Technik "Elektromobilität erleben" - Kfz-Azubi Workshop

„Elektromobilität erleben“
   Kfz-Azubi Workshop
         Technik

Themen

I.    Elektromobilität & Technik
                Antriebskonzepte & technische Grundlagen
                Qualifizierung & Sicherheit

II.   Elektromobilität & Markt
                 International
                 Geschäftsmodelle

III. Elektromobilität & Zukunft

ELEKTROMOBILITÄT & TECHNIK

Definition Elektromobilität

… bezeichnet die Nutzung von Elektrofahrzeugen und

elektrisch betriebenen Plug-in Hybridkraftfahrzeugen für

den Personen- und Güterverkehr.

Prognose zukünftiger Antriebstechnologien

 100,00
  90,00
  80,00
  70,00
  60,00
  50,00
  40,00
  30,00                                                            ICE : Verbrennungsmotor (Benzin
  20,00                                                            und Diesel) mit „milder“
                                                                   Hybridisierung und alternativen
  10,00                                                            Kraftstoffen
    ,00                                                            HEV : Voll-Hybrid
       2010                        2020                     2030
                                                                   PHEV : Plug-In-Hybrid (mit Range
                 ICE      HEV        PHEV         BEV/FCV          Extender)
                                                                   BEV : Batteriebetriebenes
 Quelle: Institut für Automobilwirtschaft (IFA)                    Elektroauto
                                                                   FCV : Brennstoffzelle

Alternative Antriebe

                       •   HV-Konzepte
                       •   HV-Komponenten
                       •   HV-Batterien
                       •   Service-Wartungsstecker (Service Disconnect)
                       •   Batteriehauptschalter
                       •   Leistungselektronik (Inverter)

HYBRID- UND ELEKTROANTRIEBE

Definition „Hybridfahrzeug“

Hybrid bedeutet: gemischt aus zweierlei Herkunft“

Die EU – Richtlinie 2007/46/EG Artikel 3 Absatz 14 definiert ein Hybridfahrzeug wie
folgt:

Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug mit mindestens zwei verschiedenen
Energiewandlern und zwei verschiedenen Energiespeichersystemen
(im Fahrzeug zum Zwecke des Fahrzeugantriebs).

Die Anfänge

Das erste Automobil war ein Elektrofahrzeug und wurde 1881 vorgestellt.

Serielle Hybridkonzepte
Elektrofahrzeuge mit "On-Board-Stromerzeugung"
                                          Lohner Porsche

                                          •   Entwickelt von Ludwig Lohner und
                                              Ferdinand Porsche 1899
                                          •   Ohne Getriebe und Antriebswellen
                                          •   Das Rad ist direkt der Rotor des
                                              Gleichstrommotors.

1900 hat Ferdinand Porsche quasi den ersten serienmäßigen Hybrid-Antrieb
konstruiert. Sein Lohner Porsche „Semper Vivus“ besaß bereits zwei Verbrennungs-
motoren sowie elektrische Radnabenmotoren und konnte in einer Batterie Energie
zwischenspeichern

Hybridfahrzeug

 Im Kfz-Bereich spricht man von Hybridfahrzeugen immer
  dann, wenn das Kraftfahrzeug über zwei verschiedene
      Antriebsarten (Verbrennungsmotor und/oder
         Elektromotor) angetrieben werden kann.

Hybridfahrzeug

Bei modernen Hybridfahrzeugen werden Teile der
"Bremsenergie" über Generatoren in elektrischen Strom
umgewandelt und in einer Batterie gespeichert.

Man nennt diesen Vorgang "rekuperatives Bremsen".

Rekuperatives Bremsen

   Beim Bremsvorgang mit der konventionellen
   hydraulischen oder pneumatischen Reibbremse
   wird die kinetische Energie (Bewegungsenergie)
   des Kraftfahrzeugs durch Reibung in
   Wärmeenergie umgewandelt.

