Das neueste Buch ist in der ersten Auflage und in der VDE-Schriftenreihe unter Band 175 erscheinen. Der Titel: Elektroinstallation und Ladeinfrastruktur der Elektromobilität
• Grundlagen der Elektromobilität und Ladetechnik,
• unter besonderer Berücksichtigung der passenden DIN-VDE-Normen, VDE-Anwendungsregeln, VDI- und VdS-Richtlinien,
• eigenes Kapitel zur optimalen Planung der Elektroinstallation.
Um dem Leser einen Einstieg zu bieten, werden zunächst wesentliche Fragen zu Hauptargumenten für die Elektromobilität beantwortet. Das umfassende Kapitel „Normen“ gibt der Elektrofachkraft einen Überblick über die zurzeit wichtigen Normen bzw. Hinweise auf deren Inhalte und unter „Begriffe“ sind wichtige Definitionen enthalten, die eine schnelle Orientierung ermöglichen. Das Kapitel „Planung“ zeigt mehrere Aspekte auf, die zu einer optimalen Planung der Elektroinstallation gehören, die wiederum als Grundlage für die Ladeinfrastruktur gilt. Weitere Kapitel beschäftigen sich mit dem Elektrofahrzeug, seinen Ausführungsformen, Funktionsweisen und den wichtigsten Bestandteilen, wie dem Akku bzw. der Leistungselektronik. Es werden die Ladeinfrastruktur ausführlich behandelt, verschiedene Ladekonzepte beschrieben, Ladebetriebsarten erläutert, Steckvorrichtungen, Ladekabel, Ladepunkte und Kommunikation zwischen der Ladeeinrichtung und dem Elektrofahrzeug angesprochen. Dem Thema Elektroinstallation wurde ein eigenes Kapitel gewidmet, ebenso dem Thema „Sicherheit“, wie Überspannungen, thermische Auswirkungen (also Brandschutz), Arbeitssicherheit und Prüfungen.
Inhalt
Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1 Die Grundlagen zur Elektromobilität und zur zugehörigen
Ladeinfrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1 Zum Einstieg etwas Geschichtliches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Die Entwicklung der Elektromobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 Vor- und Nachteile der Elektromobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4 Ohne Akku dreht sich kein Rad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5 Die geringe Reichweite wird oft überschätzt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.6 Ladeinfrastruktur: von der Schuko-Steckdose über die Wallbox
bis hin zu Schnellladestationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.7 Die Steckvorrichtungen sind normiert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.8 Die Fahrzeugelektronik und die Kommunikation zwischen Auto und
Ladesäule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.9 Preise fürs Strom tanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.10 Die elektrische Sicherheit für den elektrotechnischen Laien wird
großgeschrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.11 Steigende Anforderungen an die Elektrofachkraft
für die Elektromobilität und die zugehörige Infrastruktur . . . . . . . . . . . 34
1.12 Nutzung der Elektroautos für Elektrofachkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.13 Unfälle mit und Erste Hilfe bei Elektrofahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.14 Die freie Wahl des Anwenders:
Es kann ein Fahrzeug rein elektrisch (BEV)
oder mit Verbrennerunterstützung (Plug-in-Hybrid) sein . . . . . . . . . . . . 38
1.15 Die Brennstoffzelle – Risiko oder Chance? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.16 Das Verteilungsnetz, das Rückgrat der Ladeinfrastruktur . . . . . . . . . . . 42
2 Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.1 DIN VDE 0100-722
Errichten von Niederspannungsanlagen –
Teil 7-722: Anforderungen für Betriebsstätten,
Räume und Anlagen besonderer Art –
Stromversorgung von Elektrofahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2 VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4100
Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das
Niederspannungsnetz und deren Betrieb (TAR Niederspannung) . . . . . 5210
2.3 VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4110
Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das
Mittelspannungsnetz und deren Betrieb (TAR Mittelspannung) . . . . . . 61
2.4 VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4105
Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz –
Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb
von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.5 DIN EN 61439-7 (VDE 0660-600-7)
Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen –
Teil 7: Schaltgerätekombinationen für bestimmte Anwendungen
wie Marinas, Campingplätze, Marktplätze, Ladestationen für
Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.6 DIN IEC 60364-8-2 (VDE 0100-802)
Errichten von Niederspannungsanlagen –
Teil 8-2: Kombinierte Erzeugungs-/Verbrauchsanlagen
(IEC 64/2097/CD:2016) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.7 DIN 18015-1
Elektrische Anlagen in Wohngebäuden –
Teil 1: Planungsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.8 VDI-Richtlinie VDI 2166 Blatt 2
Planung elektrischer Anlagen in Gebäuden,
Hinweise für die Elektromobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.9 DIN EN ISO 17409
„Elektrisch angetriebene Straßenfahrzeuge – Kabelgebundene
Energieübertragung – Sicherheitsanforderungen“ . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.10 DIN EN IEC 61851-1 (VDE 0122-1)
Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge –
