Wie entsteht Reststrom beim Laden von Elektrofahrzeugen?
Während des Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs spielt das On-Board-Charging-System (OBC) eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung des Wechselstroms (AC) aus dem Stromnetz in Gleichstrom (DC) zum Laden der Fahrzeugbatterie. Dabei besteht jedoch die Gefahr von Kriechströmen oder Erdschlüssen, die schwerwiegende Folgen wie Stromschläge, Brände oder Schäden an Fahrzeugkomponenten nach sich ziehen können. Daher ist es unerlässlich, diese Restströme zu erkennen und sich davor zu schützen.
Das folgende Diagramm veranschaulicht die typische elektrische Konfiguration eines On-Board-Ladesystems (OBC), bestehend aus einem Eingangs-EMI-Filter, einem AC/DC-Gleichrichter, einer PFC-Schaltung, einem DC/DC-Wandler und einem Ausgangs-EMI-Filter. Im Laufe der Zeit kann es aufgrund von Vibrationen und Alterungseffekten, die bei Elektrofahrzeugen auftreten, zu einem Isolationsausfall des OBC kommen.
Abb. 1 - Diagramm des On-Board-Ladesystems (OBC)
Je nach Fehlerort entstehen im Ladesystem des Elektrofahrzeugs unterschiedliche Fehlerströme:
① Ein Erdschluss am Wechselstromeingang des Netzes führt zu einem sinusförmigen Wechselstromfehlerstrom mit der Netzfrequenz.
② Ein Erdschluss im Gleichrichter des Bordnetzes (OBC) erzeugt einen pulsierenden Gleichstromfehlerstrom.
③ Ein Erdschluss in der DC/DC-Wandlungsstufe des Bordnetzes erzeugt einen gleichmäßigen Gleichstromfehlerstrom.
Daher ist es unerlässlich, sinusförmige Wechselstrom-Fehlerströme, pulsierende Gleichstrom-Fehlerströme und gleichmäßige Gleichstrom-Fehlerströme im gesamten Ladesystem von Elektrofahrzeugen erkennen zu können, um elektrische Anlagen zu schützen und die Gefahr eines Stromschlags für Personen zu vermeiden. Mit den Fortschritten in der Batterieladetechnologie wurden in den einschlägigen IEC-Normen spezifische Anforderungen an Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (FI-Schalter) festgelegt, um einen ausreichenden Schutz während des Ladevorgangs von Elektrofahrzeugen zu gewährleisten.
Welcher Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) sollte zum Schutz verwendet werden?
Die Auswahl des geeigneten FI-Schalters hängt von den jeweiligen Anforderungen ab. Ein FI-Schalter ist so konstruiert, dass er Erdschlussströme erkennt und die Stromversorgung im Falle eines Erdschlussstroms unterbricht. Seine Hauptfunktion besteht darin, elektrische Stromkreise und den menschlichen Körper vor Stromschlag und Brand zu schützen.
Es gibt verschiedene Arten von Fehlerstromschutzschaltern (RCDs), die jeweils unterschiedliche Fehlerströme erkennen können. Gemäß der internationalen Norm IEC 60755 werden für Wechselstromanwendungen vier RCD-Typen definiert: Typ AC, Typ A, Typ F und Typ B.
AC-FI-Schutzschalter sind ausschließlich für die Erkennung sinusförmiger Wechselstromfehlerströme ausgelegt und eignen sich daher nur für einfache Geräte, die keine gleichmäßigen Gleichstromfehlerströme erzeugen. Diese FI-Schutzschalter werden häufig in allgemeinen Anwendungen wie Haushaltsgeräten, Glühlampen und Warmwasserbereitern eingesetzt.
Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) des Typs A können dieselben sinusförmigen Fehlerströme wie FI-Schalter des Typs AC erkennen. Darüber hinaus können sie aber auch pulsierende Gleichstromfehlerströme sowie pulsierende Gleichstromfehlerströme, die einem gleichmäßigen Gleichstromfehlerstrom überlagert sind, bis zu 6 mA erkennen. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen in Wohn- und Gewerbegebäuden, beispielsweise für Induktionskochfelder, Mikrowellenherde, Geschirrspüler und Computer aller Art.
Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) des Typs F werden eingesetzt, wenn die Anwendung einen zusammengesetzten Fehlerstrom erzeugen kann. Sie widerstehen gleichmäßigen, kontinuierlichen Fehlerströmen von bis zu 10 mA, die dem Fehlerstrom überlagert sind. Darüber hinaus kann ein FI-Schalter des Typs F auch alle Fehlerströme erkennen, die von einem FI-Schalter des Typs A erfasst werden. Diese Geräte werden häufig zum Schutz von Anwendungen wie einphasigen Wärmepumpen, frequenzgeregelten Klimaanlagen, Poolpumpen und Waschmaschinen verwendet.
Der internationale Standard IEC 61581-1 bietet zwei Alternativen zum Schutz vor gleichmäßigen Fehlerströmen in Ladestationen: Es kann ein RCD vom Typ B verwendet werden oder ein RCD vom Typ A + DC 6mA zusammen mit einer geeigneten Vorrichtung, die die Stromversorgung unterbricht, wenn der Leckstrom 6mA überschreitet.
Anforderungen an Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) für Ladegeräte von Elektrofahrzeugen:
Für AC- und DC-Ladestationen gelten je nach Ladeart spezifische Anforderungen an Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter). Die spezifischen Anforderungen gemäß den Industriestandards für Ladegeräte von Elektrofahrzeugen werden im Folgenden beschrieben:
Für Lademodus 2 (IC-CPD) legt IEC 62752 fest, dass Kabelsteuer- und Schutzeinrichtungen (IC-CPDs) die Aktivierung von Restwechselstrom (sinusförmig), pulsierendem Restgleichstrom und gleichmäßigem Restgleichstrom über 6 mA gewährleisten müssen, unabhängig davon, ob dieser plötzlich oder allmählich ansteigt. Analog dazu definiert IEC 62955 für Lademodus 3 (RDC-DD) Restgleichstrom-Erkennungseinrichtungen (RDC-DDs) als solche, die die Stromversorgung des Elektrofahrzeugs unterbrechen oder die Unterbrechung einleiten, wenn ein gleichmäßiger Restgleichstrom von 6 mA oder höher erkannt wird. DC-Ladestationen für Elektrofahrzeuge im Modus 4 müssen mit Fehlerstromschutzschaltern (FI-Schaltern) des Typs A kompatibel sein, mit einem FI-Schalter ausgestattet sein und können zusätzlich über eine Überstromschutzeinrichtung verfügen.
Da RCDs des Typs B in der Regel teurer sind, entscheiden sich viele Hersteller von Ladestationen für Elektrofahrzeuge für eine RCD-Lösung vom Typ A + DC 6mA, um die Standardanforderungen zu erfüllen.
Warum sollten Sie sich für das Mornsun Fehlerstrom-Erkennungsmodul Typ A+ DC 6mA entscheiden (Electronics OLFER: Autorisierter Distributor)?
Als führender und innovativer Hersteller von Stromversorgungen bietet Mornsun (in Spanien und Portugal vertrieben von Electronics OLFER) umfassende Stromversorgungslösungen für verschiedene Branchen an, darunter die TLB6-A1-Serie von Fehlerstrom-Erkennungsmodulen Typ A+ DC 6mA für das Laden von Elektrofahrzeugen. Diese Lösung lässt sich flexibel an unterschiedliche Anwendungsszenarien anpassen und verbessert Systemstabilität und -sicherheit bei gleichzeitiger Kostenreduzierung. Entdecken Sie jetzt die Vorteile und Highlights der Mornsun TLB6-A1-Serie.
Breites Anwendungsspektrum:
Die TLB6-A1-Serie zeichnet sich durch ihre kompakte Bauweise und verschiedene Gehäusevarianten aus und erfüllt somit unterschiedliche Anforderungen an Platinendesign und Installation – sowohl für einphasige als auch für dreiphasige Eingänge. Diese Flexibilität ermöglicht die Anpassung an diverse Anwendungsszenarien und bietet umfassenden Schutz.
