Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur

Die Einführung der Elektromobilität benötigt neben Fahrzeugen wie Pedelecs, E-Scootern, Elektro- und Plug-In- Hybridfahrzeugen ebenfalls komfortable und sichere Ladeinfrastruktur. Hiermit sind nicht nur die Ladestationen in öffentlichen Bereichen gemeint, sondern auch sichere Lademöglichkeiten im Eigenheim oder sonstigen Immobilien. Die zu erwartende steigende Zahl von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen stellt spezielle Anforderungen an die benötigte Ladeinfrastruktur. Das Errichten von Ladestationen im privaten wie auch im öffentlichen Bereich, sowie der Ausbau einer Ladeinfrastruktur werden durch das Vorhandensein einer gut ausgebauten elektrischen Infrastruktur maßgeblich erleichtert.

Technischer LeiTfaden LadeinfrasTrukTur

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 1 Motivation – warum dieser Leitfaden 8 2 Bedarf an Anschlussleistung der Infrastruktur 12 3 Übersicht der Ladetechnologien 16 3.1 Arten der Energieversorgung von Elektrofahrzeugen 17 3.1.1 AC-Laden 20 3.1.2 DC-Laden 21 3.1.3 Ladesteckvorrichtungen für die Elektromobilität 23 3.2 Aspekte der Elektroinstallation und des Betriebes der Ladeinfrastruktur 25 3.2.1 Sicherheit der Elektroinstallation 26 3.2.2 Dimensionierung der Elektroinstallation 27 4 Empfehlungen für bestimmte Zielgruppen 30 4 5 InhALtSvErZEIChnIS

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 4.1 Überlegungen für Immobilienbesitzer und -verwalter 31 4.2 Überlegungen für Architekten, Elektroinstallateure und Bauherren 32 4.3 Anforderungen seitens der Energieversorgung 33 5 Anforderungen an die Ladeinfrastruktur an verschiedenen Orten 34 5.1 Anforderungen 35 5.1.1 Anforderungen an die ausführenden Firmen 35 5.1.2 Anforderungen an die elektrische Installation 37 5.1.3 Anforderungen an die elektrischen Betriebsmittel der Ladestation 39 5.1.4 Anforderungen an den Aufstellungsort und die mechanische Infrastruktur 42 5.1.5 Anforderungen an die verwaltung der Ladepunkte 44 5.1.6 Bedienung, Ergonomie, Barrierefreiheit und Benutzerinteraktion 46 5.2 Parkplatztypen für Autos und ihre Lade-Anwendungsmöglichkeiten 48 6 Ergänzende technische Informationen und zukünftige Entwicklung 50 6.1. AC-Laden gemäß DIn En 61851-1 51 6.2 DC-Laden – Combined Charging System 52 6.3 Induktives Laden 54 6.4 Energierückspeisung 55 7 Literatur 56 Abkürzungsverzeichnis 60 notizen 62 6 7

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Die Einführung der Elektromobilität benötigt neben Fahr-zeugen wie Pedelecs, E-Scootern, Elektro- und Plug-In- hybridfahrzeugen ebenfalls komfortable und sichere Ladeinfrastruktur. hiermit sind nicht nur die Ladestationen in öffentlichen Bereichen gemeint, sondern auch sichere Lademöglichkeiten im Eigenheim oder sonstigen Immobili-en. Die zu erwartende steigende Zahl von elektrisch ange-triebenen Fahrzeugen stellt spezielle Anforderungen an die benötigte Ladeinfrastruktur. Das Errichten von Lade- stationen im privaten wie auch im öffentlichen Bereich, sowie der Ausbau einer Ladeinfrastruktur werden durch das vorhandensein einer gut ausgebauten elektrischen Infrastruktur maßgeblich erleichtert. Dieser Leitfaden gibt einen Überblick über verschiedene Anwendungsfälle und richtet sich vorrangig an folgende Zielgruppen: Eigenheim- und Immobilienbesitzer, Immobilienverwalter und Parkhausbetreiber, Architekten und Städteplaner, Mitarbeiter der öffentlichen verwaltung, netzbetreiber und Energielieferanten, Elektroinstallateure. MOtIvAtIOn – wAruM DIESEr LEItFADEn 1 8 9

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Eine sichere Ladeinfrastruktur hat maßgeblichen Einfluss auf den sicheren Ladebetrieb eines Elektrofahrzeuges, da die Lademöglichkeit für das Fahrzeug entweder direkt an das versorgungsnetz anknüpft oder an die elektrische An-lage des Anschlussnehmers eines solchen versorgungsnet-zes. Für beide Fälle ist zur Gewährleistung der elektrischen Sicherheit die Prüfung der Anschlüsse durch eine Elektro-fachkraft geboten. Dieser Leitfaden zeigt auf, was für die fachkundige Planung, Errichtung und den Betrieb einer Ladeinfrastruktur not-wendig ist und gibt hinweise zur vermeidung von Gefah-ren oder kostspieligen Fehlinvestitionen. Er bietet einen Überblick über wichtige und zu beachtende normen und vorschriften, kann jedoch nur als eine Empfehlung dienen und ersetzt nicht die unterstützung von Fachpersonal zur Installation der Ladeinfrastruktur. 10 11

