC62196-2-Standardteil, das die Schnittstelle des Fahrzeugs zum externen Stromnetz darstellt, und ihre Schnittstelle hat zwei Signalkreise, einen Erdungskreis, einen Nullleiterkreis und drei Firewire-Kreise, mit insgesamt sieben Schnittstellen, und die entsprechende Firewire-Schnittstelle wird entsprechend der Eingangsspannung von 220 V AC oder 380 V AC angewendet.

(3) Der Fahrzeugcontroller wird implementiert, um den Zustand des Fahrzeugs zu überwachen und Steueranweisungen an das Bordladegerät zu senden, um es zum Laufen zu bringen oder zu stoppen, seinen Betriebsstrom und seine Betriebsspannung zu steuern usw. Er ist das Steuergehirn des Fahrzeugladens.

(4) Das Ladekabel Modus 2 verbindet das externe Stromnetz mit dem Fahrzeug und versorgt das Bordladegerät direkt mit 220 V Wechselstrom. Die Funktionsbox am Kabel erkennt den Fahrzeug- und Stromnetzstatus und schaltet die Stromversorgung des Fahrzeugs ein oder aus, wobei bestimmte Schutzfunktionen aktiviert sind. Gemäß den Standardanforderungen ist der Eingangsladestrom des 16-A-Ladegeräts auf 13 A begrenzt, und die Eingangsspannung beträgt 220 V Wechselstrom. Beim Laden mit dem Ladekabel Modus 2 beträgt die maximale Eingangsleistung des Bordladegeräts 2.860 W, was zu einer längeren Ladezeit führt.

(5) Die AC-Ladestation ist ebenfalls eine Komponente des Fahrzeugs, die an das externe Stromnetz angeschlossen wird und das Bordladegerät direkt mit 220 V AC oder 380 V AC versorgt. Sie hat außerdem die Funktion, den Zustand des Fahrzeugs und des Stromnetzes zu erkennen und die Stromversorgung des Fahrzeugs zuzuschalten oder zu unterbrechen. Die Versorgungsspannung der Ladestation beträgt je nach Ausgangsleistung 220 V AC oder 380 V AC. Gemäß den Normanforderungen muss die Versorgungsspannung 380 V AC betragen, wenn der Ausgangsstrom der AC-Ladestation 32 A überschreitet. Daher ist beim Laden mit einer AC-Ladestation die Ladeleistung höher, d. h. die Ladezeit verkürzt sich.

Drei AC-Lademodi

Der AC-Lademodus verfügt über insgesamt drei Lademodi, nämlich Modus 1, Modus 2 und Modus 3. Gemäß den Standardanforderungen und der Ladesicherheit wird Modus 1 sehr wenig verwendet, Modus 3 wird im Allgemeinen verwendet, um den Modus C anzuschließen, und Modus 2 und Modus 3 sind mit dem AC-Ladebetriebsprinzip des Modus C verbunden. Die elektrischen Diagramme zeigen Abbildung 2 und Abbildung 3.

1.Modell 1 wird geladen.

Die Ladepistole verfügt über keine Steuereinheit. Das Fahrzeug wird direkt über das Kabel der Ladepistole geladen, das an eine Haushaltssteckdose angeschlossen ist. Dadurch kann keine Verbindung zum Fahrzeug hergestellt werden. Zudem können die maximale Stromstärke, Spannung und Temperatur beim Laden nicht überprüft werden. Die Lademethode Modus 1 wurde aufgrund mangelnder Sicherheit grundsätzlich verworfen.

Obwohl Modus 1 keine Umgestaltung des bestehenden öffentlichen Stromverteilungsnetzes erfordert und praktisch und flexibel ist, erhöht das Laden einer großen Zahl an Elektrofahrzeugen, die an das Stromnetz angeschlossen sind, die Netzbelastung erheblich, beeinträchtigt die Netzstabilität und kann zu Bränden und anderen potenziellen Gefahren führen. Viele Länder (wie die USA, das Vereinigte Königreich und Singapur) verbieten das Laden im Modus 1 direkt oder legen eine Obergrenze für den Ladestrom oder die Ladezeit sowie weitere Einschränkungen fest (wie Frankreich, Dänemark und andere kontinentaleuropäische Länder).

