Infrastructuurcomponenten voor elektromobiliteit

Transcriptie

1 Infrastructuurcomponenten voor elektromobiliteit Voor zekerheid in elektromobiliteit.

2 De kwaliteit van een product wordt bepaald door zijn componenten. Infrastructuurcomponenten voor veilige elektromobiliteit. 2

3 Inhoudsopgave Informatie Componenten voor elektromobiliteit. Verklarende woordenlijst...4 Normering en standaardisatie...5 Verschillende laadmodi Basiscommunicatie met het voertuig...8 Eén norm drie systemen...9 Het MENNEKES ontwerp (Type 2)...10 De oplossing voor u...11 MENNEKES laadkabels...12 MENNEKES componenten voor laadstations

4 Verklarende woordenlijst CP Control Pilot, aanduiding van het contact / ader, waarover de communicatie-informatie overgedragen wordt Begrippen. Afkortingen. CP-Box of CP-communicatiebox MENNEKES aanduiding voor de PWM-module Voor de verschillende componenten gebruiken we de gebruikelijke terminologie uit de norm. Bedrijfsspecifieke termen voor componenten kunnen voorkomen en kunnen naast de in de norm gespecificeerde functionaliteit ook nog extra functies behelzen. EVSE ICCB Modus 1-3 PRCD PRCD-S Electric Vehicle Supply Equipment, internationale aanduiding van het laadstation voor het laden van elektrische voertuigen Incable Control Box, bestaat uit SPE-PRCD en PWM-module (of CP-Box) Verschillende wijzen van laden, welke zich onderscheiden in maximaal laadvermogen en in de communicatiemogelijkheden met het voertuig Portable Residual Current Device, mobiele aardlekschakelaar Portable Residual Current Device-Safety, mobiele aardlekschakelaar met toegevoegde aardleidingherkenning en -bewaking Proximity / PP Proximity contact of Plug Present Contact voor het vast l eggen van het maximale laadvermogen van de laadkabel en activering van de wegrijdblokkade PWM Pulsbreedtemodulatie. Wijze van overdracht van de communicatie-informatie (communicatieprotocol) PWM-module SPE-PRCD Module van de ICCB (bij modus 2 laden) dan wel van het laadstation (bij modus 3 laden) voor communicatie met het voertuig Switched Protective Earth-Portable Residual Current Device = verplaatsbare, afschakelbare foutstroomapparatuur, ter verhoging van de veiligheid Weerstandcodering De laadkabels hebben een weerstandcodering. Deze wordt gebruikt door het laadpunt, om de laadstroom tot de maximaal toelaatbare stroom van de laadkabel te begrenzen 4

5 Normering en standaardisatie Overzicht van de belangrijkste normen Veranderingen in de norm van de tweede generatie IEC :2003 Momenteel in nabewerking. Stekkers, contactdozen, voertuigcontactmateriaal en voertuigstekker het laden van elektrische voertuigen deel 1: laden met kabel van elektrische voertuigen t/m 250A wisselstroom en 400 A gelijkstroom. Voldoet aan EN :2003 en VDE 0623 deel 5: IEC Komt momenteel tot stand. Stekkers, contactdozen, voertuigcontactmateriaal en voertuigstekker het laden van elektrische voertuigen deel 2 2: eisen en gradaties voor de uitwisselbaarheid van pen en buscontactmateriaal, versie juli 2009, ook gepubliceerd als VDE AR E : IEC :2001 Momenteel in bewerking. Elektrische uitrusting van elektrovoertuigen conductieve laadsystemen voor elektrovoertuigen deel 1: algemene eisen. Voldoet aan EN :2001 en VDE 0122 deel 1: IEC :2002 Momenteel in nabewerking. Elektrische uitrusting van elektrovoertuigen conductieve laadsystemen voor elektrovoertuigen deel 2 1: eisen van een elektrovoertuig voor conductieve connectie aan AC/DC voeding. Voldoet aan EN :2001 en VDE 0122 deel 2 1: IEC :2001 Momenteel in nabewerking. Elektrische uitrusting van elektrovoertuigen conductieve laadsystemen voor elektrovoertuigen deel 2 2: wisselstroom laadstation voor elektrovoertuigen. Voldoet aan EN :2001 en VDE 0122 deel 2 2: IEC Komt momenteel tot stand. Installeren van laagspanningsinstallaties deel 7 722: eisen voor bedrijfsterreinen, ruimtes en installaties van bijzondere soort voeding van elektrovoertuigen. Wordt naar verwachting VDE 0100 deel 722. Totdat een norm internationaal geldig is, doorloopt deze vele stappen, waarop nog aanpassingen om verschillende redenen plaatsvinden. Zo ook bij de internationale totstandkoming van de normen voor laadsystemen. Infrastructuur contactdozen en laadstekker blijven ongewijzigd. Aanwijzing Gepubliceerde normen kunnen verkregen worden bij het Nederlands Normalisatie Instituut (NEN) in Delft. Voertuigstekker en laadkoppeling volgens de actuele stand van de internationale normering. 5