   (Energie geht nicht verloren)

                                        Film

06.07.2016                 Giacomo Albenzio         14/115

Definition Hochvoltfahrzeuge

Hochvoltfahrzeuge (HV-Fahrzeug) sind:

•   Hybridfahrzeuge

•   Elektrofahrzeuge

•   Brennstoffzellenfahrzeuge

Hochvoltfahrzeuge

Als Hochvoltfahrzeuge (HV-Fahrzeug) werden Fahrzeuge
bezeichnet, bei denen die Spannung über

• 25 Volt (neu 30 Volt) Wechselstrom (AC)
   oder

• 60 Volt Gleichstrom (DC) liegt

Elektrotechnische Grundlagen

                                 •   Nikola Tesla (Namensgeber des Elektroautos
                                     Tesla Roadster) war ein bedeutender
                                     Elektroingenieur, Erfinder und Entwickler.
                                 •   Auf ihn gehen wichtige Entdeckungen wie der
                                     Tesla-Transformator und die Tesla-Spule
                                     zurück. Nun wurde ein Auto mit Elektromotor
                                     nach ihm benannt. Der Tesla-Elektro-Roadster.
                                 •   Tesla war auf den Gebieten der
                                     Energieübertragung und des Wechselstroms
                                     tätig
                                 •   Resonanztransformator zur Erzeugung
                                     hochfrequenter Wechselspannung

        Quelle: Sience compact

Elektrotechnische Grundlagen
Elektrische Spannung

                       Zwischen 2 Punkten mit unterschiedlicher elektrischen
                       Ladungen entsteht eine elektrische Spannung.
                       Volt (V) definiert nach dem italienischen Physiker
                       Namens Volta von 1745 bis 1825.

                       Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Spannungen

                       Gleichspannung        DC („Direct Current")
                       Wechselspannung       AC („Alternating Current“)

                       Das Formelzeichen für Spannung = U

Elektrotechnische Grundlagen
Definition elektrischer Spannung nach VDE

Kleinspannung                bis 42 Volt

Niederspannung               42 bis 1.000 Volt

Hochspannung                 1.000 bis 400.000 Volt

Blitzspannung                über 1.000.000 Volt

VDE = Verband Deutscher Elektrotechnik

Elektrotechnische Grundlagen

Elektrotechnische Grundlagen

                               MAN Lion´s City Hybrid

Elektrotechnische Grundlagen

               Regional eingesetzte Busse
               werden meistens mit einem
               parallelen Hybridantrieb ausgelegt
               Rekuperation zwischen 5 und 10%

               Stadtbusse werden meistens mit
               einem seriellen Hybridantrieb
               ausgelegt
               Rekuperation bis 25%

Elektrotechnische Grundlagen
       Porsche 918 RSR und der Porsche GT3 R
       Hybrid

                                   http://www.hybrid-autos.info/Technik/E-Maschinen/

Parallel Hybridkonzepte

          Schwungradspeicher…die Zukunft?!

                                             Film

Alternative Kraftstoffe

Von alternativen Kraftstoffen spricht man immer
     dann, wenn an Stelle der aus Mineralöl
erzeugten Kraftstoffe ( Benzin oder Diesel ), Gase
     oder Biokraftstoffe in konventionellen
    Verbrennungsmotoren verwendet werden.

Alternative Kraftstoffe

Als Gase werden aktuell
    • Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas - LPG) oder
    • Erdgas (Compressed Natural Gas - CNG)

in konventionellen oder leicht modifizierten Ottomotoren
verwendet. (Dieselmotoren im Versuch). Aktuell werden auch
Vollhybridfahrzeuge mit LPG – Anlagen ausgestattet.

Für Fahrzeugantriebe mit Wasserstoff kommen grundsätzlich
zwei Konzepte in Frage:

   •   der Verbrennungsmotor und
   •   die Brennstoffzelle

Alternative Kraftstoffe

Wasserstoff (H2) als Kraftstoff wird zur Zeit in
Vorserienfahrzeugen eingesetzt.

    Unter Berücksichtigung der gesamten
   notwendigen Infrastruktur scheint eine
    Umstellung der Energiewirtschaft auf
 Wasserstoff in den nächsten 30 bis 50 Jahren
               möglich zu sein.

Alternative Kraftstoffe

                                           Der Hydrogen 7 der 7er
                                           Reihe wird mit einem
                                           Wasserstoffverbrennungs-
                                           motor angetrieben. Zusätzlich
                                           ist er auf Benzinantrieb
                                           umstellbar.

