Ladeinfrastruktur InnoZ/ BeMobility

Innovationszentrum für Mobilität und gesellschaftlichen Wandel Ladeinfrastruktur InnoZ/ BeMobility Ladeverfahren, Steckerversionen und installierte Infrastruktur auf der BeMobility Plattform elektromobilität Stand: Juni 2011

Übersicht Thema Seite Grundlagen Elektrizität 3 Ladeinfrastruktur InnoZ/ BeMobility Plattform 7 Ladeverfahren und Steckersysteme 13 Fahrzeuge 17 2

Elektrizität - Wichtige Kenngrößen Elektrischer Strom Strom: Stromstärke: Einheit: Bewegung von Ladungsträgern Beispiel: Elektronen/ Ionen Ladungsträger pro Zeiteinheit Ampere (A) Elektrische Spannung Spannung Einheit: Arbeit, die nötig ist um elektrische Ladung zu übertragen Volt (V) Elektrische Leistung Leistung: Einheit: Elektrische Arbeit Wattstunde: Einheit: Elektrische Energie pro Zeit Produkt aus Stromstärke und Spannung Watt (W) Energie die mit einer bestimmten Leistung in einer Stunde aufgenommen oder abgegeben werden kann Leistung pro Zeit (Bsp: 16 kwh => 16 kw Leistung für 1h) Wattstunde (Wh) 3

Batterieladung über Wechsel- und Gleichstrom Wechselstrom (AC) Wechsel- und Gleichstrom Wechselstrom [AC]: Strom ändert Richtung regelmäßig Beispiel: Haushaltsstrom (Steckdose) Gleichstrom [DC]: AC= alternating current Strom ändert Stärke und Richtung nicht Beispiel: Batterie DC= direct current Energiespeisung der Fahrzeugbatterie erfolgt immer über Gleichstrom Gleichstrom (DC) Wechselstrom wird mittels eines Gleichrichters im Fahrzeug in Gleichstrom gewandelt Der Gleichrichter im Auto ist aus Kosten-, Gewichts- und Platzgründen nur für begrenzte Ströme ausgelegt Für Schnellladungen ab ca. 240 V und 75 A ist es daher günstiger, den Gleichrichter in die Ladesäule zu integrieren 4

Elektrizität - Strom- Wasser Analogie Der Stromkreislauf lässt sich vereinfachend analog zum Wasserkreislauf erklären + - Stromfluss = Wasserfluss Stromkabel = Wasserrohr Elektromotor = Turbine Stromstärke (A) = Wassermenge (L/Zeit) Spannung (V) = Wasserdruck (bar) Energiespeicher (kwh) = Badewanne (l) 5

Einflussfaktoren der Fahrzeugladung Infrastruktur Verbindung Fahrzeug Ladeverfahren Leistungspotenzial des Netzes und der Ladesäule Abhängig von Bauart und Anschlussmöglichkeiten Leistungspotenzial Kabel und Stecker Abhängig von Hersteller/ Typ Abhängig von Möglichkeiten zu Strom und Informationsübertragung Leistungspotenzial Fahrzeug Abhängig von Hersteller und unterstützter Technik Volle Potenzialnutzung nur bei Kompatibilität der Systeme möglich Leistungspotenzial hängt von schwächster Komponente ab Komponenten determinieren Ladeverfahren und -geschwindigkeit 6

Ladeinfrastruktur InnoZ/ BeMobility Plattform Ca. 30 nutzbare Ladepunkte im Innen- und Außenbereich der BeMobility Plattform Unterschiedliche Säulenhersteller und Betreibermodelle Möglichkeit zur Nutzung lokal gewonnener regenerativer Energie durch Solarpanel Perspektivisch: Smart Grid Modelle und Netzeinspeisung der Solarenergie 8

Ladeinfrastruktur Plattform RWE Smart Box IEC Typ 2 400 V (AC), 32 A Vattenfall Box Schuko 230 V (AC), 16 A DB Energie Schuko 230 V (AC), 16 A Vattenfall Box Schuko 230 V (AC), 16 A Vattenfall IEC Typ 2 400 V (AC), 32 A Vattenfall IEC Typ 2 400 V (AC), 32 A Vattenfall Box IEC Typ 2/ Schuko 400 V (AC), 16 A Schneider Electric EVPlug 500 V (AC), 32 A Vattenfall Box Schuko 400V (AC), 16 A Leistungsprofil 9 Ladepunkte innerhalb der BeMobility Plattform Davon 5 Ladepunkte für Ladeverfahren nach Mode 3 (bis 500V, 32 A, Informationstransfer etc.) 9