Teil 1: Allgemeine Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.11 DIN EN 62196-1 (VDE 0623-5-1)
Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker –
Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen – Teil 1: Allgemeine
Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
2.12 DIN EN 62196-2 (VDE 0623-5-2)
Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker –
Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen – Teil 2: Anforderungen
und Hauptmaße für die Kompatibilität und Austauschbarkeit von Stiftund Buchsensteckvorrichtungen für Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . 121
2.13 DIN EN 62196-3 (VDE 0623-5-3)
Stecker, Steckdosen, Fahrzeugkupplungen und Fahrzeugstecker –
Konduktives Laden von Elektrofahrzeugen – Teil 3: Anforderungen an 11
und Hauptmaße für Stifte und Buchsen für die Austauschbarkeit vor
Fahrzeugsteckvorrichtungen zum dedizierten Laden mit Gleichstrom
und als kombinierte Ausführung zum Laden mit Wechselstrom/
Gleichstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
2.14 DIN EN 62752 (VDE 0666-10)
Ladeleitungsintegrierte Steuer- und Schutzeinrichtung für die
Ladebetriebsart 2 von Elektrofahrzeugen (IC-CPD) . . . . . . . . . . . . . . 125
2.15 DIN EN 50620 (VDE 0285-620)
Kabel und Leitungen – Ladeleitungen für Elektrofahrzeuge . . . . . . . . 145
2.16 VdS 3471
Ladestationen für Elektrostraßenfahrzuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
2.17 DIN EN IEC 63057 (VDE 0510-57)
Sekundärzellen und -batterien mit alkalischen oder anderen nicht
säurehaltigen Elektrolyten – Sicherheitsanforderungen für sekundäre
Lithium-Batterien zur Verwendung in Straßenfahrzeugen mit Ausnahme
des Antriebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
2.18 VDE-AR-E 2510-2
Stationäre elektrische Energiespeichersysteme vorgesehen zum
Anschluss an das Niederspannungsnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
3 Begriffe, die im Zusammenhang mit der Elektromobilität
und der Ladeinfrastruktur stehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4 Die Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5 Die Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.1 Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
5.2 Funktionsweise der Motoren für Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . 210
5.3 Der Akku/die Batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
5.4 Die Reichweiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
5.5 Die Ladezeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
5.6 Leistungselektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
5.7 Anforderungen an die elektrische Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
6 Die Ladeinfrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
6.1 Die Grundlagen und der Einstieg von der Laderate bis hin zur
Kapazität des Akkus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
6.2 Ladekonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
6.2.1 Normal- und Schnellladen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
6.2.2 AC-Laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23612
6.2.3 DC-Laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
6.2.4 HPC-Laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
6.2.5 Induktives Laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
6.2.6 Batteriewechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
6.2.7 Redox-Flow-Batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
6.2.8 Das bidirektionale Laden, V2G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
6.3 Das Laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
6.3.1 Ladebetriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
6.3.2 Steckvorrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
6.3.2.1 Steckvorrichtungen für AC-Laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
6.3.2.2 Steckvorrichtungen für DC-Laden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
6.3.2.3 Ladekabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
6.3.3 Ladepunkte, Wallboxen und Ladestationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
6.3.3.1 Wallbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
6.3.3.2 Die Ladestation/Ladesäule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
6.4 Die Kommunikation zwischen Ladeeinrichtung und Elektrofahrzeug 278
7 Elektroinstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
8 Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
8.1 Blitz- und Überspannungsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
8.2 Brandschutz, Schutz gegen thermische Auswirkungen . . . . . . . . . . . . 312
8.3 Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
8.4 Prüfungen, Erstprüfungen und wiederkehrende Prüfungen . . . . . . . . . 327
8.4.1 Erstprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
8.4.2 Wiederholungsprüfungen, wiederkehrende Prüfungen . . . . . . . . . . . . 335
8.4.3 Prüfungen an Anlagen für die Stromversorgung der Ladeinfrastruktur
von Elektrofahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
9 Die Verteilungsnetze – das Rückgrat der Ladeinfrastruktur . . . . . 349
10 Informationssplitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
11 Der Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
12 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
13 Abkürzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373