Für einen Smart EQ ForTwo mit einer Batteriekapazität von 17,7 kWh und einem 22 kW Lader wird eine nach IEC 62196 Typ2 - Mode3 ausgelegte Wallbox entsprechender Leistung benötigt, um dieses E-Fahrzeug (Electric Vehicle EV) innerhalb ca. 40 Minuten von 10% auf mindestens 80% der Batteriekapazität laden zu können. Wegen der zur Zeit lediglich mit 20A abgesicherten 2,5 qmm Leitung von der Haus-Stromversorgung wird der Ladestrom jedoch durch den Controler und eine 3-phasige 16A-Sicherung begrenzt, obwohl die restlichen Bauelemente des IP65-Kleingehäuses auf einen Maximalstrom von 40A (3-phasig) ausgelegt sind. Damit erhöht sich die Ladedauer für den Smart auf ca. 80 Minuten, was bei einer Ladung zu Hause unerheblich ist.
Die eigentlich für die Funktion der Wallbox benötigten Schaltelemente sind lediglich der Schütz (Relais) und der Controller für dessen Ansteuerung und damit der Durchschaltung des Ladestroms auf das EV. Sicherung und FI-Schalter dienen der elektrischen Sicherheit, der Drehstromzähler ist eine Option, um die eingespeiste Gesamtladeenergie langzeitig zu dokumentieren.
Kommunikation mit dem E-Fahrzeug nach SAE 1772
Über das mit der Wallbox hier fest verdrahtete Ladekabel werden über den Schütz die Phasen L1, L2, L3, der Nullleiter N, sowie direkt der Schutzleiter PE und eine zusätzliche Signalleitung CP (Control Pilot vom Controller) an den Mennekes Fahrzeugstecker (nach IEC 62196 Typ2 - Mode3) geleitet. Das Ladekabel hat also 5 starke Leitungen für Strom und Schutzleiter und einen dünnen Leiter für CP. Der am Ladestecker vorhandene 7-te Pin PP (Plug Present / Proximity Pilot) ist intern im Stecker verschaltet und teilt dem Fahrzeug über einen eingebauten Widerstand gegenüber PE (z.B. 680 Ohm für 20 A) die maximale Belastbarkeit des Ladekabels mit. Auf eine Ladebuchse an der Wallbox wurde aus Kostengründen verzichtet. Für öffentliche Ladestationen ist ein mit dem EV mitgeliefertes konfektioniertes Typ2 - Mode3 Ladekabel (3x32 A) vorhanden, also mit einem eingebauten 220 Ohm Widerstand zwischen PP und PE im Fahrzeugstecker.
Die Kommunikation des Controllers in der Wallbox mit dem EV erfolgt über die Signalleitung CP bidirektional, sowohl amplituden-, als auch pulsweiten-moduliert, wobei der Schutzleiter PE als Nullbezug für CP genommen wird. Ohne Verbindung zum EV legt der Controller über einen 1 kOhm Widerstand eine Gleichspannung von +12V auf die Leitung CP. Wird ein EV angesteckt, ergibt sich über den Spannungsteiler von R(Ctrl)/R(EV) eine Spannung von +9V auf der CP-Leitung. Das EV wird damit vom Controller als erkannt gemeldet und dieser legt daraufhin ein +/- 12V Rechtecksignal, also wiederum über Spannungsteiler R(Ctrl))/R(EV) einen Signalpegel von +9V/-12V auf CP. Gleichzeitig verriegelt das EV den Ladestecker zum Schutz vor Kabeldiebstahl und Trennung vom Fahrzeug unter Last.
Über die Pulsweitenmodulation dieses 1 kHz Rechtecksignals wird während des folgenden Ladevorgangs der maximale Ladestrom begrenzt. So ergibt eine Pulsbreite (Duty Cycle) von 18% etwa 10 A und eine Pulsbreite von 50% einen maximal verfügbaren Ladestrom von 32 A, natürlich evtl. auch weiterhin begrenzt durch die max. Kabelbelastbarkeit (Widerstand an PP). Die max. Pulsbreite von 90% ist den DC-Schnellladern vorbehalten. Mit diesen Informationen begrenzt der Lader im EV intern seinen maximalen Ladestrom und zeigt gleichzeitig dem Controller der Wallbox Ladebereitschaft an, indem über einen weiteren Widerstand zwischen CP und PE die Amplitude des PE-Rechtecksignals auf +6V/-12V zieht. Der Controller interpretiert diese +6V-Amplitude als Ladebereitschaft, der Schütz in der Wallbox wird angesteuert und das EV geladen.
Der Abbruch bzw. die Beendigung des Ladevorgangs wird grundsätzlich durch das EV vorgenommen und damit auch die Entriegelung des Mennekes Fahrzeugsteckers.
Als Controller wurde der AnalogEVSE2.0.0 Bausatz (c) 2015 Bernhard Walter in einem Hutschienengehäuse verwendet. Der verfügbare Ladestrom ist an diesem durch einen externen Widerstand festlegbar. Weitere Angaben zum Controller, auch digitale Controller Versionen, sind im Internet zu finden.
Disclaimer:
Für die auf dieser Seite gemachten technischen Angaben und Abbildungen und mögliche Nachbauten auf Grund derselben wird keine Verantwortung irgendwelcher Art übernommen. Dies gilt insbesondere für die elektrische Sicherheit (Gefahr für Leib und Leben) oder der Funktionsfähigkeit an einem EV oder verursachte Schäden an diesem. Der Anschluss bzw. die Abnahme der Anlage darf nur durch entsprechendes zugelassenes Fachpersonal erfolgen. Ebenso wird darauf hingewiesen dass Wallboxen nach §19 NAV (Niederspannungs Anschlussverordnung) mit einer Leistung bis 11 kW beim zugehörigen Stromversorgungsunternehmen anzeigepflichtig und größere Wallboxen (>11 kW) genehmigungspflichtig sind .
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