E-Bikes E-Bikes E-Bikes E-Bikes E-Bikes E-Bikes E-Bikes E-Bikes Ladeinfrastruktur Ladesäulenpark Vattenfall II IEC Typ 2/ Schuko 400 V (AC), 32 A Vattenfall I CEE+/Schuko 400 V (AC), 32 A Anschlüsse IEC-Typ 2 400 V (AC), 32 A Anschlüsse IEC-Typ 2 400 V (AC), 32 A RWE Combi-Station 400 V (AC), 32 A ca. 500 V (DC), 100 A RWE Smart- Station IEC-Typ 2 400 V (AC), 32 A DB-Energie IEC-Typ 2 Schuko 400 V (AC), 32 A EP - Slave IEC-Typ 2/Schuko 400 V (AC), 32 A EP - Master IEC-Typ 2 /Schuko 400 V (AC), 32 A Solon Mover 50m² Solarfläche 7,5 kw Leistung 150 kwh Batterie Noch in Planung Bereits installiert Gesamtkapazität: 21 Ladepunkte 20 Ladepunkte mit Kapazität bis 400V AC, 32 A Drehstrom 1 Ladepunkt für Schnellladung bis 500 V DC Gleichstrom 10

DB-Energie Ladesäule Technische Daten: Stromanschluss: 400 V AC, dreiphasig, 63 A Ausgangsleistung: 230 V AC,16 A, einphasig 400V AC, 32 A, dreiphasig Anzahl Ladepunkte: 2 Anschluss: IEC-Typ-2 Schuko Hersteller: Mennekes Bauweise: Modulsystem Ladeverfahren: Mode 3 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per RFID-Karte Kommunikation mit Fhrzg. über Ladekabel Kommunikation mit Control Center über GSM Smart Grid/ Vehicle to Grid-Fähigkeit 11

RWE Smart Station Technische Daten: Stromanschluss: 400 V AC, dreiphasig, 63 A Ausgangsleistung: Drehstrom: 400V AC, 32 A /16 A Steckdosen: 2 Anschluss: IEC-Typ-2 (Mennekes) Ladeverfahren: Mode 3 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per Plug & Charge, Internet oder Hotline Kommunikation mit Fhrzg. über Ladekabel Kommunikation mit Control Center über GSM Ausgelegt für flexible Stromtarife Smart Grid/ Vehicle to grid- Fähigkeit 12

RWE - Smart Box Technische Daten: Stromanschluss: 400 V AC, dreiphasig, 63 A (44 kw) Ausgangsleistung: Drehstrom: 400V,dreiphasig, 32 A Wechselstrom: 230 V, einphasig 16 A Steckdosen: 1 Anschluss: IEC-Typ-2 (Mennekes) Ladeverfahren: Mode 3 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per Plug & Charge, Internet oder Hotline Kommunikation mit Fhrzg. über Ladekabel Kommunikation mit Control Center über GSM Ausgelegt für flexible Stromtarife Smart Grid/ Vehicle to grid- Fähigkeit 13

RWE - Combi-Station Technische Daten: Stromanschluss: Ausgangsleistung: Anzahl Ladepunkte: Anschluss: Ladeverfahren: 400 V AC, dreiphasig, 125 A Drehstrom: 400V AC, 32 A Wechselstrom: 230 V, 16 A Gleichstrom: 400 V, 125 A (50kW) 2 (1 x AC und 1 x DC) IEC-Typ-2 (Mennekes) JARI Level III gemäß CHAdeMO Mode 3, Mode 4 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per Plug & Charge, Internet oder Hotline Kommunikation mit Fhrzg. über Ladekabel Kommunikation mit Control Center über GSM Vor-Ort Bezahlung über EC- und Mobile Payment Smart Grid/ Vehicle to grid- Fähigkeit 14

Vattenfall Station Typ I Technische Daten: Stromanschluss: 400 V AC Ausgangsleistung: Drehstrom: 400V AC, 32 A Wechselstrom: 230 V AC,16 A Anzahl Ladepunkte: 1 Anschluss: CEE+ Schuko Hersteller: Britze und Kienzle Bauweise: Komplettsystem Ladeverfahren: Mode 2 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per RFID-Karte Abrechnung über Rechnung nach Authentifizierung 15

Vattenfall Station Typ II Technische Informationen Stromanschluss: 400 V AC Ausgangsleistung: 2 x Drehstrom: 400V AC, 32 A 2 x Wechselstrom: 230 V AC,16 A Anzahl Ladepunkte: 2 Anschluss: IEC-Typ 2 (Mennekes) Schuko Hersteller: Mennekes Bauweise: Komplettsystem Ladeverfahren: Mode 3 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per RFID-Karte Abrechnung über Rechnung nach Authentifizierung Kommunikation mit Fhrzg. über Ladekabel Kommunikation mit Control Center über GSM Smart Grid/ Vehicle to grid- Fähigkeit 16