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Bei der Planung der Ladeinfrastruktur muss berücksichtigt werden, welche Fahrzeugtypen mit welchen Ladetechno-logien und welches nutzerverhalten zu erwarten sind. Erst daraus können die Anforderungen an die Ladeinfrastruktur abgeleitet werden. Es ist AC- (wechselstrom) und DC-Laden (Gleichstrom) mit unterschiedlichsten Ladeleistungen bei Fahrzeugen denkbar. Die verschiedenen Elektrofahrzeugtypen werden in diesem Leitfaden in Elektro- und Plug-In-hybridfahrzeu-ge sowie Pedelecs, E-Bikes und E-Scooter eingeteilt. Bei kleineren Batteriekapazitäten wie sie für Pedelecs, E-Bikes und E-Scootern ausreichen, erfolgt der Anschluss an das wechselstromnetz einphasig durch die nutzung vorhan-dener haushaltssteckdosen. Bei größeren und schwereren Elektrofahrzeugen mit größeren Batteriekapazitäten kann eine akzeptable reichweite darüber hinaus durch 3-phasi-ges AC-Laden oder DC-Laden mit einer angemessen kurzen Ladedauer ermöglicht werden. Der durchschnittliche verbrauch der Elektrofahrzeuge liegt je nach Gewicht und Größe bei ca. 15-20 kwh / 100 km. Für drei- und vierrädrige Elektrofahrzeuge sollte die Ladebetriebsart 3 (AC-Laden) oder Ladebetriebsart 4 (DC-Laden) bevorzugt verwendet werden. Die Ladebetriebsarten werden im folgenden Abschnitt erläutert, auf die zukünftig verwendete hardware und Kommunikation wird im Abschnitt 6 (Ergänzende tech-nische Informationen und zukünftige Entwicklung) einge-gangen. Mit den Ladebetriebsarten 3 und 4 ist ein sowohl zügiges als auch sicheres Laden möglich. BEDArF An AnSChLuSSLEIStunG DEr InFrAStruKtur 2 12 13

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Eine Ladestation kann einen oder mehrere Ladepunkte be-inhalten, an denen gleichzeitig jeweils ein Fahrzeug geladen werden kann. Ladestationen können als stehend montierte Ladesäulen oder wandmontierte „wallboxen“ ausgeführt sein. tabelle 1: typische werte beim Laden von Elektrofahrzeugen 1) anzunehmende werte, die aber je nach Fahrzeugkonzept abweichen können, bei Plug-In-hybrid- Fahrzeugen eher kleinere werte. 2) Für die erste Generation von Elektrofahrzeugen wird eine DC-Ladeleistung von maximal 80 kw (400 v / 200 A) empfohlen. Dies lässt sich mit einem 3 x 125 A Standard AC-Anschluss (86 kvA) realisieren. Die Anschlussleistung der DC-Station ist größer als die zur verfügung gestellte Ladeleistung. fahrzeuge Ladetechno-logie Ladeleistung [kW] Ladestrom [a] Batteriekapa-zität [kWh] netzanschluss Pedelecs, E-Bikes, E-Scooter AC oder DC bis 2 bis 8 0,1 – 2,0 AC 1-phasig Elektro- Motorräder AC 1-phasig bis 3 bis 13 1 – 5 AC 1-phasig Elektro-fahrzeuge einschließlich Plug-In- hybrid- Fahrzeuge AC 1-phasig AC 3-phasig DC bis 3,7 bis 43 bis 170 2 bis 16 bis 63 bis 200 5 – 85 1 AC 1-phasig AC 3-phasig AC 3-phasig 14 15 Die sich daraus ergebenden typischen Anschlussbedingun-gen pro Ladepunkt stellen sich wie folgt dar:

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die verfügbaren Ladetechnologien, die verfügbaren Steckvorrichtungen sowie über wissenswertes zu elektrischen Installationen und deren Betrieb. 3.1 arten der energieversorgung von elektrofahrzeugen Das Laden der Batterie von Elektrofahrzeugen kann auf verschiedene Arten erfolgen: Beim (kabelgebundenen) Wechselstromladen sitzt die Ladeeinheit, die den im netz verfügbaren wechselstrom in den zum Laden benötigten Gleichstrom wandelt, im Fahrzeug. Das Fahrzeug wird dabei mittels einer geeigneten versorgungseinrichtung (Ladestation, „wallbox“) mit dem ein- oder dreiphasigen wechselspannungsnetz verbunden. Beim (kabelgebundenen) Gleichstromladen befindet sich die Ladeeinheit außerhalb des Fahrzeuges. Das Fahrzeug wird direkt von einer DC-Ladestation mit einem vom Fahr-zeug angeforderten Gleichstrom versorgt. Beim induktiven Laden erfolgt die Energieübertragung kabellos durch ein elektromagnetisches Feld ähnlich wie bei einem Induktionskochfeld oder einer elektrischen Zahn-bürste. Diese technologie ist aktuell (Stand Juni 2013) in Europa noch nicht kommerziell für Elektrofahrzeuge verfüg-bar und wird im weiteren nur im Ausblick betrachtet. ÜBErSICht DEr LADEtEChnOLOGIEn 3 16 17

