30.11.2021
An Ladepunkten für Elektrofahrzeuge außerhalb von Laboratorien stellt die Messung der abgegeben und anschließend abgerechneten Energiemenge für die Energiemesstechnik eine besondere Herausforderung dar. Grund ist, dass das Messsystem und der Ladepunkt sich sowohl bezüglich Umwelt- als auch elektrischer Einflussfaktoren in einem nur eingeschränkt kontrollierten Bereich befinden.
Insbesondere variieren die Umweltbedingungen über den Jahresverlauf und bewirken damit Einflüsse auf das Mess- und Abrechnungssystem, die eingeschätzt werden müssen und im Labor erprobt werden können. Bezüglich der rein elektrischen Einflussfaktoren muss dazu noch berücksichtigt werden, dass sich mit jedem neuen Elektrofahrzeug die Last und deren Eigenschaften ändern. Eine Schwierigkeit für die Messtechnik besteht auch darin, dass die Anzahl verschiedener Fahrzeuge mit unterschiedlichen Ladecharakteristiken stetig zunimmt. Dies betrifft primär die Werte für Strom und Spannung und die daraus resultierende Ladeleistung. Allerdings kann die Leistungselektronik des Fahrzeugs auch einen Einfluss auf die Signalformen der Strom- und Spannungsverläufe haben, die von dem in der Ladeeinrichtung verbauten Elektrizitätszähler erfasst und zur Bildung der abzurechnenden Energiemenge genutzt werden. Zum Sammeln weiterer Erfahrung und zur Erweiterung des Datenpools verschiedener Ladevorgänge sowie derer elektrischer Eigenschaften wurden Wechselspannungs-(AC-)Ladevorgänge auf dem PTB-Gelände aufgenommen und untersucht. Berücksichtigt wurde dabei auch die Verwendung von Wallboxen an unterschiedlichen Stellen der Netztopologie, welche ebenfalls einen Einfluss auf die Netzqualität nehmen kann.
Dazu wurde das im Bild gezeigte Messsystem verwendet. Es wird in der Ladestrecke zwischen der AC-Wallbox und dem Elektrofahrzeug eingefügt und enthält neben einem konformitätsbewerteten Elektrizitätszähler Anschlüsse zur Ankopplung eines rückgeführten Leistungsanalysators. Dieser nimmt Spannungs-, Strom-, Leistungs- und Energieverläufe auf. Zusätzlich werden auch regelmäßig zeitlich begrenzte Signalverläufe aufgezeichnet, sodass von den unterschiedlichen Ladezuständen eines Elektrofahrzeugs zeitlich hochaufgelöste Spannungs- und Stromwerte zur Verfügung stehen. Im späteren Verlauf wertet eine Auswerteeinheit diese Signalverläufe bezüglich der spektralen Anteile aus und trifft dadurch Aussagen, welche Signalformen und Frequenzanteile außerhalb des Labors auftreten und damit vom Elektrizitätszähler der Ladeeinrichtung korrekt erfasst werden müssen. Diese Validierung der Konformitätsbewertungsprüfungen und der normativen Vorgaben zusammen mit den Vorkommnissen bei realen Ladevorgängen ist wichtig, damit Kunden auch zukünftig trotz der hohen Varianz der Messbedingungen von konformitätsbewerteten Ladeeinrichtungen korrekt gemessene und abgerechnete Energiemengen erhalten.
Bild: Messsystem zur metrologischen Charakterisierung von AC-Ladevorgängen an Elektrofahrzeugen.
Fachbereich 2.3 „Elektrische Energiemesstechnik“