6 Verschillende laadmodi Laadmodus Modus 1, Modus 2 of Modus 3? Overzicht laadmodi Laadmodus Communicatie Vergrendeling Eenfase Driefase Modus 1 geen in voertuig max. 16A 3,7 kw max. 16A 11,0 kw Verschillende laadmodi Modus 2 PWM module in laadkabel in voertuig max. 32A 7,4 kw max. 32A 22,0 kw Voor het veilig en naar behoefte laden van elektrovoertuigen worden verschillende laadmodi beschreven. Deze laadmodi onderscheiden zich enerzijds met betrekking tot de gebruikte contactdozen (beschermingscontact, CEE, laadcontactdoos), anderzijds met betrekking tot het maximale laadvermogen en bovendien in de communicatiemogelijkheden. Modus 3 Modus 1 PWM module in laadstation Voor het laden volgens modus 1 vindt de aansluiting op het energienet plaats via regulier, genormeerd contactmateriaal. De laadstroom mag maximaal 16A bedragen, echter ook niet meer dan de in voertuig en in laadcontactdoos Nennstroom van de gebruikte contactdoos. Een 16A driefase CEE contactdoos maakt een laadvermogen mogelijk van max. 11 kw. De laadtijd is hier relatief lang, door het geringe laadvermogen. max. 63A 14,5 kw max. 63A 43,5 kw Aan de voertuigzijde vindt de aansluiting plaats via een laadkoppeling volgens IEC De aan de aan sluitzijde vereiste aardlekschakelaar zorgt voor elektrische veiligheid. Laadaansluiting volgens modus 1 Laadcontactmateriaal volgens IEC CEE 16A eenfase, driefase, SCHUKO of andere landspecifieke uitvoeringen met PE contact. MENNEKES biedt geen driefase oplossing. ] [ 6

7 Modus 2 Voor modus 2 schrijft de norm een mobiel toestel voor, ter verhoging van de veiligheid (SPE_PRCD). Bovendien is er, voor de capaciteitsinstelling en om te voldoen aan de veiligheidseisen, een communicatievoorziening (PWM module) met het voertuig vereist. Beide componenten worden verenigd in de Incable Control Box (ICCB). Aan de voertuigzijde vindt de aansluiting plaats via laadcontactmateriaal volgens IEC , die gedurende het laadproces vergrendeld wordt. Laadaansluiting volgens modus 2 Laadcontactmateriaal volgens IEC Aan de netzijde wordt regulier contactmateriaal t/m 32A, driefase, gebruikt. Dit kunnen CEE contactmaterialen zijn ICCB of contactmaterialen met beschermingscontact (SCHUKO dan wel landspecifieke contactmaterialen) zijn. CEE 16A eenfase t/m 32A driefase, SCHUKO of andere landspecifieke uitvoeringen met PE contact. MENNEKES biedt geen driefase oplossing. De laadstroom bedraagt maximaal 32A en maakt een laadcapaciteit mogelijk t/m 22 kw. Modus 3 Laadaansluiting volgens modus 3 Modus 3 houdt in: het laden aan een nader omschreven laadinstallatie volgens IEC 61851, de zogenaamde Electrical Vehicle Supply Equipment (EVSE), ofwel de laadinfrastructuur. Daarbij zijn voor het laadstation PWMcommunicatie, aardlekschakelaar, installatie automaat, afschakeling, evenals een specifieke laadcontactdoos voorgeschreven. Hierbij is het laadcontactmateriaal zowel aan voertuigzijde als aan laadpuntzijde vergrendeld. Laadcontactmateriaal volgens IEC In modus 3 kan het voertuig t/m 63A driefase geladen worden. Daardoor is een laadvermogen mogelijk tot aan 43,5 kw. Modus 3 maakt het mogelijk om sneller te laden. Laadstation / Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) Afhankelijk van accucapaciteit en laadtoestand is laden in minder dan een uur mogelijk. 7