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Zusätzlich dazu ist ein Batteriewechsel möglich. Dabei wird das gesamte Batteriesystem aus dem Auto entfernt und durch ein geladenes Batteriesystem ersetzt. Diese Methode der Energiezufuhr ermöglicht das Ersetzen einer entlade-nen Batterie durch eine voll geladene innerhalb weniger Minuten. Aktuell (Stand Juni 2013) ist jedoch nicht abseh-bar, dass diese technologie in Deutschland für Personen-kraftwagen durchsetzen wird. Daher wird auf den Batterie-wechsel im weiteren nicht mehr eingegangen. Die verschiedenen Ladetechnologien sind in den normen der DIn En 61851 reihe (kabelgebunden) und DIn En 61980 reihe (induktiv – in Erarbeitung) beschrieben. Das folgende Diagramm zeigt im Überblick die möglichen Konfigurationen. Eine genauere Beschreibung folgt in den nächsten Abschnitten. Ladebetriebsart 1 Ladebetriebsart 2 Ladebetriebsart 3 Ladebetriebsart 4 DC Induktiv Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Ladeleitungs- integrierte Steuer- und Schutzeinrichtung (IC-CPD) Fehlerstrom- Schutz- einrichtung (RCD) Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Abbildung 1: Übersicht Ladetechnologien [Quelle: Fa. Bender] Anmerkung: Das vorhandensein einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nach norm vorgeschrieben, jedoch bei „Altinstallationen“ nicht immer gewährleistet. 18 19

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 3.1.1 ac-Laden Die unterschiedlichen Arten des AC-Ladens werden in der relevanten Systemnorm DIn En 61851-1 (vDE 0122-1): 2012-01 als „Ladebetriebsarten“ (engl. charge mode) bezeichnet: LadebeTriebsarT 1 Das Laden mit wechselstrom (AC) an einer landesüblichen haushaltssteckdose („Schutzkontakt-Steckdose“) oder einer ein- oder dreiphasigen CEE-Steckdose wird als Ladebe-triebsart 1 (mode 1) bezeichnet. Bei dieser Ladebetriebsart findet keine Kommunikation zwischen Energieabgabestelle (Steckdose) und Fahrzeug statt. Diese Ladebetriebsart ist für das Laden von Fahrzeugen möglich, falls der Fahrzeughersteller diese Ladebetriebsart erlaubt und sichergestellt ist, dass die Spannungsversor-gung mit einem rCD ausgestattet ist. LadebeTriebsarT 2 Der unterschied zu Ladebetriebsart 1 besteht im wesent-lichen darin, dass in der Ladeleitung hier eine Steuer- und Schutzeinrichtung integriert ist („In Cable Control and Pro-tection Device“ IC-CPD). Die IC-CPD schützt vor elektri schem Schlag bei Isolationsfehlern. Über ein Pilotsignal erfolgt ein Informationsaustausch und Überwachung der Schutzleiter-verbindung zwischen Infrastruktur und Fahrzeug. Diese Ladebetriebsart ist vorgesehen für die Fälle, in denen keine spezielle Ladestation der Ladebetriebsarten 3 oder 4 verfügbar ist. LadebeTriebsarT 3 In dieser Ladebetriebsart findet das Laden mit wech-selstrom (AC) an einer zweckgebundenen („dedicated“) Steckdose statt, die sich an einer am netz fest installierten Ladestation (oder wallbox) befindet. Alternativ kann an der Ladestation ein fest angeschlossenes Ladekabel vorhanden sein. Eine Steuerung des Ladevorgangs wird durch einen Datenaustausch zwischen der Ladestation und dem Fahr-zeug ermöglicht. Diese Ladebetriebsart basiert auf einer speziell für Elektro- fahrzeuge errichteten Infrastruktur und bietet ein hohes Maß an elektrischer Sicherheit und Schutz der Installation vor Überlastung (Brandschutz). In der regel unterstützen aktuelle und zukünftige Pkw und leichte nutzfahrzeuge die Ladebetriebsart 3. Aus vorge-nannten Gründen wird diese Ladebetriebsart empfohlen. 3.1.2 dc-Laden Das kabelgebundene DC-Laden wird als Ladebetriebsart 4 bezeichnet und wie die Ladebetriebsart 3 zum Laden von Elektrofahrzeugen empfohlen. Das Laden mit Gleichstrom (DC) wird üblicherweise für höhere Ladeleistungen verwendet. Bei Ladebetriebsart 4 ist das Kabel an der Ladestation oder wallbox fest angebracht. 20 21