Bis 2023 sollen die heute 15 öffentlichen Tankstellen, in Deutschland um
rund 400 H2-Tankstellen erweitert werden. Die "H2 Mobility"-Initiative
bestehnd aus Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell und Total will bis
2017 die ersten 100 Wasserstoff-Stationen in Betrieb nehmen.
Quelle: Manager Magazin Online, Okt 2013

Wasserstoffspeicher

Speicherbehälter / BMW 7er Reihe
                                            …es ist 14,4 Mal leichter als die
                                            uns umgebene Luft. Wasserstoff
Zwischen den zwei Stahlschichten
                                            besitzt die kleinste Atommasse.
befindet sich ein Vakuum mit mehreren
                                            Daher ist Wasserstoff auch im
Isolations-schichten, die die Hitze
                                            Periodensystem der Elemente an
reflektieren. BMW gibt an, dass ein
                                            erster Stelle…
Schneeball in diesem Tank ganze 13
Jahre brauchen würde, um zu
schmelzen. Leider reicht diese Isolation
aber immer noch nicht aus, um                   …ein halb voller Tank ist so
Wasserstoff länger als ein paar Stunden         innerhalb von neun Tagen fast
vor der Erwärmung zu bewahren…                  komplett “verpufft”.

                                …Siedepunkt liegt bei
                                – 252° Celsius…

Wasserstoffbetankung

                       Film

Brennstoffzellenfahrzeug

Derzeit kostet ein so genannter Stack, wie das Zellen-Paket heißt
und in der B-Klasse zum Einsatz kommt noch einen
sechsstelligen Euro-Betrag. Zur Erinnerung: "sechsstellig" sind
mindestens

                       100.000 Euro.
Der Grund ist unter anderem eine nicht unerhebliche Menge an
Platin, die in dem Stack steckt.

               1 Feinunze (31g) – 1.147,00€ für Platin

               oder

               1Kg – 40.454,00€ Platin

Alternative Antriebe

Vorteile Verbrennungsmotor
• Energielieferant (Kraftstoff) ist leicht und benötigt wenig Raum
• Wenn Energie verbraucht ist, kann neue Energie einfach und
  schnell wieder zugeführt werden durch perfekte Infrastruktur

Nachteile Verbrennungsmotor
• Geringer Wirkungsgrad
• Abgasemission
• Geräuschemission

Alternative Antriebe

Vorteile Elektromotor
• Hoher Wirkungsgrad (Bei Raumtemperatur)
• Im Betrieb keine schädlichen Abgase (Wenn 100% EE)
• Umweltschonend (Abgase werden zentralisiert)
• Günstigere Fahrzeugherstellung (Karosserie, Fahrwerk)

Nachteile Elektromotor
• Energieversorgung (Batterie) schwer, groß und teuer
• Wiederaufladung der Batterien nur langsam möglich
• Anschaffungspreis zur Zeit noch hoch (iMiev 35000€)
• Infrastruktur befindet sich noch im Ausbau

Hybrid-Systeme

Hybrid-Systeme
Micro-Hybrid-Systeme
Micro-Hybridfahrzeuge stellen die niedrigste Stufe von Hybridfahrzeugen
dar. Micro-Hybridfahrzeuge verfügen üblicherweise über eine
Generatorleistung von 2 - 4 kW und eine konventionelle 12-V-
Batterietechnik. Teilweise verfügen diese Systeme auch über eine Start-
Stopp-Funktion mit konventionellem Anlasser oder integriertem
Motorgenerator (MG). Außerdem wird die Energierückgewinnung über das
Bremsen verwendet. Die Kraftstoffeinsparung beträgt rund 8 %.
Das Micro-Hybrid-System wird zum Beispiel im 1er BMW, im Mini oder
Smart verwendet

Technische Unterscheidungsmerkmale:
•Leistung E-Maschine(n) max. 2 - 4 kW
•Spannungsniveau 12 V
•Verbrauchseinsparung 5 - 10 %

Hybrid-Systeme
Mild-Hybrid-Systeme
Heute gehen die Spannungen teilweise über 160 V DC hinaus. Bei den
Mild-Hybridsystemen werden die beim Verzögern/Bremsen Teile der
Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln.
Bei Mild-Hybridsystemen wird der Elektromotor beim Anfahren bzw.
Beschleunigen teilweise auch zur Unterstützung des Verbrennungsmotors
genutzt. Bei einigen Mild-Hybrid-Systemen wird die Kraftstoffversorgung
des Verbrennungsmotors bei ausreichendem Ladezustand der HV-Batterie
und gleichmäßiger Fahrt bis ca. 50 km/h abgeschaltet. Das Fahrzeug wird
dann nur noch durch den MG angetrieben, wodurch eine
Krafstoffeinsparung zwischen 12 bis 20 % möglich ist.