8 Basiscommunicatie met het voertuig Veiligheidscheck en laadstroombegrenzing. Al voordat het laden begint, vindt in laadmodus 2 en 3 PWM communicatie plaats naar het voertuig via de CP leiding. Er worden meerdere parameters doorgegeven en afgestemd. Pas als alle veiligheidsvoorschriften eenduidig met de eisen overeenkomen en de maximaal toelaatbare laadstroom doorgegeven is, start het laden. In het algemeen vinden deze stappen plaats: het laadstation (in modus 2 het mobiele toestel, de ICCB, in de laadkabel) controleert de aardverbinding naar het voertuig en geeft de beschikbare laadstroom door. het voertuig stelt de lader overeenkomstig in. het voertuig vergrendelt de laadkoppeling en geeft het commando om het laden te starten. het laadstation vergrendelt het contactmateriaal aan de infrastructuurzijde. Is aan alle verdere voorwaarden voldaan, dan schakelt het laadstation de laadcontactdoos in. Tijdens het laden wordt continu, via de PWM communicatie, de aardverbinding bewaakt en het voertuig heeft de mogelijk heid om de spanningsvoorziening door het laadstation af te laten schakelen. Het beëindigen van het laden en de ontgrendeling van het contactmateriaal gebeurt via een voorziening in het voertuig. Deze signalen worden via de CP leiding aan het laadstation overgedragen. Begrenzing van de laadstroom Het laadapparaat van het voertuig bepaalt de voortgang van het laden. Om te vermijden dat de laadapparatuur van het voertuig de laadcapaciteit van het laadstation of van de laadkabel overschrijdt, worden de capaciteitsgegevens van het systeem geïdentificeerd en op elkaar afgestemd. De CP box leest de capaciteitsgegevens uit de kabel uit. De capaciteitsgegevens van het laadstation zijn in de CP box vastgelegd. Voordat het laden wordt gestart, zendt de CP box middels het PWM signaal capaciteitsgegevens naar het voertuig, de lader van het voertuig wordt overeenkomstig ingesteld en het laden kan beginnen, zonder dat er een situatie van overbelasting kan plaatsvinden. Ω Laadstation Laadkabel Lader De zwakste schakel van de laadketting bepaalt de maximaal toelaatbare laadstroom: afhankelijk van de capaciteit van het laadstation en de weerstandcodering in de stekker van de laadkabel wordt de laadstroom in de lader begrensd. 8

9 Eén norm drie systemen Verschillende stellingnames. Uitgangspunt voor veilig en comfortabel laden van het voertuig op iedere plaats is naast een gedegen infrastructuur van de energieverzorging ook een eenduidig laadsysteem. Alleen zo kan de E-auto tot vervoermiddel van de toekomst uitgroeien. De internationale normen van laadapparatuur beschrijven echter in totaal drie oplossingen. Deze onderscheiden zich duidelijk van elkaar. Naast het Duitse normontwerp van MENNEKES (Type 2, ook wel de MENNEKES stekker genoemd) die door Europese autofabrikanten en energiemaatschappijen wordt geprefereerd en die ook de voertuigzijde behelst, is er nog een Japans en een Italiaans ontwerp. Alle drie de typen worden in de internationale norm IEC genormeerd, met als gevolg dat regionaal verschillende systemen toegepast kunnen worden. Het gevolg: omdat deze contactmaterialen onderling niet compatibel zijn, kan het door de verschillende aansluittechnieken een probleem worden om steeds een passende laadzuil te vinden. Om dit probleem te vermijden zullen regio s, zoals bijvoorbeeld Europa, voor één type kiezen. Deze stelling ondersteund MENNEKES met het normontwerp Type 2. Europese OEM ers hebben zich ondertussen al eenduidig voor Type 2 uitgesproken. In Nederland hebben de verantwoordelijke en betrokken instanties zich eveneens uitgesproken voor het MENNEKES normontwerp Type 2. Normontwerpen Ontwerp Type 1 ontwikkeld in Japan MENNNEKES ontwerp (Type 2) ontwikkeld in Duitsland Ontwerp Type 3 ontwikkeld in Italië Vormgeving één bouwvorm één bouwvorm drie verschillende bouwvormen Capaciteit t/m 7,4 kw t/m 32A eenfase t/m 44 kw t/m 63A één- t/m driefase t/m 22 kw t/m 32A één- t/m driefase 9