2. Modell 2 wird aufgeladen

Die Ladebaugruppe des Modus 2 ist an einem Ende mit einem Standardstecker ausgestattet, der in eine Standardsteckdose eingesteckt wird, um eine Verbindung zum Wechselstromnetz herzustellen. Am anderen Ende der Ladekabelbaugruppe (Fahrzeugende) befindet sich ein Anschlussstecker, in dessen Mitte sich eine Inline-Ladesteuerbox (IC-CPD oder ICCB) befindet.

Die In-Circuit-Steuerbox verfügt über eine Steuerführungsfunktion gemäß IEC 61851 und erfüllt die elektrischen Schutzanforderungen der IEC 62752.

Die Baugruppe eines Ladegeräts im Modus 2 muss über eine Steuerführungsfunktion und eine Schutzerdung verfügen. Dazu sind mindestens drei Zusatzkabel erforderlich. Daher haben mehrere gängige Standard-Ladeanschlüsse für einphasiges Wechselstrom im Allgemeinen mindestens fünf Löcher (zwei Löcher für das Ladekabel, zwei Löcher für die Steuerführung und ein Loch für den Erdungsschutz). Dreiphasige Wechselstrom-Ladeanschlüsse haben im Allgemeinen sieben Löcher (vier Löcher für das dreiphasige vieradrige Ladekabel, zwei Löcher für die Steuerführung und ein Loch für den Erdungsschutz). In vielen Bereichen, in denen dreiphasige und einphasige Ladeanschlüsse üblich sind, werden sieben Löcher verwendet und zwei Löcher werden für das einphasige Laden nicht verwendet.

Die in der IEC 61851-1 festgelegten Ladeparameter dürfen nicht überschritten werden.

32 A/250 V, Wechselstrom einphasig
32 A/480 V, Wechselstrom dreiphasig

3.Laden im Modus 3

Der Unterschied zwischen Modus 3 und den Modi 1 und 2 besteht darin, dass die Ladepistole nicht an das häusliche Wechselstromnetz, sondern an eine dedizierte Wechselstromversorgung, d. h. eine Wechselstrom-Ladestation, angeschlossen wird. In diesem Fall kann die Ladepistole ohne Adapter verwendet werden, da die Wechselstrom-Ladestation selbst als Schutzvorrichtung fungiert. Modus 3 gewährleistet sicheres Laden und erhöht zudem die Ladegeschwindigkeit bis zu einem gewissen Grad (10/13/32 A).

Der AC-Ladeanschluss auf der Fahrzeugseite der Ladestation des Modus 3 ist derselbe wie beim Modus 2. Verbraucher müssen in der Regel ihr eigenes Kabel des Modus 3 mitbringen, um öffentliche AC-Ladestationen nutzen zu können.

Nach der Untersuchung der drei AC-Lademodi wird deutlich, dass der Markt eine große Auswahl an AC-Ladegeräten bietet, die jeweils auf unterschiedliche Bedürfnisse und Szenarien zugeschnitten sind. Entscheidend ist, das passende Ladegerät für Ihre spezifischen Anforderungen auszuwählen. Bei der großen Auswahl an verfügbaren Optionen sollten Sie auf Kompatibilität, Ladegeschwindigkeit und die spezifischen Anforderungen Ihres Elektrofahrzeugs achten, um die beste und effektivste Wahl zu treffen.

Denken Sie daran: Das richtige Ladegerät verbessert nicht nur Ihr Ladeerlebnis, sondern maximiert auch die Effizienz und Langlebigkeit der Batterie Ihres Elektrofahrzeugs. Treffen Sie eine kluge Wahl, um das volle Potenzial der Elektromobilität auszuschöpfen.