07.12.2020
Für die Konformitätsbewertung von Ladeeinrichtungen im Anwendungsfall der E-Mobilität ist es unter anderem notwendig, die abgegebene Energiemenge zu bestimmen. Dieser Wert wird anschließend mit der von der Ladeeinrichtung gemessenen Menge verglichen und bewertet.
Das im Labor übliche Phantomverfahren mit synchronisierten und potenzialgetrennten Strom- und Spannungspfaden, bei dem die erzeugte Leistung nicht von einem Verbraucher in Wärme umgesetzt wird, kann hier jedoch nicht angewendet werden. Die Notwendigkeit diese realen Leistungs- und Energieflüsse zu erzeugen, zu messen und auch aufzunehmen, hat zum Aufbau von zwei neuen Messplätzen für Ladesäulen mit Wechsel- (AC) und Gleichspannungsbetrieb (DC) in der PTB motiviert.
Die zu untersuchenden Ladeeinrichtungen arbeiten als Quellen, deren abgegebene Energiemenge von einem internen Elektrizitätszähler (Messergebnis der Ladesäule) erfasst wird. Zur Prüfung wird am Ende der Ladeleitung (Übergabepunkt) die Energiemenge mittels eines rückgeführten Leistungsanalysators erfasst. Der Messpunkt befindet sich somit an der Stelle, wo sich üblicher Weise das Inlet des E-Fahrzeugs befinden und der Eigentumsübergang der Energie erfolgt.
Bild: Skizze eines Ladevorgangs eines Elektromobils mit der Ladesäule als DUT („Device under Test“, Prüfling)
Auftretende Leitungsverluste werden mit diesem Verfahren messtechnisch korrekt berücksichtigt. Anstelle eines zu ladenden E-Fahrzeugs werden bei der Prüfung elektronisch steuerbare Lasten an die Ladesäule angeschlossen, damit sich der entsprechende Leistungs- und Energiefluss einstellt. Aufgrund der Rückspeisefähigkeit der elektronischen Last wird die von der Ladesäule abgegebene Energie in das 400 V Versorgungsnetz mit einem Wirkungsgrad > 90% zurückgespeist.
Am neu aufgebauten Gleichstrom-Messplatz der PTB werden derzeit drei 15 kW Module verwendet, welche als Batteriesimulator arbeiten. Die maximal mögliche Leistung von 45 kW kann dabei über Stromstärken bis zu 90 A und Spannungen bis zu 1500 V erzeugt werden. Eine Erweiterung um weitere Module zur Steigerung der Maximalleistung ist geplant, gestaltet sich aufgrund der aktuellen baulichen Gegebenheiten jedoch herausfordernd.
Der neue Wechselstrom-Messplatz nutzt eine 3-phasige Last mit einer maximalen Leistung von 27 kVA. Mit dieser können je Phase Stromstärken bis zu 40 A und Spannungen bis zu 480 V aufgenommen werden. Diese Werte können, ebenso wie der Phasenwinkel, für jede Phase frei parametriert werden.
Die beiden neuen Messplätzen ermöglichen damit die Durchführung der Konformitätsbewertung von Ladeeinrichtungen mit einstellbaren Arbeitspunkten, sowie die Simulation von idealisierten oder vorher aufgezeichneten realen Ladevorgängen.