Technische Unterscheidungsmerkmale:
•Leistung E-Maschine(n) max. 10 - 15 kW
•Spannungsniveau 42 -150 V
•Verbrauchseinsparung 15 - 20 %

Hybrid-Systeme
Voll-Hybrid-Systeme (Strong Hybrid)
Die Voll-Hybrid-Systeme haben die gleichen Funktionen wie Mild-Hybrid-
Systeme. Hier werden HV-Batterien mit Spannungen von zum Teil weit
über 200 V DC eingesetzt. Bei diesen Systemen ist es daher möglich, die
Fahrzeuge z. B. beim Anfahren rein elektrisch anzutreiben und bei starken
Beschleunigungen das Moment des Verbrennungsmotors und des
Elektromotors parallel zu nutzen. Dieser Vorgang wird auch als "Boosten"
bezeichnet. Die reine elektrische Reichweite beträgt bei diesem System
nur wenige Kilometer, allerdings ist eine Kraftstoffeinsparung von bis zu
40% möglich. Neben dem Toyota Prius findet dieses Konzept auch im Ford
Escape Anwendung.
Technische Unterscheidungsmerkmale:
•Leistung E-Maschine(n) > 15 kW
•Spannungsniveau > 100 V
•Verbrauchseinsparung > 20 %

Hybrid-Systeme
                                                     Toyota Prius
                        Honda Civic IMA              Lexus RX450h
                        Honda Insight                VW Touareg
                        Honda CR-Z                   Porsche Cayenne
                        Mercedes S400h               BMW X6
                        BMW 7er Hybrid
                                                    EV-Modus
        Stop & Go
          System                    Motor-
       Daimler A&B                  Unterstützung
        BMW 1 er
         BMW 3er     Regenerative
        Citroën C3   Bremse

          Micro                Mild                    Stark
                                                     (Strong)

Hybrid-Systeme

Parallele Hybridkonzepte - Mild Hybrid

Mit starrer Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und MG.

Beide Motoren wirken direkt auf den Antriebsstrang.

Herkömmlicher Motorantrieb

        Heckantrieb, Standard über viele Jahre

          Verbrennungs-
              motor

Parallele Hybridkonzepte
mit starrer Verbindung zwischen             HV-Batterie
Verbrennungsmotor und MG

                                               HV
                                               HV

             Verbrennungs- Motorgenerator
                 motor          (MG)

Parallele Hybridkonzepte
mit starrer Verbindung zwischen
Verbrennungsmotor und MG
                                  Inverter   HV-Batterie

                                                HV
                                                HV

              Verbrennungs- Motorgenerator
                  Motor          (MG)

Parallele Hybridkonzepte
           12V-      DC/DC Inverter        HV-
          Batterie   Wandler             Batterie

                       DC                 HV
            12V             DC            HV
            12V

          Verbrennungs- Motorgenerator
              Motor          (MG)

Parallele Hybridkonzepte (Mild Hybrid)
            12V-      DC/DC Inverter        HV-
           Batterie   Wandler             Batterie

                        DC                 HV
             12V             DC            HV
             12V

           Verbrennungs- Motorgenerator
               Motor          (MG)

Mild Hybrid anfahren
1.   Der Motorgenerator (MG) startet den Verbrennungsmotor
2.   Das Fahrzeug wird in Bewegung versetzt

3.   Das Fahrzeug wird gemeinsam vom MG und Verbrennungsmotor
     beschleunigt
                              DC                      HV

                                        Inverter
                  12V              DC                 HV
                  12V

               Verbrennungs- Motorgenerator
                   Motor          (MG)

Mild Hybrid konstant fahren
1.   Das Fahrzeug wird durch den Verbrennungsmotor angetrieben

2.   Der Motor kann den MG antreiben und die Batterie laden.

                               DC                        HV
                   12V              DC                   HV
                   12V

                Verbrennungs- Motorgenerator
                    Motor          (MG)