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Beim DC-Laden gibt es aktuell mit „ChAdeMO“ und dem „Combined Charging System“ zwei unterschiedliche Systeme. Der europäische Automobilverband ACEA empfiehlt das Combined Charging System als zukünftige Ladeschnittstelle für alle Elektrofahrzeuge bis spätestens 2017 einzusetzen, da dieses System sowohl das schnelle Gleichstromladen als auch das wechselstromladen mit nur einer Schnittstelle am Fahrzeug ermöglicht. Abbildung 2: Combined Charging System mit den in Europa verwendeten Steckverbindern des typ 2 und Combined Interface 2 für AC- und DC-Laden [Quelle: Phoenix Contact] AC-Laden DC-Laden 3.1.3 Ladesteckvorrichtungen für die elektromobilität Der verwendung einheitlicher Anschlussmöglichkeiten für Elektrokraftfahrzeuge kommt vor dem hintergrund der erforderlichen Interoperabilität eine hohe Bedeutung zu. Jeder Ladetechnologie wird ein Steckertyp zugewiesen. Elektrofahrzeuge profitieren von der verwendung der spe-ziell für diesen Anwendungszweck entwickelten und in der DIn En 62196 reihe standardisierten Ladesteckvorrichtun-gen, da mit diesen alle für die Elektromobilität relevanten Leistungsbereiche abgedeckt werden. Dies gilt vor allem für die für den europäischen Markt verwendeten dreiphasigen Ladesteckvorrichtungen. Bei Ladestationen (und wallboxen) mit integrierten Steck-dosen (Ladebetriebsart 3) gibt es in Europa eine breite unterstützung des typ 2. Elektrofahrzeuge werden daher in der regel mit einem Ladekabel mit einem Stecker des typ 2 angeboten. Daher können Ladestationen mit Steckdosen des typ 2 von nahezu allen Fahrzeugen genutzt werden. Bei Ladestationen mit fest angebrachter Ladeleitung – bei Ladebetriebart 3 optional, bei Ladebetriebsart 4 vorge-schrieben – ist zu beachten, dass auf der Fahrzeugseite aktuell einige Elektrofahrzeuge mit einem Fahrzeugstecker (Ladeanschluss am Fahrzeug) des typ 1 ausgestattet sind. Mittelfristig werden alle Fahrzeuge mit einem Fahrzeug-stecker des typ 2 / Combined Interface 2 ausgestattet sein. Daher können Ladestationen mit fest angebrachtem Kabel zum jetzigen Zeitpunkt nur dann empfohlen werden, 22 23

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 3.2 Aspekte der Elektroinstallation und des betriebes der Ladeinfrastruktur was unterscheidet Elektrofahrzeuge von anderen verbrauchern? Die versorgung eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie unterscheidet sich im Grundprinzip nicht von anderen elektrischen verbrauchern wie zum Beispiel einer waschmaschine. Dennoch sind einige Kenngrößen in dieser Ausprägung hinsichtlich des Auftretens in Privathaushalten oder der Bedienung durch den Laien neu. Elektrische ver-braucher mit Anschlussleistungen von 2 kw und mehr, die mittels einer Steckdose und einem Kabel an die elektrische Installation angeschlossen werden, sind bereits heute fester Bestandteil des Alltags. Jedoch werden diese verbraucher in den seltensten Fällen regelmäßig über mehrere Stunden unbeaufsichtigt im Außenbereich betrieben. Die Elektro- installation eines hauses wurde bei Errichtung des hauses für die verbraucher ihrer Zeit errichtet. Aus diesem Grund sind vorhandene Installationen unter umständen für häu-figes Laden mit hohen Leistungen über längere Zeiträume nicht geeignet. Eine waschmaschine benötigt nur für wenige Minuten die volle Anschlussleistung zum Aufheizen des wassers. Die meiste Zeit wird eine deutlich geringere Leistung benötigt. Außerdem werden Elektroautos auch auf öffentlich zugäng-lichen Flächen unbeaufsichtigt geladen. Abbildung 3: Steckvorrichtung des Combined Charging Systems vom typ 2 sowie Combined Interface 2 [Quelle: Phoenix Contact] Ladebetriebsart 3 Ladebetriebsart 3 oder Ladebetriebsart 4 Combined Interface 2DC-Laden mit fest angeschlagener LadeleitungBis 200 A /1000 V Typ 2AC-Laden mit fest angeschlagener LadeleitungBis 63 A /480 V Typ 2AC-Laden mit tragbarer LadeleitungBis 63 A /480 V Elektrofahrzeug Infrastruktur Europa wenn ausschließlich Fahrzeuge mit einem bestimmten typ (entweder typ 2 oder 1) von Ladesteckern geladen werden sollen. Im Januar 2013 hat die Europäische Kommission eine Strategie für umweltfreundliche Kraftstoffe lanciert. In dem Zusammenhang hat die Kommission die verwendung des Steckers vom typ 2 / Combined Interface 2 zur gemeinsa-men norm für ganz Europa vorgeschlagen. Für Pedelecs und leichte motorisierte Zweiräder befindet sich die normung derzeitig noch in einer sehr frühen Phase, so dass hierzu noch keine Empfehlung für Ladesysteme gegeben werden kann. 24 25