Vattenfall Ladebox Typ II Technische Daten: Stromanschluss: 400 V AC, dreiphasig, 63 A (44 kw) Ausgangsleistung: Drehstrom: 400V,dreiphasig, 32 A Wechselstrom: 230 V, einphasig 16 A Steckdosen: 1 Anschluss: IEC-Typ-2 (Mennekes) Hersteller: Mennekes Ladeverfahren: Mode 3 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per RFID Kommunikation mit Fhrzg. über Ladekabel Kommunikation mit Control Center über GSM Smart Grid/ Vehicle to Grid- Fähigkeit 17

Vattenfall Ladesäule EMKEP Projekt Technische Daten: Ausgangsleistung: 400V, 16 A Steckdosen: 1 Anschluss: IEC-Typ-2 (Mennekes) Hersteller: Greenlots Ladeverfahren: Mode 3 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per RFID Kommunikation mit Fhrzg. über Ladekabel Kommunikation mit Control Center über GSM 18

Energieparken Master-Satellit-System Kombinationsgerät aus Parkscheinautomat und Ladesäule Technische Daten: Stromanschluss: 400 V AC, dreiphasig, 63 A Ausgangsleistung: Drehstrom: 400V AC, 32 A Wechselstrom: 230 V AC,16 A Anzahl Ladepunkte: 2 (mit bis zu 4 versch. Steckertypen) Anschluss: 400/230 V 32/16 A IEC-Typ 2 230 V 16 A Schukosteckdose 230 V 16 A CEE Steckdose Hersteller: Schroff Bauweise: Modulsystem Ladeverfahren: Mode 3 möglich Informationstransfer: Authentifizierung nicht benötigt, jedoch möglich per RFID Datenübertragung über GSM 3G möglich (nicht installiert) Direktzahlung (Bargeld, EC-Karte, Kreditkarte) möglich 19

Schneider Electric Technische Daten: Ausgangsleistung: Drehstrom: 500V AC, 32 A Wechselstrom: 230 V AC,16 A Anzahl Ladepunkte: 1 Anschluss: EVPlug Hersteller: Schneider Electric Bauweise: Modulsystem Ladeverfahren: Mode 3 möglich Informationstransfer: Authentifizierung per RFID-Karte Kommunikation mit Fhrzg. über Laekabel Datenübertragung über GSM 3G, GPRS 20

SOLON Solare Ladestation Technische Daten: Aufbau: Größe: 12 Photovoltaikmodule Ca. 50 m² Fläche Ausrichtung: 2-achsig gelagert - Mehrertrag ca. 30% Stromerzeugung: Anschluss: Batterie: Bauart: 12 x 625 W = 7,5 kw Bis zu 8 Ladestellen Bleisäure-Batterie Zusammensetzung: 72 Zellen á 2 kwh (2 V, 1000 Ah) Gesamtgewicht: Ca. 6t (Komplettgewicht: ca. 20t) Kapazität: Funktion: Kapazitäten: ca. 150 kwh Speichert Energie sobald mehr Energie erzeugt wird als benötigt Batteriekapazität reicht für ca. 6-7 E-Fahrzeuge (16kWh) Gleichzeitige Ladung von bis zu 4 Fhrzg. möglich 21

SOLON Solare Ladestation Solapanel Energiespeicher Wechselrichter Einspeisung Nutzung von Solarenergie Solar erzeugte Energie wird in stationärem Energiespeicher gespeichert (150 kwh) Ladepunkte ermöglichen zeitgleiches Laden von bis zu 4 Fahrzeugen Energie der integrierten Batterie reicht für die Ladung von bis zu 7 Elektroautos (16kWh) Perspektivisch: Einspeisung von überschüssiger Energie in das allg. Stromnetz 22

Spannung (Volt) Stromstärke (Ampere) Leistungspotenzial Ladesäulen Max. Leistung Ladesäulen EUREF 500 400 300 200 100 0 500 500 400 400 400 400 400 32 32 32 32 32 32 125 140 120 100 80 60 40 20 0 Spannung Stromstärke * RWE Combi Station, Gleichstrombetrieb 23

Ladeverfahren Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Ladung über Haushaltsstrom mit 230 V, 16 A (50Hz) Einfache Stecker (Schuko) geringe Schutzvorschriften Keine Kommunikation Fhrzg. - Ladestation Ladung mit Wechselstrom mit bis zu 480 V, 32 A Spezielle Stecker (Starkstrom) Höhere Sicherheitsvorschriften Höheres Kabelgewicht, höherer Preis Ladung mit bis zu 690 V, 250 A (AC) Spezialstecker, Bsp. Mennekes, Jazaki etc. Hohes Gewicht, hoher Preis der Stecker Kommunikation zw. Fhrzg. und Station möglich Smart Grid Fähigkeit Schnellladung mit bis zu 400 A (DC) und mehren hundert Volt Spezialstecker, Bsp. CHAdeMO immer mit Station verbunden Hoher Preis f. Stecker Kommunikation zw. Fhrzg. und Station möglich Smart Grid Fähigkeit Mögliche Ladeverfahren werden in vier verschiedene Kategorien eingeteilt Die Modes sind abhängig von der Ladeleistung und Informationsübertragung 25

