Elektrifizierung von Fahrzeugen
Fahrzeug-Ladesteuerung für E-Nutzfahrzeuge vorgestellt
Der technische Fortschritt in der Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen revolutioniert den Transportsektor. Innovative Hersteller treiben diese Entwicklung voran und stehen dabei vor der Herausforderung, alle für die Elektrifizierung notwendigen Komponenten zu integrieren.
Mit technologisch aufeinander abgestimmten Ladedosen und Fahrzeug-Ladesteuerungen unterstützt Phoenix Contact Hersteller dabei, emissionsfreie Mobilität zu verwirklichen.
Die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Immer mehr Unternehmen setzen auf nachhaltige und umweltfreundliche Lösungen. Einerseits kann hierbei der eigene Fuhrpark im Fokus stehen, und andererseits müssen Unternehmen aber auch zunehmend auf Nachhaltigkeitsziele ihrer Kunden oder Auftraggeber Rücksicht nehmen, die zum Beispiel CO2-neutrale Lieferketten fordern. Die Abkehr von Verbrennern schreitet so immer weiter voran.
Beleuchtet man den Einsatzzweck dieser Nutzfahrzeuge, wird aber auch klar, dass oft spezielle Nutzfahrzeuglösungen benötigt werden, die nicht von der Stange sind. Standardlösungen der großen OEMs reichen häufig nicht aus, um den spezifischen Anforderungen und Einsatzbedingungen gerecht zu werden. Dann kommen spezialisierte Hersteller ins Spiel, die maßgeschneiderte Fahrzeugtypen entwickeln, um den individuellen Bedürfnissen von Unternehmen, Handwerkern, Städten und Gemeinden gerecht zu werden. Dabei werden bestehende Fahrzeuge entweder umgerüstet oder gezielt für ihren zukünftigen Einsatzzweck entwickelt. In beiden Fällen stehen Nutzfahrzeughersteller vor der Herausforderung, alle Bauteile zur Elektrifizierung integrieren zu müssen.OEMs reichen häufig nicht aus, um den spezifischen Anforderungen und Einsatzbedingungen gerecht zu werden. Dann kommen spezialisierte Hersteller ins Spiel, die maßgeschneiderte Fahrzeugtypen entwickeln, um den individuellen Bedürfnissen von Unternehmen, Handwerkern, Städten und Kommunen gerecht zu werden. Dabei werden bestehende Fahrzeuge entweder umgerüstet oder gezielt für ihren zukünftigen Einsatzzweck entwickelt. In beiden Fällen stehen Nutzfahrzeughersteller vor der Herausforderung, alle notwendigen Bauteile zur Elektrifizierung integrieren zu müssen.
Architektur eines Elektrofahrzeugs
Die Architektur eines E-Fahrzeugs sieht für gewöhnlich folgende Hauptkomponenten für die Elektrifizierung des Antriebsstrangs vor: Elektromotor, Vehicle Control Unit, Onboard-Charger, DC-Switch-Box, Batteriemanagementsystem (BMS) und Power Distribution Unit (PDU) sowie natürlich auch die Antriebsbatterie. Fahrzeughersteller greifen dabei häufig auf am Markt vorhandene Systeme zurück, die ebenfalls diese Hauptkomponenten kombinieren. Zusätzlich wird als Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Ladestation eine Fahrzeug-Ladedose benötigt. Zur Realisierung kurzer Ladezeiten wird in der Regel ein CCS-Inlet verbaut. Die Automobil- bzw. Fahrzeugindustrie nutzt für die Kommunikation zwischen den vielen verbauten Steuergeräten im Fahrzeug das CAN-Protokoll. Beim Laden mit Gleichstrom (DC-Laden an Schnellladestationen) wird nach IEC-61851-1 mit einer Powerline Communication (PLC) zwischen Fahrzeug und Ladesäule kommuniziert.
Damit sich Fahrzeug und Ladesäule austauschen können, wird zusätzlich ein »Übersetzer« in der Fahrzeugarchitektur benötigt. Dieser steuert die Temperatursensorik und optional HV-Schütze, LED-Statusanzeige und Ladeabbruchtaster an. Zusätzlich können optional zwei HV-Interlock-Loops individuell ausgewertet werden (Bild 1).
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Der Ladecontroller Charx control vehicle
Der kommunikative Ladecontroller Charx control vehicle von Phoenix Contact übernimmt diesen Job – zuverlässig und schnell nach DIN 70121 und ISO 15118-2 und -20. Da die Software bereits zum Lieferumfang der Steuerung gehört, ist eine Programmierung seitens des Fahrzeugherstellers nicht notwendig. Stattdessen muss der Fahrzeughersteller lediglich eine Parametrierung vornehmen, die sich mit dem im Lieferumfang enthaltenen Servicetool umsetzen lässt. Dabei können Hersteller alle Parameter passend zur individuellen Anwendung einstellen. Durch ihre Vorparametrierung, kostenfrei und voreingestellt für die CCS-Ladedosen Charx connect universal Typ 1 und Typ 2, lässt sie sich ohne großen Aufwand einrichten. Sie ist zudem durch die kurze Startzeit des Betriebssystems sofort betriebsbereit. Der EVCC (Electric Vehicle Charging Controller) ist für die Ladestandards NACS und GB/T bereits vorbereitet (Bild 2).
Funktionale Sicherheit und Cybersecurity
Die Fahrzeug-Ladesteuerung ist nach der Norm ISO 26262 für Straßenfahrzeuge geprüft. ISO 26262 ist eine Norm zur funktionalen Sicherheit kritischer elektrischer und elektronischer Systeme (E/E) in Fahrzeugkomponenten. Nach ISO 26262 ASIL B sind verschiedene Sicherheitsfunktionen durch den Controller abgedeckt:
- Das Losfahren mit angeschlossenem Kabel wird verhindert.