10 Het MENNEKES ontwerp (Type 2) Als innovator op gebied van industrieel contactmateriaal heeft MENNEKES een normontwerp bij de IEC ingediend. Deze was in het voorjaar van 2009 de basis van de overeenstemming van Europese energieleveranciers en autofabrikanten met betrekking tot de discussie over de laadaansluiting van elektrische auto s. proximity earth control pilot neutral Energieoverdracht in twee richtingen Het door MENNEKES ontwikkelde laadcontactmateriaal is reeds voorbereid op toekomstige eisen. Daartoe behoort ook de energieoverdracht in twee richtingen: de energie kan dan zowel van het energienet naar het voertuig worden overgedragen als van het voertuig in het energienet. L 1 L 2 L 3 MENNEKES levert open normontwerp VDE gekeurd Het normontwerp van MENNEKES voldoet aan de volgende eisen: het is geschikt voor laadstromen van 13A t/m 63A. het is geschikt voor éénfase t/m driefase aansluitingen. het maakt energieoverdracht in twee richtingen mogelijk. de datacommunicatie wordt via de control pilot (CP) en het earth (PP) contact gegarandeerd. Het MENNEKES normontwerp is de basis voor de Duitse norm VDE AR E , die als overgangsoplossing dient. Ook de internationale normen zijn gebaseerd op het MENNEKES normontwerp, deze zijn echter nog niet afgerond. De eerste laadkabels met laadstekkers en laadcontactdozen zijn succesvol door de VDE goedgekeurd. Voorbeelden van laadvermogens 230V 400V 13A 3,0 kw 9.0 kw 16A 3,7 kw 11,0 kw 20A 4,6 kw 13,8 kw 32A 7,4 kw 22,0 kw 63A 14,5 kw 43,5 kw 10

11 De oplossing voor u Welk systeem gaat het worden? Een eenduidig laadsysteem is een belangrijke factor voor de acceptatie van elektromobiliteit. De volgende factoren zijn daarbij doorslaggevend: compatibiliteit tussen de verschillende energievoorzieningen veiligheidseisen systeemkosten gebruiksgemak onderhoudskosten Laadstroom Internationaal zijn er verschillende meningen omtrent de benodigde laadstroom van de laadinrichting. Belangrijk is: meer laadstroom betekent kortere laadtijden. Het MENNEKES ontwerp (Type 2) maakt de hoogst toepasbare laadstroom van de drie systemen mogelijk, zonder nadelige gevolgen inzake kosten, gewicht of grootte. Veiligheid Het laden van elektrovoertuigen moet vooral veilig zijn. Derhalve worden verschillende veiligheidseisen vastgelegd: alle installaties voor elektrovoertuigen moeten een aardlekschakelaar hebben. modus 3 laadcontactdozen worden pas ingeschakeld als de stekker gestoken en vergrendeld is. modus 3 laadcontactdozen zijn afgeschakeld, zolang er geen communicatie met het voertuig bewerkstelligd is en zolang de aardverbinding niet gecontroleerd is. Een verhoogde aanrakingsveiligheid, zoals er in enkele Europese landen voor laagspanningscontactdozen in woningen vereist is, is niet noodzakelijk, omdat de modus 3 laadcontactdozen in ongestoken toestand altijd spanningsvrij zijn. Systeemkosten De systeemkosten worden beïnvloed door constructieve opbouw, het aantal gewenste contactdozen per laadpunt, onderhoudsvriendelijkheid en productievolume. Voor al deze situaties biedt het MENNEKES ontwerp (Type 2) voordelen: eenvoudige constructie met zo min mogelijk onderdelen. slechts één contactdoos voor alle vermogens t/m 43,5 kw / 63A. robuuste constructie minimaliseert de onderhouds en reparatiekosten. Gebruik Een stekker zonder extra mechanische bedienelementen is gebruiksvriendelijk en robuust. Bij het gebruik van of in de buurt van voertuigen is het niet uit te sluiten dat de laadkabel of de stekker overreden worden. Robuuste, ingegoten stekkers zonder bewegende delen bieden hier de grootst mogelijke zekerheid. Drievoudige zekerheid Pas wanneer aan alle volgende voorwaarden voldaan is, wordt de laadinstallatie van spanning voorzien: 1. Alle aansluitingen van de installatie zijn juist en goed aangesloten. 2. Alle aansluitingen, zowel in de auto als in de laadinrichting, zijn vergrendeld. 3. Er is een gedegen communicatie en aardverbinding. Het MENNEKES ontwerp (Type 2), die in samenwerking met Europese energieleveranciers en autofabrikanten is ontwikkeld, voldoet aan alle eisen. Is er aan één van deze voorwaarden niet voldaan, dan blijft de contactdoos spanningsloos. 11

