Lösungen für die Elektromobilität

Die Lösung des globalen Energieproblems gilt als zentrale Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Im Verkehrssektor spielt der Ausbau der Elektromobilität eine maßgebliche Rolle und die Nachfrage an Elektroautos steigt rasant. Kernelement der Elektromobilität ist eine gut ausgebaute Lade-Infrastruktur. So sollen laut dem "Masterplan Ladesäuleninfrastruktur", beschlossen vom Bundeskabinett, in Deutschland bis 2030 insgesamt eine Million öffentlich-zugängliche Ladepunkte zur Verfügung stehen. Zusätzlich zur öffentlichen Lade-Infrastruktur werden auch Ladestationen und Wallboxen im privaten Sektor gefördert.

Als erfahrener Anbieter von Stromversorgungslösungen bietet EMTRON seinen Kunden einen umfassenden Design-In Support und verfügt bereits über eine Vielzahl von Produkten, die speziell für die Anwendung in Ladestationen entwickelt wurden, um die Herausforderungen der neuesten Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge zu meistern. 

Anforderungen an die Stromversorgung in Ladestationen

 

Verschiedene Arten von Ladestationen 

Ladestationen werden hauptsächlich in AC-Ladestationen und DC-Ladestationen unterteilt (siehe Abb. 1). AC-Ladestationen liefern Wechselstrom an das Bordladegerät des Fahrzeugs und können nochmals unterteilt werden in AC Level 1 und AC Level 2 Ladestationen. In DC-Ladestationen wird die Umwandlung von Wechsel- auf Gleichstrom bereits in der Ladestation vollzogen und das Batteriemanagementsystem des Autos direkt mit Gleichstrom versorgt. Hierdurch kann die Leistung deutlich erhöht und somit die Ladezeit deutlich verkürzt werden.

Level 1 Ladestationen (AC)

AC Level 1 Ladestationen werden oft als Standardladegerät mit dem neuen Elektrofahrzeug mitgeliefert und können über die normale Haushaltssteckdose betrieben werden (siehe Abb. 2). Der Installationsaufwand ist somit gering, die Ladezeit jedoch entsprechend lang. Für eine Reichweite von 160 km muss mit einer Ladezeit von 20 bis 25 Stunden gerechnet werden.

Level 2 Ladestationen (AC)

AC Level 2 Ladestationen sind in der Regel kleine Stromladesäulen oder Wallboxen, die flexibel installiert werden können und je nach Fahrzeug durchschnittlich 2-8 Stunden für eine Vollladung benötigen. Sie eignen sich sehr gut für kleine Elektrofahrzeuge, die vor allem in Privathaushalten, aber auch in Fuhrparks, Einkaufszentren, Büros und anderen gewerblichen Bereichen geladen werden (siehe Abb. 2). 

Level 3 Ladestationen (DC)

Die DC-Ladestationen liefern Gleichstrom direkt an das Elektrofahrzeug und sind in der Regel in der Lage, die Batterie innerhalb von 30 Minuten auf 80 % des Ladezustands aufzuladen. DC-Ladestationen eignen sich für das schnelle DC-Laden von privaten Elektrofahrzeugen, Elektrobussen, Hybridbussen, Taxis, technischen Fahrzeugen usw. geeignet und werden meist an öffentlichen Plätzen und an Arbeitsplätzen eingesetzt (siehe Abb. 3).

Aufbau AC-Ladestation

Aufbau DC-Ladestation

Was sind die Anforderungen an AC/DC-Stromversorgungen für EV-Ladestationen?

Kompakte und zuverlässige AC/DC-Stromversorgungen sind sowohl für das Steuersystem der AC-Ladestation als auch für die DC-Ladestation entscheidend. 

Bei der Auswahl von Stromversorgungen für EV-Ladestationen sind verschiedene Anforderungen von entscheidender Bedeutung 

  • Hohe Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsschwankungen, Stoßspannungen und Surge-Spannungen
  • Hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturschwankungen 
  • Witterungsfest gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit
  • Weitere spezifische Anforderungen je nach Art der ausgewählten Ladestation

Wenn Ladestationen im Freien betrieben werden, gibt es innerhalb eines Jahres große Temperaturschwankungen zwischen den verschiedenen Jahreszeiten. Die verwendeten Netzteile sollten somit mindestens einen Arbeitstemperaturbereich von -30° C bis +70° C aufweisen. Für den Schutz vor dem Einfluss hoher Luftfeuchtigkeit ist ein vergossenes Design oder Conformal Coating zu empfehlen. Außerdem können widrige Umgebungsbedingungen starke elektromagnetische Störungen mit sich bringen. Für das eingesetzte Netzteil empfiehlt sich daher eine Festigkeit gegenüber Surge-Spannungen von wenigstens 2 kV / 1 kV. Vor allem bei AC Level 2 Stationen ist die Stoßspannungsfestigkeit nach Überspannungskategorie OVC III zusätzlich ein wichtiges Kriterium.

Für den globalen Einsatz in Ländern mit unterschiedlichen Versorgungsnetzen, ist ein weiter Eingangsspannungsbereich des Netzteils Pflicht. Um zusätzliche Spannungsschwankungen und Überspannungen abzufangen, werden Netzteile mit einem erweiterten Eingangsspannungsbereich von 85 V AC bis 305 V AC entwickelt. So können die Ladestationen den normalen Betrieb aufrechterhalten, selbst wenn in einem unsauberen Netz Spannungsschwankungen auftreten.


Stromversorgungslösungen für Ladestationen und Elektroautos

Mit unserem Partner MORNSUN bieten wir Ihnen AC/DC-, DC/DC-, RS485/CAN-Transceiver-Module sowie IGBT-Treiber (SiC/GaN) für den Einsatz in Ladestationen und Batteriemanagementsystemen. Diese sind speziell konzipiert, um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen. Zum Beispiel bieten die gekapselten AC/DC-Wandler der LD-R2-Serie (3 W bis 90 W) bei kompakter Bauform einen weiten Eingangsspannungsbereich von 85-305 V AC. Der hohe Wirkungsgrad von bis zu 90 % in Verbindung mit dem erweiterten Arbeitstemperaturbereich von -40° C bis +85° C bietet eine hohe Zuverlässigkeit selbst unter rauen Bedingungen. Außerdem punkten sie durch die Überspannungskategorie OVC III (ab 10 W). 

  • Weiter Arbeitstemperaturbereich für Automotive-Applikationen
  • Hohe Isolationsspannung
  • Hohe Zuverlässigkeit
  • AEC-Q100 approved (DC/DC)
  • IATF 16949 compliant (DC/DC)
  • OVC III
Persönliche Beratung
Gerne beraten wir Sie persönlich unter