- Verbindungsunterbrechungen während des Ladevorgangs werden verhindert.
- Vermeidung der Überschreitung der thermischen Betriebsgrenzen.
- Bereitstellung eines externen Nottrennsignals.
- Sicherer Zustand: Die Fahrzeug-Ladesteuerung sorgt für eine Abschaltung des HV-Systems.
Zusätzlich ist die Fahrzeug-Ladesteuerung Charx control vehicle vorbereitet für die Einhaltung der beiden Regulierungen UN R155 und UN R156 im Cybersecurity-Gesamtkonzept des Fahrzeugs (Bild 3).
Einfache Montage
Mit seinen kompakten Abmessungen passt der Charx control vehicle in unterschiedliche Fahrzeugtypen, auch wenn nur ein sehr kleiner Bauraum verfügbar ist, wie etwa in einem E-Motorrad.
Die Verdrahtung mit der CCS-Ladedose Charx connect universal mit vorkonfektioniertem Leitungssatz erfolgt mit wenig Aufwand: Mit einem 18-poligen Cinch-Stecker werden die Kontroll-/Datenleitung CP (Control Pilot), der Ladekabel-Erkennungskontakt PP (Proximity Pilot/Plug Present), PE (Protective Earth) sowie die Signalleitungen des Verriegelungsaktuators und der AC- und DC-Temperatursensorik an die Fahrzeug-Ladesteuerung angeschlossen.
Optional lassen sich auch die Signalleitungen von den LED-Statusanzeigen sowie Ladeabbruchtaster anschließen. Die High-Level-TCP/IP-Kommunikation erfolgt via Powerline über die CP-Leitung vom Inlet zum Ladecontroller (Bild 4).
Mit einem 30-poligen Cinch-Steckverbinder wird die Fahrzeug-Ladesteuerung an die Vehicle Control Unit (VCU) und an alle weiteren, für den Fahrzeughersteller individuell relevanten Komponenten angeschlossen. Mittels Adapter ist der Anschluss zwischen Fahrzeug-Ladesteuerung und Laptop möglich, um die Software bei Updates oder Fehlermeldungen auszulesen. Ein solcher Adapter sollte ein PCAN-USB oder CAN-Interface mit USB-Anschluss sein.
Sonderfall Elektrobus
Insbesondere Elektrobusse profitieren von der Fahrzeug-Ladesteuerung Charx control vehicle. Sie ermöglicht nach VDV-Schrift 261 die Kommunikation zwischen Elektrobussen und verschiedenen Backend-Systemen, wie beispielsweise Betriebshof-Managementsystemen. Ziel ist es, eine einheitliche und effiziente Datenübertragung sicherzustellen, um den Betrieb von Elektrobussen zu optimieren.
Nach VDV 261 ermöglicht die Fahrzeug-Ladesteuerung, Elektrobusse vor der Abfahrt aus dem Depot optimal vorzubereiten. Dazu gehört die Vorkonditionierung, also das Vorheizen oder Vorkühlen der Busse, um für eine angenehme Innentemperatur für Fahrer und Fahrgäste zu sorgen und die maximal mögliche Reichweite zu sichern. Die VDV 261 nutzt bestehende Kommunikationsprotokolle wie ISO 15118 und OCPP, um diese Prozesse zu automatisieren und zu standardisieren. Dadurch können Betreiber sicherstellen, dass ihre Elektrobusse stets betriebsbereit und optimal vorbereitet sind – ohne manuelle Eingriffe.
Auch Pantographen-Busse benötigen eine Fahrzeug-Ladesteuerung für das automatisierte Laden. Sie sorgt für die Steuerung und Überwachung des Ladeprozesses sowie die Kommunikation, um Informationen zum Ladezustand oder zur Ladeleistung auszutauschen. Charx control vehicle übernimmt diese Aufgaben bereits jetzt für Elektrobusse mit Stromabnehmern auf dem Dach (Roofmounted Pantograph) nach IEC 61851. Funktionen für invertierte Pantographen (OPPCharge-Standard) befinden sich in Vorbereitung.
Umfangreicher Support
Kunden erhalten umfassenden Support für die Nutzung der Fahrzeug-Ladesteuerung: Eine speziell angefertigte E-Learning-Seite mit zusätzlicher Online-Dokumentation unterstützt bei allen gängigen Fragestellungen rund um das Produkt: von der Programmierung bis hin zu möglichen Fehlermeldungen und Möglichkeiten zur Behebung. Außerdem stehen weltweit Ansprechpartner für den Controller im globalen Phoenix-Contact-Netzwerk zur Verfügung.
Eine nachhaltige Zukunft
Die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen ist ein entscheidender Schritt in Richtung einer nachhaltigen Zukunft. Mit innovativen Lösungen wie der Fahrzeug-Ladesteuerung Charx control vehicle von Phoenix Contact wird die Integration in Elektrofahrzeugen aller Art erheblich vereinfacht. Der Controller ermöglicht nicht nur eine effiziente und sichere Ladekommunikation, sondern unterstützt auch die individuellen Anforderungen verschiedener Fahrzeugtypen. Durch die Kombination von Charx control vehicle und Charx connect universal bietet Phoenix Contact eine maßgeschneiderte und zukunftssichere Lösung für emissionsfreie Mobilität. So wird die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen nicht nur praktikabel, sondern auch wirtschaftlich attraktiv.
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Hauptmerkmale und Features: Fahrzeug-Ladesteuerung im Überblick |
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Der Autor
Rik Stellbrink
ist Product Manager Transportation and Mobile Machines, Phoenix Contact E-Mobility
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