Hohe Leistungsfähigkeit.
Die Fehlerstrom-Erkennungslösung Typ A + DC 6mA für das Laden von Elektrofahrzeugen bietet umfassenden und effektiven Schutz vor verschiedenen Arten von Ableitströmen und übertrifft herkömmliche Lösungen vom Typ A und Typ AC. Im Vergleich zu anderen Modulen zeichnet sich das RCD-Modul der Serie TLB6-A1 durch seinen integrierten Schaltkreis (IC) aus, der durch eigene Schutzrechte geschützt ist und folgende Vorteile bietet:
1) Umfassende Schutzfunktionen inklusive Überspannungsschutz, Einschaltstromschutz und Schutz vor magnetischer Sättigung.
2) Hervorragende Auslöseschwellenleistung, hohe zeitliche Stabilität und minimale Chargenabweichungen.
3) Innovativer Dual-Threshold-Erkennungsalgorithmus und Stromwellenformerkennung für die präzise und schnelle Erkennung von Fehlerströmen.
4) EMV-Schutz zur Verhinderung von Systemausfällen bei Leckströmen und unnötiger Aktivierung ohne Fehler.
5) Kalibrierungsfunktion zur Eliminierung des Einflusses kleiner Leckströme, die durch Umwelteinflüsse oder parasitäre Systemströme verursacht werden, auf die tatsächlichen Leckströme.
Hohe Sicherheit
Das Mornsun TLB6-A1 Serie Typ A+ DC 6mA Fehlerstrom-Erkennungsmodul entspricht den Normen IEC61851, IEC 62752 und IEC 62955 und ermöglicht so die einfache Erkennung von Gleichstrom, Wechselstrom und verschiedenen pulsierenden Fehlerströmen mit hoher Ansprechgeschwindigkeit und ausgezeichneter Genauigkeit.
Die TLB6-A1-Serie mit integrierter magnetischer Rückgewinnungstechnologie zeichnet sich durch eine Überstromkapazität von bis zu 3.000 A aus. Dank ihrer hohen Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen und umfassenden Schutzfunktionen arbeitet sie auch unter rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig. Aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften und des breiten Betriebstemperaturbereichs (-40 °C bis +85 °C) finden diese Module breite Anwendung in Bereichen wie dem Laden von Elektrofahrzeugen, Niederspannungsanlagen, Photovoltaiksystemen und mehr.
Profitabilität
Dank der hauseigenen Fertigung von Schlüsselkomponenten, eines starken Forschungs- und Entwicklungsteams, einer stabilen Lieferkette, ausreichender Produktionskapazität und eines fortschrittlichen Produktionsmanagementsystems gewährleistet Mornsun eine gleichbleibend hohe Zuverlässigkeit in der Serienproduktion und garantiert gleichzeitig schnelle Lieferzeiten und Kosteneinsparungen für die Kunden.
Fazit:
Angesichts der steigenden Nachfrage nach Ladestationen für Elektrofahrzeuge stehen Hersteller vor der Herausforderung, sich vom Wettbewerb zu differenzieren. Die optimalen Fehlerstrom-Erkennungsmodule von Mornsun, die in Spanien und Portugal von Electrónica OLFER vertrieben werden, unterstützen Sie dabei, die Anforderungen an die Stromerkennungsgrenzwerte zu erfüllen und die Wettbewerbsfähigkeit Ihres Ladesystems zu steigern. Sie bieten umfassenden Schutz und reduzieren gleichzeitig die Kosten für Entwicklung und Wartung. Benötigen Sie eine spezielle Fehlerstrom-Erkennungsschutzlösung für Ihre Projekte? Dann ist Mornsun zweifellos eine ausgezeichnete Wahl. Wir bieten außerdem Testgeräte und einfache Testplatinen zur Funktionsprüfung an. Darüber hinaus stellen wir weitere intelligente Steuermodule bereit, wie z. B. leistungsstarke, kompakte Stromwandler, Schützsteuermodule und Gleichstromschütze, um den vielfältigen Anforderungen an die Stromerkennung gerecht zu werden.
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