Ladepunkte sind unverzichtbare Komponenten der E-Mobilität. Dadurch bilden sie ein stark wachsendes Marktsegment. Insbesondere bei der Wahl der Stromversorgung lohnt sich für Hersteller allerdings ein genauer Blick auf die Anforderungen. Denn die richtige Stromversorgung verbessert sowohl die Qualität einer Ladestation als auch die Effizienz und die Sicherheit des gesamten Ladesystems. Ziel dieses Beitrags ist es, Ihnen den Entscheid für eine passende Stromversorgung für Ladelösungen aller Art für autonome und manuelle Fahrzeuge zu erleichtern.
1. Die Bestandteile einer Ladestation
Der Markt für E-Fahrzeuge wächst stetig und schnell. Durchneue Anwendungen, wie beispielsweise autonome Fahrzeuge in der Logistik oder Reinigung, multipliziert sich die Nachfrage. Innovationen, etwa in der Gastronomie, verschieben den projizierten Markt-Zenit zudem immer weiter in die Zukunft. Lösungen in und um E-Fahrzeuge aller Art sind deshalb ein lohnendes Geschäftsfeld. Allerdings sind die Anforderungen hoch.
Für alle aktuell entwickelten Lösungen und Produkte gilt, dass – neben dem elektrischen Antrieb der Fahrzeuge – in jedem Fall ein Ladepunktnotwendig ist. Dies macht Ladestationen, -säulen, -punkte und Docking-Stationen unabhängig von der Bezeichnung zu einem interessanten Anwendungsgebiet für Stromversorgungen.
Das Blockschaltbild einer Ladestation präsentiert sich in etwa folgendermassen:
Die Funktionen der wichtigsten Komponenten lassen sich wie folgt beschreiben:
a. MCU (Hauptsteuereinheit, Main Control Unit)
Die Hauptsteuereinheit (Main Control Unit, MCU) des Ladepunkts ist die zentrale Steuereinheit des Systems. Hier laufen alle Abläufe für die Steuerung des Ladevorgangs zusammen: Die Kommunikation mit dem Fahrzeug, die Nutzerinterface-Steuerung und die Überwachung der Sicherheitsfunktionen sind die Funktionen, die in der MCU gelöst werden. Für diese Aufgaben braucht es eine stabile Stromversorgung.
b. Kommunikation / Anbindung
Viele Ladepunkte sind mit Geräten ausgerüstet, die eine Kommunikationsanbindung erlauben – darunter Ethernet-Switches, 5G-Router, WLAN-Module, Mobilfunk-Modems und ähnliche Komponenten. Diese Geräte ermöglichen eine Kommunikation mit dem zentralen Managementsystem des Betreibers, den Apps der Nutzenden und weiteren Ladepunkten in der Nähe.
c. Sensoren und Sicherheit
Die eingebauten Stromversorgungen stellen auch die Energie zur Verfügung, die nötig ist, damit die Sensoren und Sicherheitssysteme korrekt arbeiten können. In Ladelösungen kommen häufig Strom-, Temperatur-, und Annäherungssensoren sowie Notfall-Taster zum Einsatz.
d. Steuerung und Relais
Verschiedene Logik- und Steuerschaltungen überwachen und regeln den gesamten Ladeprozess. Daneben sind die Relais (auch Halbleiter-Schaltstufen genannt) für die grossen Ladeströme zuständig. Auch diese Elemente werden mit Strom aus den AC/DC-Stromversorgungen beliefert.
e. Nutzerschnittstelle
Auch bei autonomen Fahrzeugen ist ein intuitives Nutzerinterface zur manuellen Bedienung notwendig. Die Nutzerschnittstellen sind in der Regel entweder mit einem LCD- oder Touch-Bildschirm ausgestattet, oder die Statusanzeigen werden durch LED-Indikatoren veranschaulicht.
f. Zugriffssteuerung
Ladestationen sind teilweise mit Spezialsystemen für die Authentifizierung ausgestattet, mit denen die Betreiber den Zugang beschränken oder Überwachen können. Zum Einsatz kommen beispielsweise RFID-/NFC-Lesegeräte oder biometrische Sensoren.
g. Beleuchtung, Lüfter und weiteres Zubehör
Viele Ladestationen verfügen über ein integriertes Beleuchtungskonzept, damit sie einfach zu finden und der Ladebereich gut erkennbar ist. Verbreitet sind auch Kühlkonzepte mit aktiver Kühlung, um die Wärme, die während der Nutzung in der Ladesäule entsteht, zügig abzuleiten.
h. AC/DC-Stromversorgungen
Die verschiedenen Komponenten von Ladestationen werden üblicherweise von Stromversorgungen mit industrieller Güteklasse versorgt. Sie entsprechen in den meisten Fällen den Anforderungen, sind einfach zu beschaffen und in der Regel auch preiswert. Verbreitet ist der Einsatz von DIN-Rail-Geräten, da diese leicht zu montieren sind. Zudem lassen sich einfacher Ersatzgeräte mit gleichen oder ähnlichen Abmessungen finden, sollte die eigentlich vorgesehene Stromversorgung nicht (mehr) verfügbar sein.