Mild Hybrid beschleunigen (boosten)
1.   Das Fahrzeug wird gemeinsam vom Verbrennungsmotor und MG
     beschleunigt
                                      Der DC/DC Wandler ersetzt bei einigen Modellen
                                      die 12V Batterie vollständig

                            DC                        HV
                 12V             DC                   HV
                 12V

              Verbrennungs- Motorgenerator
                  Motor          (MG)

Mild Hybrid verzögern
1.   Das Fahrzeug läuft im Schubbetrieb

2.   Fahrzeug treibt den MG an, die Batterie wird geladen.

                       DC                         HV
           12V              DC                    HV
           12V

Parallele Hybridkonzepte (Mild Hybrid)
            12V-      DC/DC Inverter       HV-
           Batterie   Wandler            Batterie

                        DC                HV
             12V             DC           HV
             12V

          Verbrennungs- Motorgenerator
              Motor          (MG)

Parallele Hybridkonzepte (Mild Hybrid)
           12V-      DC/DC Inverter        HV-
          Batterie   Wandler             Batterie

                       DC                 HV
            12V             DC            HV
            12V

          Verbrennungs- Motorgenerator
              Motor          (MG)

Parallele Hybridkonzepte

Hybrid-Systeme

Parallele Hybridkonzepte mit Leistungsverzweigung -
Voll-Hybrid

Beide Motoren können einzeln oder zusammen ihre Kraft auf den
Antriebsstrang geben.

Eine Synergie bzw. Leistungsverzweigung schaffen

Voll-Hybrid Systeme (Strong Hybrid)
mit offener
Kupplung
zwischen
Verbrennungs-
motor und MG

Voll-Hybrid Systeme (Strong Hybrid)
mit offener Kupplung zwischen Verbrennungsmotor und MG

Film

Voll-Hybrid Systeme (Strong Hybrid)
Mit geschlossener
Kupplung

Parallel Hybridkonzepte
mit Leistungsverzweigung
                                DC/DC Inverter            HV-
                 12V-           Wandler                 Batterie
                Batterie

                                  DC                      HV
                                       DC
                  12V

                Verbrennungs-          Planetengetriebe
                    motor       mit zwei Motorgeneratoren (MG)
                                  links                rechts
                                Generatorbetrieb    Motorbetrieb

Hybrid-Systeme

Serielle Hybridkonzepte – „On-Board-Stromerzeugung“

Allein der Elektroantrieb wirkt auf die Räder.

Serielle Hybridkonzepte
„On-Board-Stromerzeugung“
                             12V-      DC/DC Inverter     HV-
                            Batterie   Wandler          Batterie

                                         DC

                                              DC          HV
                              12V

                        Verbrennungs-      Generator
                            motor

Serielles Hybridkonzept
Elektrofahrzeug

                   12V-      DC/DC Inverter           HV-
                  Batterie   Wandler                Batterie

                               DC

                                    DC                HV
                    12V

                                         Motorgenerator
                                              (MG)

Serielles Hybridkonzept
Elektrofahrzeug mit "On-Board-Stromerzeugung
                   12V-      DC/DC Inverter               HV-
                  Batterie   Wandler                    Batterie

                                  DC

                                       DC                 HV
                    12V

                  Verbrennungs-    Generator Motorgenerator
                      motor                       (MG)

Serielles Hybridkonzept
Elektrofahrzeug mit "On-Board-Stromerzeugung

             Radnabenantrieb
                                                          Inverter     HV-
                                                                     Batterie

           Motorgeneratoren                                                     Motorgeneratoren
                                                                      HV
                 (MG)                                                                 (MG)

                              Verbrennungs-   Generator
                                  motor

Serielle Hybridkonzepte
Elektrofahrzeuge mit "On-Board-Stromerzeugung"
                                                 Heute

                                                 Venturi Vorlage

Serielle Hybridkonzepte
Elektrofahrzeuge mit "On-Board-Stromerzeugung"
                                                 Film

Elektrotechnische Grundlagen

Serielle Hybridkonzepte
Elektrofahrzeuge mit "On-Board-Stromerzeugung"

Serielle Hybridkonzepte
Elektrofahrzeuge mit "Plug-In" oder Steckdosenhybrid"

Serielle Hybridkonzepte
Elektrofahrzeuge mit "Plug-In" oder Steckdosenhybrid"

Serielle Hybridkonzepte
Elektrofahrzeuge mit "Plug-In" oder Steckdosenhybrid"