12 MENNEKES laadkabel De juiste MENNEKES laadkabel voor alle laadmethoden. De verbinding tussen energiebron en voertuig loopt via de geschikte laadkabels. Voor de verschillende laadmodi biedt MENNEKES de volgende verschillende laadkabels aan. Voor het laden volgens modus 2 hebben de laadkabels aan de netzijde een stekker met beschermingscontact of een CEE stekker IEC A, eenfase, 230V en aan de voertuigzijde een laadkoppeling. Een ICCB (incable control box) in de modus 2 laadkabel wordt gebruikt als mobiele beveiliging, hierin is de communicatie interface naar het elektrische voertuig inbegrepen. In verbinding met een contactdoos detecteert het apparaat onafhankelijk of de stroombron onder lading staat en of er aarding (een PE contact) aanwezig is. De communicatie interface controleert ook continue de aardverbinding tussen de ICCB en de contactdoos. De geïntegreerde aardlekschakelaar in het apparaat biedt een extra bescherming voor de gebruiker tegen een elektrische schok in geval van een defect. Laden volgens modus 3 vereist specifieke laadkabels voor verschillende laadcapaciteiten. Deze laadkabels zijn in eerste instantie verkrijgbaar in de capaciteit 13A, 20A en 32A. Met behulp van weerstandcodering detecteert het voertuig de maximaal overdraagbare laadstroom en past de laadstroom overeenkomstig aan. Momenteel zijn verschillende varianten tot 32A driefase en max. 22 kw laadcapaciteit verkrijgbaar. Modus 2 laadkabel met stekker met beschermingscontact en laadkoppeling voor het voertuig. Modus 3 laadkabel volgens IEC , met aanrakingsveilige laadstekker en koppeling. 12

13 MENNEKES componenten voor laadstations Componenten op de juiste wijze gebruiken. CP communicatiebox Actorsturing Installatieautomaat / aardlekschakelaar Relais Actor Modus 3 laadcontactdoos Montagering met klapdeksel De laadcontactdoos voor modus 3 laden is eigenlijk slechts één component van een laadsysteem. Hij kan alleen in combinatie met andere, voor een veilig functioneren noodzakelijke, componenten gebruikt worden. In de minimale configuratie moeten modus 3 laadstations de volgende componenten bevatten: beveiligingen zoals aardlekschakelaar en installatieautomaat. relais om de laadaansluiting af te schakelen van de voeding. CP communicatiebox voor de communicatie met het voertuig omtrent de laadparameters en de bewaking van de aansluiting. de actor als onderdeel van de contactdoos voor de vergrendeling oftewel de vrijgave van de stekker in de contactdoos. actorsturing voor het aansturen van de vergrendeling van de infrastructuurcontactdoos in verbinding met de CP box. Alleen bij MENNEKES met geïntegreerde ontgrendelfunctie bij stroomuitval. modus 3 contactdoos voor het aansluiten van de laadkabel. montagering met klapdeksel om de vereiste IP beschermingsgraad te garanderen (tenminste IP 44). 13

14 Infrastructuurcomponenten voor elektromobiliteit Laadkabel en infrastructuurcomponenten. 14