Elektromobilität Infrastruktur & Technik. Impulsvortrag. Dipl.-Ing. Erik Blasius. 1. Elektromobilität. 2. Laden von Elektrofahrzeugen

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1 Elektromobilität Infrastruktur & Technik Impulsvortrag Dipl.-Ing. Erik Blasius

2 SMART Capital Region (SCR) BTU Cottbus-Senftenberg Laufzeit: Juli 2013 bis Juni 2016 Kernprojekt im Internationalen Schaufenster Elektromobilität Berlin-Brandenburg Förderung durch das Ministerium für Wirtschaft & Energie des Landes Brandenburg Ziele: Untersuchung & Optimierung des Zusammenspiels einzelner Komponenten & Technologien an Modellanlagen innerhalb eines Intelligenten Stromnetzes (Smart Grid) Entwicklung eines Konzepts zur zukünftigen Nutzung regenerativer Stromüberschüsse aus Brandenburg in der Hauptstadtregion 2

3 Bestand und Planung in Deutschland Gesamtbestand zugelassene PKW in Deutschland zum : 44,4 Mio. davon rein elektrisch: rel. Anteil: 0,043 % usl_absolut.html empfohlenes Verhältnis für Ladeinfrastruktur: 1 öffentliche Ladestation auf 10 Elektrofahrzeuge (europäischen Richtlinie 2014/94/EU) 3

4 Modelle (Auszug) Nissan Leaf Reichweite: 160 km V max : 145 km/h Energiekapazität: 24 kwh Preis: ab BMW i3 Reichweite: 171 km V max : 150 km/h Energiekapazität: 22 kwh Preis: ab Mitsubishi Outlander PHEV Reichweite hybrid (elektrisch): 800 km (52 km) V max hybrid (elektrisch): 170 km/h (120 km/h) Energiekapazität: 12 kwh Preis: ab

5 Modelle (Auszug) Tesla Model S 85D Reichweite: 502 km V max : 250 km/h Energiekapazität: 85 kwh Preis: ab Renault Kangoo Z.E. Maxi Reichweite: 142 km V max : 130 km/h Energiekapazität: 22 kwh Preis: ab German E-Cars Plantos Reichweite: 120 km V max : 130 km/h Energiekapazität: 39 kwh Preis: ab

6 Ladebetriebsarten (Modes) Ladebetriebsart 1 AC, einphasig, SchuKo-Stecker (Netzanschluss), max. zulässige 16 A (3,7 kw) keine Kommunikation, externe Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (Gebäudeinstallation) Ladegerät befindet sich im Fahrzeug 6

7 Ladebetriebsarten (Modes) Ladebetriebsart 2 AC, einphasig, SchuKo-Stecker (Netzanschluss), meist max. zulässige 16 A (3,7 kw) Pilotfunktion, Fehlerstrom-Schutzeinrichtung im Ladekabel (ICCB) Ladegerät befindet sich im Fahrzeug 7

8 Ladebetriebsarten (Modes) Ladebetriebsart 3 AC, dreiphasig, Typ-2-Stecker (Netzanschluss), meist max. zulässige 32 A (22,2 kw) Pilotfunktion, Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Teil der Ladeinfrastruktur (EVSE) Verriegelung notwendig (verhindert Abziehen des Ladekabels während des Ladens) Ladegerät befindet sich im Fahrzeug 8

9 Ladebetriebsarten (Modes) Ladebetriebsart 4 DC, bis 200 kw Pilotfunktion, digitale Kommunikation, Fehlerstromschutzeinrichtung, Ladekabel Teil der Ladeinfrastruktur Verriegelung notwendig (verhindert Abziehen des Ladekabels während des Ladens) Ladegerät befindet sich in der DC-Ladestation (fahrzeugextern) 9

10 Standardladekurve (Li-Ionen-Batterie) 10

11 Ladezeiten Leistungsübertragung dreiphasig (16 A) 1 h 33 min einphasig (16 A): z.b. Grundversionen des VW e-golf, e-smart, BMW i3 4 h 39 min Batteriekapazität: 17,1 kwh Ladezeit 11

12 Kontakte des Typ-2-Ladesteckers (AC) PP-Kontakt Kabelidentifikation, Kabelanschluss PE L1 CP-Kontakt Kommunikationsschnittstelle N L2 L3 Stecker_Typ2.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.mennekes.de%2Faktuell_details.html%3Ftx_ttnews%255Btt_news%255D%3D922%26cHash%3D90c28bcd144f87c0 d54cc5cb3b6a527e&h=1377&w=1391&tbnid=g85zehn67pa8um%3a&zoom=1&docid=j8objnobbbki3m&ei=aemsvdkjgmh9upiki5gk&tbm=isch&iact=rc&uact=3&du r=155&page=1&start=0&ndsp=44&ved=0cciqrqmwaa Ladeschnittstellen: Typ 1, Combo 1 (Europa, Japan, USA) Typ 2, Combo 2 (Europa, Japan, USA) CHAdeMO (Europa, Japan) GB/T (China) 12

