DC-Laden – Sicher mit Isolationsüberwachung

Der Ausbau der Ladeinfrastruktur nimmt Fahrt auf. Denn die Nutzer wollen ihre Elektro-Fahrzeuge immer schneller und komfortabler laden. Damit steigen auch die Anforderungen an die elektrische Sicherheit. Die Bender GmbH & Co. KG hat deshalb intelligente Lösungen für die Isolationsüberwachung in DC-Ladestationen und E-Fahrzeugen entwickelt.

Ziel ist, Elektrofahrzeuge an jeder Steckdose zu laden. Beim Ladevorgang können deshalb verschiedene Netzformen und Schutzmaßnahmen aufeinander treffen. Dies erfordert eine sorgfältige Koordination und Ausführung, um eine umfassende elektrische Sicherheit für den Anwender zu gewährleisten.

Beim Laden werden verschiedene Lademodi unterschieden. Besonders verbreitet ist das schnelle Wechselstrom-Laden. Da die meisten Fahrzeuge maximal 11 kW AC-Ladeleistung anbieten, bedeutet das meist auch eine relativ lange Ladedauer an einer solchen Infrastruktur. Schneller geht es mit DC-Ladestationen. Diese stehen vor einem regelrechten Boom und werden gerade weltweit in sehr großer Stückzahl installiert.

Isolationsüberwachungsgeräte (IMD) für DC-Ladestationen

Um die elektrische Sicherheit für den Ladestromkreis zu gewährleisten, wird dieser nach IEC 61851-23 als ungeerdetes DC-Stromversorgungssystem (IT-System) aufgebaut. Die maximale gesteuerte Ladeleistung im Modus DC-low beträgt 50 kW bis 170 kW und zukünftig bis 350 kW mit Spannungen von bis zu 1.000 V. Mit steigender Ladeleistung wachsen auch die Anforderungen an die Sicherheit.

Während des Ladevorganges überwacht ein Isolationsüberwachungsgerät (IMD) in der Ladestation den kompletten Ladestromkreis bis in das Elektrofahrzeug hinein. Das IMD im Fahrzeug muss dabei deaktiviert werden. Bender, der Spezialist rund um die elektrische Sicherheit, hat speziell für die Anwendung in DC-Ladestationen nach CCS-Standard das IMD isoEV425 entwickelt. Werksseitig mit allen notwendigen Parametern eingestellt, kann es beim Kunden direkt in Betrieb gehen.

Das isoEV425 misst nicht nur den Isolationswiderstand RF, sondern auch die Ableitkapazität Ce zwischen dem zu überwachenden Netz und Erde (PE). Somit können symmetrische und asymmetrische Isolationsfehler zwischen DC+ und DC- erkannt werden. Dabei wird der Fehlerort durch ein positives oder negatives Vorzeichen gekennzeichnet. Ein einseitiger Fehler an DC+ wird durch „+100%“, ein symmetrischer Fehler, der z. B. durch Alterung entstehen kann, durch „0%“ angezeigt. Zusätzlich zum Isolationswiderstand werden die Spannungen von DC+ und DC- gegen Erde ermittelt und können als weiterer Alarmwert einem Relais zugeordnet werden.

In DC-Ladestationen gemäß japanischem Ladestandard CHAdeMO wird das IMD isoCHA425 eingesetzt. Hierbei werden Fehler innerhalb von 1 s gemeldet. Zusätzlich zu den Anforderungen aus dem CHAdeMO-Standard erkennt das isoCHA425 innerhalb von 10 s auch symmetrische Fehler, die etwa durch Alterung der Isoliermaterialien in Zusammenhang mit Feuchtigkeit und Schmutz auftreten können.

Beide Geräte von Bender bieten die Möglichkeit, die aktuellen Messwerte über Modbus RTU auszulesen. Damit stehen der Ladestation die jeweiligen Daten zur Verfügung, um einen Trend des Isolationsniveaus auszuwerten.

Isolationsüberwachung im Elektro-Fahrzeug

Zur Isolationsüberwachung im Fahrzeug bietet Bender zudem die IMDs der Serie IR155 und iso165c an. Diese arbeiten mit einem aktiven Messverfahren, sind angepasst an ständig schnelle Lastwechsel im PKW oder Nutzfahrzeug und vermeiden damit Fehlauslösungen. Die Bender GmbH & Co. KG als weltweit agierender Mittelständler empfiehlt sich mit diesen Lösungen der Spitzenklasse als Lieferant für Hersteller von Ladestationen und Elektro-Fahrzeugen gleichermaßen.

Mehr Infos zur Isolationsüberwachung für Elektromobilität finden Sie hier: bender.de

Autor: Dipl.-Ing. Frank Mehling

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