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 3.2.1 Sicherheit der Elektroinstallation Der Einbau einer am netz fest installierten Ladestation (Ladebetriebsart 3 und 4 Laden) oder der Einbau einer Schutzkontakt- oder Industriesteckdose zum Laden (Lade-betriebsarten 1 und 2 Laden) in eine bestehende Infra-struktur stellt eine Erweiterung der elektrischen Anlage dar. Insbesondere bei der Integration in bestehende elektrische Anlagen, sind die Installationsbedingungen durch eine Elektrofachkraft vorab zu prüfen. Bei neuinstallationen und Erweiterungen sind die entsprechenden teile der vDE 0100, insbesondere teil 722 zu berücksichtigen. weiterhin ist die verfügbarkeit der Anschlussleistung mit dem netz- betreiber zu klären. Beim Laden an Bestandsinstallationen (nutzung der Lade-betriebsarten 1 und 2 an vorhandenen Schutzkontakt- Steckdosen) sollte die elektrische Anlage vor der nutzung für das Laden an den vorhandenen Schutzkontaktsteck-dosen ebenfalls grundsätzlich durch eine Elektrofachkraft geprüft werden. Bei bestehenden Installationen ist nicht ausgeschlossen, dass Fehler durch jahrelangen Betrieb und entsprechende Alterung einen sicheren Betrieb nicht mehr gewährleisten. So kann beim dauerhaften Laden an beste-henden Schutzkontakt-Steckdosen durch Alterungsprozesse der Kontakte oder der Stromleitungen oder durch falsche Installation eine Überlast entstehen, die Brandgefahren hervorruft. typische Falschinstallationen (z. B. über einen Lichtschalter geschaltete Außensteckdosen) sind für das Laden von Elektrofahrzeugen ungeeignet und können vom Laien nicht ohne weiteres erkannt werden. Aufgrund der zuvor beschriebenen tatsachen wird daher empfohlen, für eine regelmäßige nutzung Ladestationen und wallboxen der Betriebsarten 3 oder 4 zu installieren. Diese Ladebetriebsarten bieten das höchste Maß an Sicher-heit, Komfort und Zukunftssicherheit. 3.2.2 Dimensionierung der Elektroinstallation hausanschlüsse und die Zuleitungen aus dem versorgungs-netz des netzbetreiber werden typischerweise mit einem Gleichzeitigkeitsfaktor kleiner 100 % der angeschlossenen Leistung ausgelegt. Die gesamte Leistung der vorhandenen verbraucher in einem haus ist somit wesentlich höher als die vom netz zur verfügung gestellte Leistung. Die Kapazi-tät des hausanschlusses kann schon bei einer kleinen An-zahl gleichzeitig ladender Elektrofahrzeuge erschöpft sein. Es kann durchaus notwendig werden, für die versorgung der Elektrofahrzeuge den hausanschluss zu verstärken oder eine separate Zuleitung / hausanschluss für die Elektrofahr-zeuge zu installieren. Die notwendigen Angaben erhält der netzbetreiber durch das Anschlussgesuch des Elektroinstal-lateurs. Alternativ oder ergänzend zu einer verstärkung des hausanschlusses kann ein sogenanntes Lastmanagement eingesetzt werden. Durch ein Lastmanagementsystem können verschiedene Parameter der Ladevorgänge, wie z. B. die Maximalleistung oder die Priorisierungslogik von Ladevorgängen festge-legt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass es durch mehrere gleichzeitig ablaufende Ladevorgänge zu 26 27

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur einer Überforderung der elektrischen Installation und des hausanschlusses kommt. Ein Lastmanagement kann auch zur verbesserten nutzung regenerativer Energie eingesetzt werden. Insbesondere in Gebäuden mit mehreren Anschlussnut-zern, z. B. tiefgarage eines Mehrfamilienhauses, ist ein Lastmanagement zu empfehlen, um eine teure Überdimen-sionierung des netzanschlusses und der Elektroinstallation zu vermeiden. 28 29

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 4.1 Überlegungen für immobilienbesitzer und -verwalter Besitzern, Betreibern oder vermietern einer Liegenschaft stellen sich neue Fragen: welche Ladeinfrastruktur sollte künftig aufgebaut werden? welche elektrischen Installati-onen sind hierfür erforderlich? welche Investitionen sind nötig? wie kann man gegebenenfalls die Investitions- und Betriebskosten an die nutzer verrechnen? wie hoch sind die Betriebskosten? ParkPLäTze fÜr eLekTrofahrzeuGewenn Parkplätze (Stellflächen) mit Ladeinfrastruktur ausge-rüstet werden, sollten diese auch klar als solche markiert, signalisiert und reserviert werden. Eine gute Erkennbarkeit verbunden mit der vorgesehenen nutzung ausschließlich für den Ladevorgang sorgen für Attraktivität und gute Aus-lastung der Station. Eine vorausschauende Planung und Errichtung geeigne-ter Ladepunkte in ausreichender Zahl kann verhindern, dass Fahrzeugbesitzer (z. B. Mieter) ihre Fahrzeuge unter verwendung von verlängerungsleitungen, Kabelrollen, Mehrfachsteckdosen, reiseadaptern usw. aus vorhandenen Steckdosen aus wohnungen, Kellerräumen oder Fluren mit Strom versorgen und damit vermeidbare Gefahren verursachen. EMPFEhLunGEn FÜr BEStIMMtE ZIELGruPPEn 4 30 31