Steckerversionen Mennekes EV Plug Alliance Yazaki CHAdeMO Standard der europäischen Hersteller und (NPE) Stromstärken bis 250 Ampere Wechsel- und Gleichstromfähig Französisch-ital. Allianz um Schneider Electric Konsortium zur Durchsetzung eigener Steckerversion Wechselstrom bis 32 Ampere Japanischer Konzern Standard für Ladestecker der US- Hersteller Wechselstrom bis 80 Ampere möglich Japanischer Standard für Schnellladesysteme Verwendung bei Nissan, Mitsubishi, Subaru Schnellladung bis 500 V und 125 A Reiner Gleichstrombetrieb Bisher keine EU Vorgaben 26

Spannung (Volt) Stromstärke (Ampere) Stecker Potenzialvergleich Max. Leistung Stecker 600 140 500 500 500 120 400 400 400 100 300 230 250 80 60 200 40 100 0 16 32 80 63 100 125 Schuko (AC) EVPlug (AC) Jazaki (AC) Mennekes (AC) Mennekes (DC) CHAdeMO (DC) 20 0 Stromstärke Spannung 27

Fahrzeuge Toyota Prius PHEV Smart ed Citroen C-Zero Batteriegröße: ca. 5 kwh Ladung mit maximal 230 V, 16 A möglich Ladezeit: ca.90 min Ladung nur über Schuko Steckdose möglich Batteriegröße: 16 kwh Ladung mit 230 V, 16 A Ladezeit: ca. 6-8 Std. Ladung mit 400 V, 32 A Ladezeit: ca. 75 min Batteriegröße: 16 kwh Ladung mit maximal 400 V, 32 A möglich Ladezeit: ca. 75 min. Schnellladung mit 500 V, 125 A Gleichstrom möglich Ladezeit (80%): ca. 15 min Effektive Ladung möglich 29

Fahrzeuge - Toyota Prius PHEV Technische Daten: Fahrzeugkonzept: Plug-In-Hybrid-Fahrzeug Batterie: ca. 5 kwh (Lithium Ionen) Batterieleistung: 60 kw Elektrische Reichweite: ca. 20 km Gesamtreichweite: ca. 700 km Ausgerüsteter Stecker: Yazaki (Fahrzeugseitig) Schuko (Ladesäule) Mögliche Ladeleistung: 230 V AC,16 A, einphasig Ladezeit: ca. 90 min Sonstiges: Anzahl Fahrzeuge: 10 Fahrzeuge im BeMobility Projekt 30

Fahrzeuge - Smart electric drive Technische Daten: Fahrzeugkonzept: Batterie: Batterieleistung: Reichweite: Ausgerüsteter Stecker: Mögliche Ladeleistung: Ladezeit: Elektrofahrzeug 16,5 kwh (Lithium Ionen) 30 kw ca. 130 km IEC Typ 2 (Fahrzeugseitig) IEC Typ 2 oder Schuko (Ladesäule) 230 V,16 A, einphasig 400 V, 32 A dreiphasig ca. 6-8 Std. Sonstiges: Anzahl Fahrzeuge: 5 Fahrzeuge im BeMobility Projekt 31

Fahrzeuge - Citroen C-Zero Technische Daten: Fahrzeugkonzept: Batterie: Batterieleistung: Reichweite: Ausgerüsteter Stecker: Mögliche Ladeleistung: Ladezeit: Elektrofahrzeug 16,5 kwh (Lithium Ionen) 47 kw ca. 150 km Yazaki und CHAdeMO (Fahrzeugseitig) IEC Typ 2 und Yazaki (Ladesäule) 230 V,16 A, einphasig 400 V, 32 A dreiphasig 30 min (Schnellladung) bzw. 6 Std. (Normalladung) Sonstiges: Anzahl Fahrzeuge: 10 Fahrzeuge im BeMobility Projekt 32

Fahrzeuge MINI E Technische Daten: Fahrzeugkonzept: Batterie: Batterieleistung: Reichweite: Ausgerüsteter Stecker: Mögliche Ladeleistung: Elektrofahrzeug 35 kwh (Lithium Ionen), davon ca. 28 kwh nutzbar 150 kw ca. 150 km MINI E(Fahrzeugseitig) IEC Typ 2 (Ladesäule) 230 V,12 A, einphasig 400 V, 32 A dreiphasig Ladezeit: ca. 10 Std. (12 A) Sonstiges: ca. 4 Std. (32 A) Anzahl Fahrzeuge: 10 Fahrzeuge bis September im BeMobility Projekt 33