13 Kontakte des Combo-2-Ladesteckers (DC) PP-Kontakt Kabelidentifikation, Kabelanschluss PE CP-Kontakt Kommunikationsschnittstelle DC+ DC %2F05%2Feinheitsstecker.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fadacemobility.wordpress.co m%2f2012%2f05%2f07%2fschnelles-laden-einigung-auf- einheitsstecker%2f&h=1773&w=2363&tbnid=gx0- hc0szix3bm%3a&zoom=1&docid=lkg9rjv3maec0m&ei=skesve3ne4f9usnlj8gg&tbm=isc h&iact=rc&uact=3&dur=480&page=1&start=0&ndsp=40&ved=0cdkqrqmwca Ladeschnittstellen: Typ 1, Combo 1 (Europa, Japan, USA) Typ 2, Combo 2 (Europa, Japan, USA) CHAdeMO (Europa, Japan) GB/T (China) 13

14 techn. Anforderungen an öffentliche Ladeinfrastruktur Standardisierung der Ladeinfrastruktur: Stecker: IEC , IEC , IEC Kommunikation: IEC , IEC Topologie: IEC , IEC , IEC , IEC , IEC Sicherheit: IEC 61140, IEC 62040, IEC 60529, IEC, , ISO

15 Ladeinfrastruktur-Varianten abhängig vom Einsatzbereich: privat, halb-öffentlich, öffentlich Anforderungen: langsam oder schnell laden herkömmliche Gebäudeinstallation oder öffentliches Netz typisch: 3,7 kw Ladebetriebsart 1 und 2 privat, halb-öffentlich, öffentlich AC-Wallbox: typisch: bis 22 kw Ladebetriebsart 3 privat, halb-öffentlich, öffentlich 15

16 Ladeinfrastruktur-Varianten abhängig vom Einsatzbereich: privat, halb-öffentlich, öffentlich Anforderungen: langsam oder schnell laden AC-Ladesäule: typisch: bis 22 kw Ladebetriebsart 3 halb-öffentlich, öffentlich DC-Ladestation: ab typisch: bis 200 kw Ladebetriebsart 4 halb-öffentlich, öffentlich 16

17 Elektrofahrzeuge als mobile Speicher (Vehicle-to-Grid-Konzept) bei Bedarf kann Energie zu- oder abgeführt werden Einsatz z.b. als Pufferspeicher für das Eigenheim oder das Energieversorgungsnetz PKW werden die meiste Zeit geparkt während des Parkens Nutzung der Batterie als Speicher wirtschaftliche Geschäftsmodelle fehlen noch 17

18 Elektrofahrzeuge als mobile Speicher (Vehicle-to-Grid-Konzept) bei Bedarf kann Energie zu- oder abgeführt werden Einsatz z.b. als Pufferspeicher für das Eigenheim oder das Energieversorgungsnetz Voraussetzungen PKW werden die (Ladebetriebsart meiste Zeit geparkt 3): während des Parkens Nutzung der Batterie als Speicher digitale wirtschaftliche höhere Geschäftsmodelle Kommunikation zwischen fehlen noch Ladeinfrastruktur (Netzseite) und Elektrofahrzeug bidirektionales Ladegerät im Elektrofahrzeug intelligente fahrzeugexterne Steuerung 18

19 genormte Kommunikation (DIN EN ) obligatorischer Informationsaustausch Ladestromvorgabe der Ladesäule durch PWM-Signal auf den CP-Leiter des Ladekabels Laden nicht gestattet zulässige Ladeströme in Abhängigkeit des Tastverhältnisses reserviert für digitale Kommunikation Mindestleistung (3~): 4,14 kw starre Leistungsvorgaben in 0,6-A- bzw. 2,5-A-Schritten 19

20 digitale Kommunikation (proprietär) erweiterter Informationsaustausch Modulierung von Datensignalen via LIN-Bus auf den CP-Leiter des Ladekabels Nutzereingabe durch Fahrzeug-Display oder Smartphone-App 17:00 Uhr möchte ich aber wieder nach Hause fahren! Ladesäule Ladeleistung Entladeleistung Nutzer Reservereichweite Abfahrtszeit Soll-Reichweite Elektrofahrzeug SoC max. Ladeleistung max. Entladeleistung 20

21 bidirektionales Ladegerät im Elektrofahrzeug verbaut mit freundlicher Genehmigung der German E-Cars Research & Development GmbH 21

22 intelligente fahrzeugexterne Steuerung Ladesäule Energiemanagementsystem Kommunikationsverbindung Elektrofahrzeug Nutzer 22

23 Nutzung als steuerbarer Speicher vollständige Informationen über die Nutzerwünsche und das Ladeverhalten der teilnehmenden Fahrzeuge notwendig 23

24 Problematik Residuallasten 24

25 Aggregator und zentrale übergeordnete Prozesssteuerung Smart-Grid P2G Aggregator Ladesäulenpark Microgrid P2V V2G P2H 25

26 Aggregator und zentrale übergeordnete Prozesssteuerung Überwachung, Steuerung, Regelung Summenfahrplanvorgabe für den Ladesäulenpark Archivierung der Messdaten 26

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Praxisarbeit im Projekt SCR: 27

28 Kontakt Dipl.-Ing. Erik Blasius Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Lehrstuhl Energieverteilung und Hochspannungstechnik (EVH) Lehrgebäude 3E, Raum 1.18 Siemens-Halske-Ring Cottbus Germany Telefon: +49 (0) Fax: +49 (0)