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 4.3 anforderungen seitens der energieversorgung Beim Anschluss von Ladestationen an das netz der all-gemeinen versorgung (öffentliches verteilnetz), sind die Anforderungen der vDE Anwendungsregel vDE Ar n 4102 „Anschlussschränke im Freien am niederspannungsnetz der allgemeinen versorgung – technische Anschlussbe-dingungen für den Anschluss von ortsfesten Schalt- und Steuerschränken, Zähleranschlusssäulen, telekommunika-tionsanlagen und Ladestationen für Elektrofahrzeuge“ zu berücksichtigen. Jeder Ladepunkt, bei dem die abgegebene Energiemenge separat gemessen oder abgerechnet werden soll, muss mit einem intelligenten Elektrizitätszähler ausgestattet sein, der die vorgaben der europäischen „Messgeräterichtlinie“ (2004 / 22 / EC) erfüllt und die elektronische weitergabe ermöglicht. Des weiteren muss jeder Zähler die vorgaben der PtB zur eichrechtskonformen Abrechnung in dieser Applikation erfüllen, um eine verifizierbare Abrechnung von Energiemengen zu ermöglichen. Für DC-Ladestationen besteht hierbei aktuell noch Entwicklungsbedarf. 4.2 Überlegungen für architekten, elektroinstallateure und bauherren Bei der Planung von neu- oder umbauten sollte berück-sichtigt werden, dass für den Zeitraum nach 2020 deutlich wachsende verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen erwartet werden und es je nach Lage und Zielpublikum einer Liegen-schaft zu einer deutlichen häufung kommen kann. Bei neu- und umbauten empfiehlt es sich, eine ausrei-chende Anzahl Leerrohre in geeignetem Durchmesser oder Kabel geeigneter Querschnitte zu den geeigneten Standor-ten sowie Platzreserven in den verteilern vorzusehen, um so erhebliche Folgekosten einzusparen. In großen Liegenschaften ist zudem abzuwägen, ob jedem Stellplatz eine direkt an die Mieter- / Eigentümer-verrech-nungsmessung angeschlossene Ladung ermöglicht wird. Alternativ können zentrale Ladepunkte mit optimierter Infrastruktur vorgesehen werden, welche durch Dienst- leister errichtet, betrieben und abgerechnet werden können. 32 33

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Im folgenden Abschnitt werden die verschiedenen Anfor-derungen an Ladepunkte identifiziert und beschrieben. Dabei erfolgt eine untergliederung in Anforderungen an die elektrischen Betriebsmittel, die elektrische Installation, die mechanische Installation und die verwaltung der Lade-punkte. Der darauf folgende Abschnitt gibt hinweise, welche dieser Anforderungen bei verschiedenen Aufstellungsor-ten relevant sind. Diese hinweise können jedoch nur eine grobe Empfehlung darstellen und müssen je nach konkreter Anwendung individuell präzisiert werden. 5.1 anforderungen 5.1.1 anforderungen an die ausführenden firmen Die Ladeinfrastruktur für Elektromobilität gehört zu den Energieanlagen beziehungsweise elektrischen Anlagen. Energieanlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass die technische Sicherheit gewährleistet ist. Dabei sind vorbehaltlich sonstiger rechtsvorschriften die allgemein anerkannten regeln der technik zu beachten (vgl. § 49 Energiewirtschaftsgesetz (EnwG)). Zum Betrieb gehören auch das Erweitern, Ändern und Instandhalten. Es wird vermutet, dass diese regeln eingehalten wurden, wenn die technischen regeln des vDE eingehalten wurden. Damit er-langt die Einhaltung der normen beim Errichten, Erweitern, AnFOrDErunGEn An DIE LADEInFrAStruKtur An vErSChIEDEnEn OrtEn 5 34 35