2. DIN-Rail-Geräte aus dem Elma Portfolio
Elma Electronic hat eine breite Palette an DIN-Rail-Stromversorgungen im Angebot, die sich für den Einsatz in Ladestationen eignen. Die verfügbaren Lösungen decken Leistungen von 10 W bis beinahe 1 kW ab und sind für verschiedenste Ausgangsspannungen erhältlich.
a. Die CliQ-M-Serie
Die CliQ-M-Serie gehört zu den DIN-Rail-Stromversorgungen, die auch äusserst anspruchsvollen Umgebungsbedingungen standhalten können. Mit den Zertifizierungen nach DNV GL und ABS ist diese Serie auch für den maritimen Bereich zugelassen. Das macht sie zur idealen Wahl für Ladestationen, die in Küstennähe installiert werden. Natürlich bietet das Gehäuse der Ladesäulen hier selbst bereits einen guten Schutz. Die marinetaugliche Robustheit der CliQ-M-Serie gewährleistet jedoch ein zusätzliches Schutzniveau, das diesen anforderungsreichen Umgebungen vollumfänglich entspricht.
b. Die CHROME-Serie
Die CHROME-Serie ist die beste Wahl, wenn in der Ladestation ein zusätzlicher Schutz gegen Feuer-und Brandrisiken realisiert werden soll. Sie wurde ursprünglich für den Einsatz in der Gebäudeautomation entwickelt und ist nach NEC Class 2 zertifiziert. NEC-Class-2-Stromversorgungen sind in Leistung (max. 100 VA) und Ausgangsstrom (max. 8 A) begrenzt und halten diese Limiten auch im Fehlerfall ein. Daher eignen sie sich ideal für Umgebungen, in denen Brandgefahr und das Risiko elektrischer Schocks bestehen. Zusätzlich sind sie auch nach LPS zugelassen, was den Brandschutz weiter verbessert. Die CHROME-Serie ist sehr kompakt gebaut und eignet sich dadurch auch für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.
c. Die Force-GT- und LYTE-II-Serie
Ergänzt wird das Sortiment durch die Force-GT- und LYTE-II-Serien. Diese universell einsetzbaren Stromversorgungen erfüllen die meisten industriellen Anforderungen und eignen sich für hohe Betriebstemperaturen mit knappen Platzverhältnissen. Die Geräte sind zudem sehr energieeffizient: Die Force-GT-Serie erreicht Wirkungsgrade von über 93% und die LYTE-II-Serie von beinahe 90%.
Die Force-GT-Serie ist die etwas höherwertigere der beiden Serien und bietet auch 2- und 3-Phasen-Eingangsvarianten. Die integrierte Konstantstrom-Steuerung vereinfacht den Einsatz dieser Geräte in Ladeschaltungen weiter.
d. Die AD-1500-Serie
Für höhere Leistungsanforderungen sind die Stromversorgungen der AD-1500-Serie die erste Wahl. Dank einer von Null bis zur Nennspannung einstellbaren Ausgangsspannung eignen sie sich für eine Vielzahl von Anwendungen. Die Leistungsabgabe von standardmässig 1500 W lässt sich durch eine Parallelschaltung weiter nach oben skalieren. Eine breite Palette an Kommunikationsinterfaces ermöglicht zudem die Integration der Geräte in verschiedenste Systeme. Die Steuerung über ein grafisches User Interface eröffnet neue Wege zur Fernwartung und -steuerung, und eine komplette Palette an Sicherheitssystemen ist immer mit an Bord, was die nötige Zuverlässigkeit gewährleistet.
e. Die AEK-3000-Serie
Ist höchste Leistung auf kleinstem Raum gefragt, ist die AEK-3000-Serie mit 3 kW die perfekte Lösung. Die Parallelschaltung mit Current-Share erlaubt eine Skalierung AEK-3000-basierter Konzepte gemäss Kundenwunsch. Ein weiterer Pluspunkt sind die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten dieser Serie, dank möglichen Nominalspannungen im Bereich von 12 bis 400 VDC und einem Regelbereich von 0 bis 105% der Nennspannung. Mit einer Effizienz von bis zu 93% sind die Geräte zudem äusserst sparsam. Durch die Möglichkeit zur Konstantstrombegrenzung ist die Serie AEK-3000 bestens geeignet für alle Arten von Batterieladeschaltungen.
3. Fazit: Die Wahl der richtigen Stromversorgung ist entscheidend
Ladesysteme im Allgemeinen, aber insbesondere für elektrische Fahrzeuge, sind komplex und erfordern exakte Entwicklungsarbeit. Die Wahl der richtigen Stromversorgung ist dabei ein entscheidender Faktor für die Zuverlässigkeit des Endprodukts. Elma Electronic verfügt über eine breite Palette an Stromversorgungen, die sich speziell für den Einsatz in Ladestationen eignen.
Als autorisierter Distributor von Produkten namhafter Hersteller bieten wir Ihnen die Unterstützung, die für die Entwicklung effizienter und sicherer Ladelösungen nötig ist. Zugleich ist es unser Ziel, einen wesentlichen Beitrag zur technologischen Entwicklung im Bereich E-Mobilität zu leisten.
Kontaktieren Sie unser Team – wir freuen uns, Ihre Anforderungen und Wünsche mit Ihnen zu besprechen. Sie erreichen uns unter sales@elma.ch.
