Lernfeld 14 · Prüfung Teil 2

Laden von Elektrofahrzeugen

Laden von Elektrofahrzeugen: Ladebetriebsarten Mode 1 bis 4, Typ 2 und CCS, AC- und DC-Laden, CP und PP, Ladedauer und Wallbox-Installation.

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Darum geht es

Elektrofahrzeuge laden mit Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC). Beim AC-Laden wandelt das Bordladegerät im Fahrzeug den Netzstrom in Gleichstrom; seine Leistung, oft 11 kW dreiphasig, begrenzt die Ladeleistung. Beim DC-Laden steht der Gleichrichter in der Ladesäule, der Strom fließt direkt in die Batterie, und es sind weit über 100 kW möglich. Die Normreihe IEC 61851 unterscheidet die Ladebetriebsarten: Mode 1 ohne Kommunikation (bei Pkw kaum üblich), Mode 2 an Haushalts- oder Industriesteckdose mit Steuereinrichtung im Kabel, Mode 3 an der Wallbox oder AC-Ladesäule, Mode 4 beim DC-Schnellladen. In Europa ist Typ 2 der AC-Stecker, CCS (Combo 2) der DC-Stecker.

Beim Mode-3-Laden sprechen Fahrzeug und Ladestation über zwei Signalkontakte. Am Proximity-Kontakt (PP) zeigt ein Widerstand die Belastbarkeit des Kabels. Am Control-Pilot-Kontakt (CP) erkennt die Station das Fahrzeug, meldet per PWM-Signal den höchsten Ladestrom, und das Fahrzeug signalisiert Ladebereitschaft; erst dann schaltet die Station Spannung zu. Beim DC-Laden übernimmt das Batteriemanagement die Führung: Ab etwa 80 Prozent senkt es den Strom, weil die Zellen sich der Ladeschlussspannung nähern.

Die Ladedauer ergibt sich aus der nachzuladenden Energie, den Ladeverlusten und der Ladeleistung. Für eine Wallbox im Haus gelten Regeln der Elektroinstallation: je Ladepunkt eine eigene Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach DIN VDE 0100-722, und wenn die Ladeeinrichtung Gleichfehlerströme nicht selbst erkennt, Typ B oder Typ A mit Abschaltung bei Gleichfehlerströmen ab 6 mA (RDC-DD), Meldung beim Netzbetreiber und bei mehr als 12 kVA dessen Zustimmung. Die Installation führt ein Elektrofachbetrieb aus. In der Kfz-Werkstatt geht es um Diagnose: Lädt ein Fahrzeug nur an der DC-Säule, liegt der Fehler meist im AC-Pfad, etwa am Bordlader oder an Einstellungen wie dem Ladetimer.

Das solltest du dir merken

AC-Laden begrenzt der Bordlader, DC-Laden das Batteriemanagement und die Säule.
Mode 3 ist Wallbox mit Kommunikation über CP und PP.
Dreiphasig 16 A an 230 V ergibt rund 11 kW.
Ladeverluste beziehen sich auf die Netzenergie, darum durch den Wirkungsgrad teilen.
Erkennt die Wallbox Gleichfehlerströme nicht selbst, braucht sie RCD Typ B oder Typ A mit 6-mA-DC-Abschaltung.

Formeln

AC-Ladeleistung: $P = n_{Ph} \cdot U_{Str} \cdot I$; $n_{Ph}$ Zahl der Phasen, $U_{Str}$ Strangspannung 230 V, $I$ Strom je Außenleiter
Ladedauer: $t = \frac{E _{Batt}}{η \cdot P}$; $E_{Batt}$ nachzuladende Energie in kWh, $η$ Ladewirkungsgrad, $P$ Ladeleistung in kW
Energie für ein Ladefenster: $E = C \cdot \frac{SoC _{2} - SoC _{1}}{100}$; $C$ nutzbare Kapazität in kWh, SoC Ladezustand in %

Typische Fehler in der Prüfung

Ladeverluste mit 1,1 multipliziert statt durch 0,9 geteilt.
Angenommen, eine 22-kW-Wallbox lade jedes Fahrzeug mit 22 kW.
Beim DC-Laden die Ladedauer bis 100 Prozent mit der Spitzenleistung gerechnet.
Mode 2 und Mode 3 verwechselt.

Tipps aus der Werkstatt

Ladeverluste beziehen sich auf die Energie aus dem Netz: 36 kWh in die Batterie bei 10 Prozent Verlust heißt 36 durch 0,9 gleich 40 kWh aus dem Netz, nicht 36 mal 1,1. Und eine 22-kW-Wallbox lädt nicht schneller, wenn der Bordlader nur 11 kW kann.

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14 Aufgaben zu „Laden von Elektrofahrzeugen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Kraftfahrzeugmechatroniker/-in, Lernfeld 14 (Systeme und Komponenten aus-, um- und nachrüsten). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.