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Ändern und Instandhalten eine besondere Bedeutung für Sicherheit und Funktionalität, aber auch für die juristische Absicherung. Dies gilt auch für die Qualifikation. Daher dürfen mit diesen Aufgaben nur Elektrofachkräfte nach DIn vDE 1000-10 (vDE 1000-10):2009-01 betraut werden. Die für die unfall-versicherung maßgeblichen unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften (BGv A3) für Elektrische Anla-gen und Betriebsmittel (frühere unfallverhütungsvorschrift vBG 4, Elektrische Anlagen und Betriebsmittel) sehen verbindlich vor, dass die entsprechende Qualifikation für diese Arbeiten vorliegt. Die BGv A3 bezieht sich auf die De-finition der DIn vDE norm, nach der eine Elektrofachkraft eine Person ist, die aufgrund ihrer fachlichen Ausbildung, Kenntnisse und Erfahrungen sowie Kenntnis der einschlägi-gen normen die ihr übertragenen Arbeiten beurteilen und mögliche Gefahren erkennen kann. Energierechtlich ist nach § 13 der niederspannungsan-schlussverordnung (nAv) für das Errichten, Erweitern und Ändern sowie die Instandhaltung bestimmter teile einer elektrischen Anlage außerdem die Eintragung in das Instal-lateurverzeichnis eines verteilnetzbetreibers erforderlich. Gewerberechtlich ist dafür die Eintragung des Firmen-inhabers oder des Betriebsleiters in die handwerksrolle erforderlich. 5.1.2 anforderungen an die elektrische Installation nuTzunG vorhandener insTaLLaTionenBestehende Elektroinstallationen wurden in der regel nicht für das Laden von Elektrofahrzeugen ausgelegt. Mögli-cherweise ist für eine solche nutzung einer bestehenden elektrischen Anlage eine Anpassung an die geänderten Betriebsbedingungen notwendig. Das Laden an einer nicht geeigneten Elektroinstallation kann gefährlich sein. Dies gilt nicht nur für den Ladevorgang ab der Ladeeinrichtung, sondern auch für die vorgelagerte Installation. hier gilt es Überlastungen und damit das risiko von Bränden oder die Beeinträchtigung der Funktion vor-handener Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen zu vermeiden. Daher ist es grundsätzlich zu empfehlen, das Laden von Elektrokraftfahrzeugen nur an einer geprüften, festinstal-lierten Ladeinfrastruktur durchzuführen (vgl. Abschnitt zu den Ladebetriebsarten). erWeiTerunG besTehender und errichTunG neuer insTaLLaTionenElektroinstallation im Bereich der niederspannung müssen gemäß der DIn vDE 0100 reihe erfolgen. Der im Oktober 2012 veröffentlichte teil DIn vDE 0100-722 (vDE 0100-722):2012-10 beschreibt spezielle Anforderungen für die Energieversorgung von Elektrofahrzeugen. unter ande-rem wird dort für jeden Ladepunkt ein eigener verteiler-stromkreis mit einer eigenen Absicherung und Fehler- 36 37

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur strom-Schutzeinrichtung (FI-Schalter, rCD) gefordert. Es ist für jeden Ladepunkt ein Gleichzeitigkeitsfaktor von 1.0 anzunehmen, wenn kein Lastmanagement vorgesehen ist. Bei der Erweiterung bestehender Installationen um Lade- stationen ist die jeweils gültige vDE 0100 ebenfalls zu beachten. sTrombezuGDie Elektrofachkraft muss die technischen Anschlussbedin-gungen (tAB) des verteilnetzbetreibers berücksichtigen. Dazu gehört die Berücksichtigung der vorhandenen netz-konfiguration (tn-System, tt-System, …). Üblicherweise sind Anschlussleistungen oberhalb 12 kw zustimmungs-pflichtig durch den netzbetreiber. Je nach Leistungsfähigkeit des zu installierenden Lade-punktes und der geplanten nutzung sind Maßnahmen in Bezug auf den Strombezug zu treffen. Die Anmeldung des geänderten netzanschlussverhältnisses erfolgt durch die ausführende Elektrofachkraft bzw. den Elektrofachbetrieb. Bei größeren Energiemengen könnten sich spezielle tarife der Energielieferanten lohnen. Abschaltbare Zählpunkte (siehe § 14a EnwG) bieten eine Möglichkeit zur Einsparung von netzentgelten. BLItz- unD ÜBErSpAnnungSSchutzZum Schutz von Personen und Anlagen ist gemäß DIn vDE 0100-443 (vDE 0100-443) der Schutz gegen Überspannun-gen infolge der atmosphärischen Einflüsse zu bewerten und zu berücksichtigen. Die wichtigsten Einflussfaktoren stellen hierbei der Standort und die notwendige verfügbarkeit der Ladeeinrichtung dar. Die Auswahl der geforderten Über-spannungsschutzeinrichtungen ist in der DIn vDE 0100-534 (vDE 0100-534) geregelt. 5.1.3 anforderungen an die elektrischen Betriebsmittel der Ladestation kennzeichnunG der beTriebsmiTTeL Die Betriebsmittel zur Energieversorgung von Elektrofahr-zeugen (Ladestationen, wallboxen, Ladeleitung, …) müssen die CE-Kennzeichnung tragen. Durch diese erklärt der her-steller die Konformität mit den relevanten Eu-richtlinien und zugehörigen harmonisierten normen. Ein Prüfzeichen einer unabhängigen Prüforganisation, welche von einem für die notwendigen normen durch eine europäische Akkreditierungsstelle, zum Beispiel die Deutsche Akkre-ditierungsstelle DakkS, akkreditiert wurde, weist auf eine neutrale Beurteilung durch Dritte hin. fesTLeGunG der LadebeTriebsarTZunächst ist zu entscheiden, welche Art der Energiever-sorgung und Ladebetriebsart unterstützt werden soll. Dies hängt davon ab, welche Elektrofahrzeuge mit welchen Leis-tungen versorgt werden müssen (siehe Abschnitt „Arten der Energieversorgung von Elektrofahrzeugen – Ladebe-triebsarten“). Aktuelle Elektrofahrzeuge – abgesehen von Pedelecs und E-Bikes – unterstützen überwiegend die La-debetriebsart 3 (in einem Leistungsbereich bis etwa 3,7 kw und teilweise darüber hinaus). Daher stellt dieser Modus in 38 39

