Paralleles Laden von E-Mobilen

Die Herausforderung

An der Technischen Hochschule Bingen (THB) wurden an zehn Ladestellen E-Mobile parallel geladen. Unter anderem war von Interesse, Ladeströme und deren Auswirkung auf das THB-Netz zu messen; Taktfrequenzen und deren Verteilung im Netz zu ermitteln und Netz-Unsymmetrien zu bewerten. Die Auswertung ergab, dass Normverletzungen in geringem Maße aufgetreten sind (d.h. die Stromqualität hat sich in den letzten Jahren verbessert), dass bei der Spannungsqualität in Zukunft genauer hingeschaut werden muss und dass die Ladeelektronik verbessert werden sollte. Die Studie »Power Quality in der Elektromobilität« aus dem Jahre 2013 ergab, dass rund ein Viertel aller in diesem Projekt gemessenen E-Mobile unzulässige Oberschwingungsströme während der Ladevorgänge erzeugten [1].

Einleitung

Heutzutage hat die Ladetechnik in den E-Fahrzeugen deutlich an Qualität zugenommen. Grenzwertüberschreitungen sind wesentlich geringer geworden. Die weiterhin am häufigsten auftretende, nicht eingehaltene Anschlussbedingung ist die Unsymmetrie beim einphasigen Laden von Elektrofahrzeugen. Zum Teil werden hier einphasige Ladeleistungen bis zu 7 kW erreicht. Bei Serien-E-Mobilen treten fast keine Normverletzungen auf, außer wenn die Ladeelektronik defekt ist. Die größten Oberschwingungsströme treten bei umgebauten E-Mobilen auf. Diese entstehen, wenn einfache Gleichrichterschaltungen aus Dioden mit kapazitiver bzw. induktiver Glättung im DC-Kreis eingesetzt werden. Mit der Bewertung nach den VDN-Technischen Regeln werden alle in einer Anlage relevanten Oberschwingungserzeuger bezüglich der am gemeinsamen Netzanschlusspunkt zu erwartenden Emissionen zusammengefasst. Dabei werden zum einen die einzelnen Oberschwingungsströme als auch die Gesamtheit aller Stromharmonischen über den Verzerrungsfaktor der Grundschwingung THD betrachtet. Zum Messen der Ströme und Spannungen während der Ladevorgänge werden Power Quality Analysatoren und Störschreiber der Firma A. Eberle aus Nürnberg eingesetzt. Die Abtastfrequenz der PQ-Box 200 liegt bei 40,96 kHz, so dass Frequenzen von DC bis 20 kHz erfasst werden.

Zusammenfassung

Einige E-Mobile werden einphasig mit einer Leistung von deutlich mehr als 4,6 kVA geladen, in der Messkampagne mit bis zu 7,2 kVA. Schaltfrequenzen werden von den Fahrzeugen sehr unterschiedlich stark erzeugt. Alle Fahrzeuge wirken aber wieder als Störsenke und »saugen« diese Supraharmonischen aus dem Netz ab. Alle Fahrzeuge erzeugen im Einschaltmoment eine deutliche Spannungstransiente. Dies könnte für andere Verbraucher störend wirken. Die Stromharmonischen von verschiedenen E-Mobil-Herstellern addieren sich zwar im Netz, aber nicht so stark wie bei einer linearen Addition. Alle Serienhersteller haben die Grenzwerte der Stromharmonischen bis zur 50. Ordnungszahl nicht verletzt.