Warum EV-Ladegeräte Hilfsstromschienen benötigen

Die Zahl der installierten Ladegeräte für Elektroautos steigt exponentiell. Die Komplexität der eingesetzten Ladegeräte ist dabei hoch: Sie reicht von einer einfachen, langsamen, einphasigen Haushalts-Wechselstromquelle für das Laden an Bord bis hin zu ultraschnellen Gleichstrom-Ladegeräten mit 800V oder mehr, die von einem dreiphasigen Wechselstromversorger gespeist werden und über mehrere Prozessoren und Schnittstellen verfügen. Dabei sollte für jedes Gleichstrom-Ladegerät eine Reihe von Hilfsstromschienen mit geringer Leistung eingesetzt werden.

 

Obwohl eine Multi-kW-Hauptstromversorgung auch Gleichstrom mit geringer Leistung erzeugen kann – z. B. aus einer Wicklung der PFC-Induktivität – ist dies aus verschiedenen Gründen selten sinnvoll:

• Wirkungsgrad: Die Hauptstromversorgung des DC-Ladegeräts verursacht im unbelasteten Zustand erhebliche Verluste. AC/DC-Stromversorgungen mit geringer Leistung besitzen einen hohen Wirkungsgrad bei ihren typischen Betriebswerten.

• Sicherheit: Eine unabhängige Versorgung über eine Hilfsstromschiene macht das An- und Abschalten der Hauptstromversorgung viel sicherer und vorhersehbarer.

• Masseschleifen und EMV-Probleme reduzieren: Separate AC/DC-Stromversorgungen mit geringer Leistung ermöglichen isolierte DC-Rückleitungen für verschiedene Teile des Systems.

• Regelung und Rauschpegel: Den AC/DC-Hilfsstromversorgungen können auch isolierte oder nicht-isolierte DC/DC-Stromversorgungen nachgeschaltet werden, um alle erforderlichen ''Point-of-Load''-Spannungen zu erzeugen, die den spezifischen Anforderungen an Regelung und Rauschpegel entsprechen.

AC/DC- und DC/DC-Hilfsstromversorgungen in Gleichstrom-Ladegeräten müssen besonderen Umweltanforderungen genügen. Eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit sowie Teile in Industriequalität sind Grundvoraussetzungen. Weiterhin sind bestimmte Normen zu erfüllen:

• Überspannungsschutz: Die EN 61851-23 „Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge, Gleichstrom-Ladestationen für Elektrofahrzeuge“ besagt unter anderem, dass die Stromversorgung eines EV-Ladegeräts der Überspannungskategorie (OVC) III oder IV entsprechen muss. Das bedeutet, dass selbst die meisten industriellen AC/DC-Stromversorgungen ungeeignet sind, da sie in der Regel der Kategorie II für Netzinstallationen entsprechen, nachdem sie eine Überspannungsschutzvorrichtung besitzen.
Weiterhin gibt es einen Zusammenhang zwischen den Sicherheitsabständen, die in einem Gerät für eine Überspannungsklasse erforderlich sind und der geografischen Höhe. Bis zu einer Höhe von 2000m ist keine Korrektur nötig. Mit zunehmender Höhe ist es allerdings notwendig, die Sicherheitsabstände um einen immer größeren Wert zu erhöhen.

• Umweltbedingungen: Feuchte, schmutzige oder staubige Umgebungen finden sich typischerweise in einer Garage oder auf einem offenen Parkplatz. Um bei diesen Umgebungsbedingungen Fehlfunktionen zu vermeiden, muss die Elektronik beschichtet oder gekapselt sein oder eine stark erhöhte Kriechstrecke besitzen. Die EN 61851-23 legt den Grad der Verschmutzung fest, für den die Elektronik ausgelegt sein muss. Grad 3 spezifiziert die Verwendung im Freien und in Industriegebieten, Grad 2 die Verwendung in Innenräumen.
Auch der Temperaturbereich, in dem die Elektronik eingesetzt werden kann, spielt eine entscheidende Rolle. Ladegeräteelektronik muss im Bereich von Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und bis zu +60°C bei Außeninstallationen in voller Sonne standhalten. Typischerweise liegt der Einsatzbereich für industrietaugliche AC/DC-Stromversorgungen bei -40°C bis +85°C Umgebungstemperatur und ist somit ausreichend.

RECOM bietet eine Reihe von Standardprodukten an, die den komplexen Anforderungen an Gleichstrom-Ladegeräten für Elektrofahrzeuge mit geringer Leistung genügen und sich auch für viele weitere Anwendungen eignen.

Dazu gehören gekapselte Miniaturmodule der RAC-Serie mit 3 W bis 40 W, die für Umgebungen mit hohen Verschmutzungsgraden geeignet sind. Zusätzlich zum „Standard“-Eingangsbereich von 85-264VAC sind einige Varianten auf 305VAC für 277VAC nominal ausgelegt. Das RAC05-K/480 ist für einen Eingang von bis zu 528VAC ausgelegt (Abbildung 2). Der Betriebstemperaturbereich aller Module reicht von -40°C bis mind. +80°C. Sie sind entweder standardmäßig oder optional mit OVC III-Zulassung erhältlich. Die Sicherheitszertifizierung all dieser Module ist umfassend, wobei die IEC/EN 62368-1 das Minimum darstellt, und einige Teile sogar die IEC/EN 61558 oder EN 60335-1 für den Hausgebrauch und manchmal oder auch die IEC/EN 60601-1 für medizinische Anwendungen erfüllen.

Weiterhin beinhaltet das RECOM Sortiment eine umfassende Palette an DC/DC-Stromversorgungen, die für die Gate-Antriebsleistung für die Hauptstromversorgung oder isolierte Kommunikationsschnittstellen, isolierte Hilfsschienen und nicht isolierte Point-of-Load-Stromversorgungen geeignet sind. Alle diese Stromversorgungen sind ausgelegt für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen.

Schukat electronic bietet Stromversorgungen von RECOM und anderen Herstellern an. Rund 6.000 verschiedene Typen an Netzteilen und DC/DC Wandlern bevorratet Schukat in produktionsgerechten Mengen in seinem automatisierten Zentrallager in Monheim am Rhein.

Als Distributor leisten wir zudem schnelle und kompetente Unterstützung in Form von direkten Ansprechpartnern und haben ein kompetentes Außendienstteam für die Problemlösung vor Ort. Kunden profitieren von einer raschen Bearbeitung der Anfragen, der Bereitstellung von Datenblättern und Mustern sowie von unterschiedlichen Liefermengen vom Muster bis zur Serienfertigung.

Bei der Auswahl passender Stromversorgungsprodukte und bei kundenspezifischen Fragen rund um das Thema Stromversorgung berät Sie unser technisches Vertriebsteam.