ELEKTRISCHE MASCHINEN

Elektrotechnische Grundlagen
Spannungserzeugung im Fahrzeugbau

                                    Parameter:
      N
                                    Magnetstärke
              -              +
                      VOLT
                                    Polrichtung des Magnetes
      S                             (N/S)
              Bauteile:
                                    Wicklungsrichtung der Spule
              Magnet
                                    Geschwindigkeit des
              Spule
                                    Eintauchens
              Voltmeter
                                    Wicklungsanzahl der Spule

                                    z. Bsp.
                                    Fahrraddynamo

Elektrotechnische Grundlagen

  Spannungserzeugungsprinzip im
  Generator

                                   -              +
                                         VOLT
        N

                S

  Abhängig von der Polrichtung des Magnetes, der Stärke des
  Magnetfeldes, der Drehrichtung und der Drehgeschwindigkeit
  entsteht eine Wechselspannung.

Die Asynchronmaschine

Käfigläufer (bzw. Kurzschlussläufer) bestehen aus einer Anzahl von Leitern (Rotorstäben), die an ihren
beiden Enden durch einen leitenden Ring kurzgeschlossen werden.

Auf den Rotorstäben ist ein positiver Strom rot gezeichnet, ein negativer Strom blau, während grau
andeutet, dass kein Strom vorhanden ist.

Das Magnetfeld rotiert mit konstanter Geschwindigkeit. Der Rotor läuft nicht synchron mit der
Drehzahl des Magnetfeldes, sondern etwas langsamer. Erst durch die Relativbewegung der Leiter und
des rotierenden Magnetfeldes werden auf den Rotorstäben Spannungen induziert, die über die
Kurzschlüsse zu einem Strom führen. Die stromdurchflossenen Leiter (Rohrstäbe) erzeugen im
Magnetfeld Kräfte, die sich mit den bestehenden Strömen bzw. Magnetfelder addieren.

In Busse sind sie wegen dem Schleppen zu bevorzugen. (Keine versehentliche Induktion)

Die Synchronmaschine
Leerlauf
Bringt man einen Stabmagneten in das Magnetfeld eines
Stators, so wird sich der Stabmagnet stets in Richtung dieses
äußeren Magnetfeldes ausrichten. Wenn das Magnetfeld des
Stators (roter Zeiger) rotiert, so wird auch der Stabmagnet
ohne Auslenkung aus seiner Vorzugslage mitrotieren. Im
Leerlauf stehen sich also Nordpole des Stators und Südpole
des Rotors und umgekehrt gegenüber.

Belastung
Versucht man den Stabmagnet abzubremsen, so wird er
etwas hinter der angestrebten Lage zurückbleiben, seine
synchrone Geschwindigkeit aber beibehalten. Der Läufer
hinkt dem Statorfeld um den Polradwinkel J < 0 hinterher.
Dadurch steht an der Welle ein mechanisches
Antriebsmoment zur Verfügung, das etwa sinusförmig vom
Polradwinkel abhängt.
Bei J = - 90° erreicht das Moment seinen Maximalwert M (- 90°
) = MK = Kippmoment, bei dessen Überschreitung die
Synchronmaschine kein Antriebsmoment mehr entwickeln
kann und somit ausläuft. Praktisch wird aus
Sicherheitsgründen nur etwa das halbe Kippmoment
ausgenutzt: ca. 45°

LADETECHNOLIGIE

Ladetechnologie
  Vehicle to Grid (V2G) - Fahrzeug ans Netz

Film

Ladetechnologie

Wer beschäftigt sich mit V2G?
                                Den Aufbau und die Integration
                                von Ladestationen im
                                öffentlichen Raum verantworten
                                die Firma Bosch, viele kleine
                                Firmen und die Energie Baden-
                                Württemberg AG (EnBW). Die
                                Daimler AG ist
                                Kooperationspartner für die
                                Fahrzeuge.

Ladetechnologie

Tesla baut Netz von Ladestationen in den USA

Elektrisch von der amerikanischen West- an die Ostküste fahren?
In einer vertretbaren Zeit und das auch noch, ohne einen Cent
dafür zu bezahlen? Das kann doch nur ein amerikanischer Traum
sein.

