Induktivitätsmesssystem

Der Trend zu großen Schnellladeparks für Elektrofahrzeuge bringt sicherheitstechnische Herausforderungen mit sich. In Zusammenarbeit mit dem zuständigen Normungsgremium haben wir daher eine Obergrenze für die Induktivität von Schnellladestationen festgelegt. Unser vollintegriertes und patentiertes Messsystem ermöglicht eine effiziente Überprüfung dieser Obergrenze in gesamten Schnellladeparks. Unser Angebot für Sie:

• Messung in Ihrem Ladepark, ob die genormten Induktivitäts-Obergrenzen erfüllt sind
• Simulative Bewertung und Auslegung Ihres Schnellladeparks
• Unterstützung bei der Bewertung von Maßnahmen zur Verbesserung der Ladesäulenintegration

Die Möglichkeit einer schnellen Wiederaufladung der Traktionsbatterie an strategisch wichtigen Standorten wie Autobahnraststätten ist ein Schlüsselelement der Elektromobilität. Aktuell stehen hierfür meist einzelne Schnellladestationen zur Verfügung, die alle für den Ladevorgang benötigten Komponenten wie den Mittelspannungstransformator, das Kühlaggregat und die Leistungselektronik beinhalten.

Mit der wachsenden Anzahl von Elektrofahrzeugen auf unseren Straßen steigt auch der Bedarf an Schnellladeplätzen rapide an. Daher geht der Trend von einzelnen Schnellladestationen hin zu immer größeren Schnellladeparks. Bei diesen Ladeparks mit mehreren Schnellladepunkten stehen geringe Baukosten und niedrige Wartungskosten im Fokus. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden die bisher in jeder Ladestation separat vorhandenen Komponenten zentral in einem Container oder einem kleinen Gebäude zusammengeführt. Die nebenstehende Abbildung zeigt diesen Aufbau: Der Mittelspannungstransformator, das Kühlaggregat und die einzelnen Abgänge der Leistungselektronik sind zentral in einem Container (links) platziert und versorgen alle Ladepunkte. Die einzelnen Ladepunkte verfügen lediglich über Bedieninterface und Ladekabel. Aufgrund der räumlichen Gegebenheiten können erhebliche Abstände zwischen dem Container und den einzelnen Ladepunkten auftreten. Daher sind lange Gleichspannungsleitungen erforderlich, wodurch große Leitungsinduktivitäten resultieren können.

Die rasante Zunahme von Elektrofahrzeugen auf unseren Straßen erfordert nicht nur eine erhöhte Anzahl von Schnellladeplätzen, sondern auch eine sorgfältige Berücksichtigung der Sicherheitsaspekte. Beim Laden mit derart hohen Leistungen (>>100 kW) ist die sichere Funktion aller Systeme essenziell, um Personen- und Sachschäden auszuschließen. In diesem Zusammenhang gibt es verschiedene Sicherheits- und Abschaltprozeduren, die sowohl von den Ladestationen als auch von den Fahrzeugen selbst durchgeführt werden. Ziel dieser Prozeduren ist es, Ladestation und Fahrzeug nach einem Fehler ohne Schaden in einen sicheren Zustand zu überführen. In einem ungünstigen Fall kann es beispielsweise dazu kommen, dass das Fahrzeug den Ladevorgang bei maximalem Ladestrom oder Überstrom durch das Öffnen der fahrzeuginternen DC-Schütze unterbrechen muss. In solchen Situationen müssen die im Fahrzeug vorhandenen Schütze in der Lage sein, das sichere Trennen des Stromes zu gewährleisten.

Wie zuvor erläutert, können aufgrund der langen Leitungen zwischen Container und Ladepunkt erhebliche Induktivitäten im Strompfad auftreten. Zusätzlich bringen Ausgangsfilter der Leistungselektronik einen weiteren Induktivitätsbeitrag ein, der zudem stark nichtlinear sein kann. Wenn es nun durch die fahrzeuginternen DC-Schütze zur Notabschaltung kommt, werden diese stromdurchflossenen Induktivitäten ohne definierten Freilaufpfad geschaltet. Die induktiv gespeicherte Energie wird im Schaltlichtbogen des Schützes in Wärmeenergie umgesetzt. Ist dieser Energieeintrag für das DC-Schütz zu groß, kann es zur Zerstörung des Schützes kommen. Hohe Sachschäden am Fahrzeug des Ladekunden sind die Folge.

Um diesen Havariefall mit Sicherheit ausschließen zu können, muss sichergestellt sein, dass die fahrzeuginternen DC-Schütze jedes Fahrzeugs diesen Abschaltvorgang an jedem beliebigen Ladepunkt durchführen können. Dies ist allein dadurch zu erreichen, indem ein Maximalwert für die wirksame Induktivität am Ladepunkt festgelegt wird. Hierfür haben wir gemeinsam mit dem Standardisierungskomitee IEC TC69 eine Obergrenze für diese Induktivität festgelegt. Dadurch können Fahrzeughersteller die fahrzeuginternen DC-Schütze geeignet dimensionieren, um den Notabschaltvorgang sicher durchführen zu können. 

Um zukünftig die Einhaltung dieser normativen Obergrenze zu überprüfen, haben wir ein neuartiges und einzigartiges Messverfahren entwickelt, mit dem wir die induktiv gespeicherte Energie von Schnellladestationen quantifizieren können. Nach der Weiterentwicklung dieses Verfahrens haben wir ein vollintegriertes Messsystem speziell für den Einsatz an Schnellladestationen entwickelt und patentiert. Dieses System erfasst neben der erforderlichen Messung auch die wirksame Induktivität des Fahrzeugs.

Das Messsystem wurde so konzipiert, dass damit einfach und zeiteffizient die Schnellladepunkte kompletter Ladeparks auf die Einhaltung der festgelegten Obergrenze geprüft werden können. Durch das benutzerfreundliche Design unseres Systems können alle Messungen von einer einzigen Person durchgeführt werden. Die Ausgabe des Prüfberichtes erfolgt direkt am Laptop des Prüfenden über die zum Messsystem zugehörige Software. Mit unserem Messsystem ermöglichen wir nicht nur die Prüfung gängiger, sondern auch die Prüfung in Zukunft noch leistungsstärkerer Schnellladepunkte. In zahlreichen Labor- und Feldtests konnten wir die extrem hohe Präzision und Genauigkeit unserer Technologie nachweisen.