Ladetechnologie

Ladetechnologie

                  California
                  Air
                  Resources
                  Board

                  CARB

Ladetechnologie

Ladetechnologie

                  Combined Charging
                  System

                  Stand März 2014
                  nutzen der

                  VW E-up,

                  VW e-Golf,

                  BMW i3,

                  Panamera und

                  Chevrolet Spark EV

                     Quelle: Wikipedia

Ladetechnologie

   Ca. 400A

                           CHAdeMO-Stecker

                  Quelle: Wikipedia

Ladetechnologie
Durch ein veränderliches Magnetfeld wird eine Spannung im Stromkreis der Batterie induziert und lädt
diese somit auf. Das Prinzip der Induktion bedingt jedoch nicht zwangsläufig ein stehendes Fahrzeug,
d. h. die Batterie könnte theoretisch auch während des Fahrens aufgeladen werden, indem man in
einen Streckenabschnitt Leiterschleifen integriert. Die Vorteile dieser Methode liegen, besonders beim
Aspekt der Sicherheit, auf der Hand: Der Fahrer muss nicht mehr aktiv in den Ladevorgang und somit
in den Stromkreis eingreifen, d. h. Bedienfehler sind somit weitestgehend ausgeschlossen.

   Bild: Kiefermedia GmbH und Daimler AG                                      Bildquelle: Evatran

Ladetechnologie

Die Lademodi basieren auf den internationalen Spezifikationen der IEC61851-1 Norm

IEC 61851-1 „Mode 1“ - langsame Ladung an Haushaltssteckdosen mit Schutzkontakt
(Schuko)

IEC 61851-1 „Mode 2“ - Ladung ein- bis dreiphasig per steckerseitig fest codiertem Signal, an
Schuko mit ICCB im Kabel. (In-Cable Control Box)

IEC 61851-1 „Mode 3“ - Ladung mit spezifischen Ladestecksystemen für Elektrofahrzeuge mit
Pilot- und Kontrollkontakt. Bis 250A Ladestrom ist abhängig von der Verfügbarkeit digitaler
Kommunikation mit der Ladesäule, ansonsten stehen nur 32A zur Verfügung.

IEC 61851-1 „Mode 4“ - schnelle Ladung mit Steuerung durch ein externes Ladegerät.
Ladeströme bis 400A möglich. (Gleichstrom -> z.B i3)

                                                                    Quelle: Wikipedia

Schutzmaßnahmen für das Tanken

    Schutzmaßnahmen für das Tanken
  Dieser VDE-Normstecker hat sich im europäischen
  Raum durchgesetzt. Er hat insgesamt 7 Kontakte
  (Drehstrom L1, L2, L3, N und Schutzleiter,
  sowie zwei Signalleitungen) und kann einen
  Außerdem
  maximalen stellen    sie sicher,
               Ladestrom    von 63dass   im ungenutzten
                                     A übertragen.    Die
  Zustand   die Leitungen   stromfrei  sind und   dass
  beiden Signalleitungen sollen der Sicherheit dienen,   im
  aktiven
  indem sieZustand   eine Verriegelung
              beim Ladevorgang            aktiviert
                                    die Werte   für ist.
                                                    denDes
  Weiteren
  korrektenist  das Kfz für
             maximalen       die Zeit des
                           Ladestrom    undLadevorganges
                                             die
  deaktiviert, d. h. es kann   nicht gestartet
  entsprechende Versorgungsspannung liefern.    werden. Für
  die Autorisierung an öffentlichen Ladestationen ist
  die Integration eines RFID-Chips ins
  Steckergehäuse geplant.
  Eine weitere Sicherheitsfunktion, die jedoch eher die
  Ladesäulen betrifft, ist eine Absicherung gegen
• Gefahren
   Er ist geeignet
             durchfür  einphasige undGebrauch. Sollte
                     unsachgemäßen
  dreiphasige
  zum   BeispielAnschlüsse
                  während des Ladevorganges versucht
• werden,
   Er ermöglich   die bidirektionale
            das Ladekabel    gewaltsam zu entfernen, so
  Energieübertragung
  unterbricht die Ladesäule augenblicklich die
• Stromzufuhr.
   Die Datenkommunikation wird über den
  „control pilot“ Kontakt gewährleistet

Quelle: Mennekes                                                      Quelle: Wikipedia

Ladetechnologie
Definierten 2 Signalkontakte im Ladestecker

1. Der Pilotkontakt CP (Control Pilot / Datenleitung 1-kHz-Rechteckschwingung mit ±12 V)
   und

2. Der Proximity-Schalter PP (Proximity Pilot / Nachbarschafts-Effekt) voreilt der
   kommenden Steckverbindung. (Längster Pin im Stecker)

Widerstand CP-PE   offen             2700 Ω            880 Ω               240 Ω

Ladefreigabe       A - standby       B - vehicle       C - ready           D - with
                                     detected          (charging)          ventilation
                                     mit Mode 3

 Das Elektrofahrzeug führt über einen Widerstand und eine Diode auf den Schutzleiter
     PE zurück. Das Fahrzeug kommuniziert sein Lademodus mit der Ladesäule.

                                                                    Quelle: Wikipedia

Ladetechnologie
Definierten 2 Signalkontakte im Ladestecker

1. Der Pilotkontakt CP (Control Pilot / Datenleitung 1-kHz-Rechteckschwingung mit ±12 V)
   und

2. Der Proximity-Schalter PP (Proximity Pilot / Nachbarschafts-Effekt) voreilt der
   kommenden Steckverbindung. (Längster Pin im Stecker)

Widerstand PP-PE    1500 Ω           680 Ω             220 Ω              100 Ω

Max. Ladestrom      13 A             20 A              32 A               63 A
Leiterquerschnitt   1,5 mm²          2,5 mm²           6 mm²              16 mm²

  Der Proximity-Schalter PP meldet den möglichen Ladestrom des Fahrzeugs an die
 Ladestation. Hierzu wird fahrzeugseitig ein Widerstand zwischen PP und PE gesetzt.
  Adapterkabel können hier eine entsprechende Widerstandskodierung verwenden.

                                                                   Quelle: Wikipedia

Ladetechnologie

  Status quo

Ladetechnologie

Ladetechnologie

In Deutschland stehen den 5.960 Elektroautos
2.821 Stromtankstellen gegenüber (Stand 1. Oktober 2012).

LEMnet listet für die Schweiz 717 und Österreich 357 öffentlich
zugängliche Stromtankstellen auf (Stand 27. Oktober 2011).
Daneben gibt es für Österreich eine eigene Liste, die 2109
Lademöglichkeiten auflistet.

Carport Lausitzring die zweitgrößte weltweit
• 4.548 Module mit einer
Gesamtleistung von 999,21 kWp
erzeugen pro Jahr voraussichtlich 943
MWh an elektrischer Energie. Circa
240 Vier-Personenhaushalte können
so mit klimafreundlichem Solarstrom
versorgt werden.

•Über 100kwp Mittelspannungsnetz

• Unter Berücksichtigung der
Degradation werden damit über
einen Zeitraum von 20 Jahren etwa
21.000 Tonnen CO2 eingespart

  Auslöser für den Bau – ist der Schutz der Autos vor Witterungseinflüssen wie Sonne, Regen, Schnee und
                   Hagel. Zudem ist eine solare Stromtankstelle in den Carport integriert.

  Vier Ladestationen mit 230 Volt- und 400 Volt-Anschlüssen stehen den Fahrern von Elektroautos hier zukünftig
       zur Verfügung, um ihre Fahrzeuge direkt mit aus Sonnenenergie gewonnenem Strom aufzuladen. Die
                                       Tankstelle wird täglich geöffnet sein.

                                                      Quelle: Schletter GmbH.     Quelle: Schletter GmbH.

DIN VDE 0105-1

                                      IEC 9000

                                          VEFK-HV

                                            LuA

                                      DIN ISO 57450

                 DIN EN 609000

QUALIFIZIERUNG

Qualifizierung

Qualifizierung

Mehrstufiges Qualifizierungskonzept zur Hochvolttechnik nach
BGI 8686 vor Serienanlauf:

Stufe 1 : Hochvoltsensibilisierung und typenspezifische
Einweisung (EUP)

Stufe 2 : Elektrofachkraft für festgelegte Tätigkeiten (EFffT ) +

Stufe 3 : Elektrofachkraft (EFK) oder Bildungsgang zur
„Geprüften Elektrofachkraft für Fahrzeugtechnik (GEFK)“

Qualifizierung

                 Quelle: ZDK

Das Jahr 2028…

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