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur den kommenden Jahren die Basis für eine breit verfügbare Ladeinfrastruktur dar. fesTLeGunG der LadeLeisTunG / anzahL der LadePunkTeneben der Ladebetriebsart stellt die unterstützte Lade- leistung eine wichtige Kenngröße dar. wie erwähnt, stellt einphasiges AC-Laden bis 3,7 kw (230 v, 16 A) quasi den kleinsten gemeinsamen nenner der Elektrofahrzeuge dar. Gemäß der meisten in Deutschland gültigen technischen Anschlussbedingungen ist einphasiges Laden bis etwa 4,6 kw möglich, in Einzelfällen sind abweichende Festlegun-gen seitens der verteilnetzbetreiber möglich. Darüber hin-aus muss dreiphasiges AC-Laden oder DC-Laden verwendet werden. Dreiphasiges AC-Laden kann z. B. mit 3 x 16 A (11 kw), 3 x 32 A (22 kw) oder mit bis zu 3 x 63 A (44 kw) ausge- stattet sein. Beim DC-Laden unterstützt das empfohlene Combined Charging System aktuell Ladeleistungen bis 80 kw. Dies lässt sich mit einem 3 x 125 A AC-Anschluss (86 kw) realisieren. Es ist zu erwarten, dass viele angebotene Ladestationen sich bei den Anschlussleistungen an den oben angegebe-nen Staffelungen der Anschlusswerte orientieren werden. Für jede Ladestation muss festgelegt werden, wie viele Lademöglichkeiten (Steckdosen, Kabel) zur verfügung gestellt werden sollen und ob diese gleichzeitig mit voller Leistung betrieben werden können. Bei den Steckdosen wird empfohlen, den typ 2 gemäß DIn En 62196-2 zu verwenden, da diese Steckvorrichtungen die größte verbreitung in Deutschland haben und als ausgereifte Produkte verfügbar sind. kommunikaTion und siGnaLisierunG zWischen LadesTaTion und fahrzeuGBei den Ladebetriebsarten 2, 3 und 4 gemäß DIn IEC 61581-1 (vDE 0122-1):2012-01 gibt es immer eine Signalisierung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug, über die Informationen zu den grundlegenden Betriebszuständen ausgetauscht wird. Zusätzlich ist eine Kommunikation gemäß der norm ISO/IEC 15118 (in Erarbeitung) bei Ladebetriebsart 3 optional, bei Ladebetriebsart 4 für das Combined Charging System verpflichtend vorgesehen. Diese Kommunikation erlaubt den Austausch von zahlreichen Informationen wie z. B. Preisinformationen, Informationen über die geplante Dauer des Ladevorgangs und Daten zur Abrechnung. Bei größeren Installationen sollte zumindest die Möglichkeit einer nach-rüstung der Kommunikationsmöglichkeit nach ISO/IEC 15118 bedacht werden. mechanische anforderunGen an die beTriebsmiTTeLJe nach Aufstellungsort und Art der nutzung muss die Lade- station Anforderungen an die umweltbedingungen erfüllen: Mechanische Festigkeit (rammschutz, vandalismus, Graffiti), wetterfestigkeit (geeignete Schutzart, Betriebstemperatur-bereich), uv-Lichtbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, vibrationen. 40 41

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 5.1.4 anforderungen an den aufstellungsort und die mechanische infrastruktur arT der aufsTeLLunG, umGebunGsbedinGunGenJe nach Art der nutzung (z. B. öffentlicher raum) gibt es bestimmte Anforderungen an den Aufstellungsort. Dies beinhaltet zum Beispiel die Kabelführung zur vermeidung von Stolperfallen, die Beschaffenheit der Anbringung (Fun-dament) in Bezug auf mechanische Festigkeit und vandalis-mus und den Schutz der Ladestation vor umwelteinflüssen (direkte Sonne, regen, Schnee, Laub, hochwasser, …). Die Aufstellungsart der Ladestation muss festgelegt werden (freistehend, …). Der Aufstellungsort ist so zu wählen, dass das Fahrzeug ohne verwendung von verlängerungsleitun-gen und Kabeltrommeln angeschlossen werden kann. Für den gesamten Aufbau muss die Standsicherheit nachge-wiesen werden. Es ist die Beschaffenheit der Strukturen zu berücksichtigen, an denen die Ladestation oder wallbox befestigt werden soll (z. B. wandstärke und -material). Aussehen / Gestaltung (Beispiele für mögliche Anforderun-gen, die den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden müssen) Die Ladeinfrastruktur sollte in der unmittelbaren nähe von ein oder zwei Parkplätzen aufgestellt werden können, ohne selbst eine Gefährdung für den verkehr von Fahr-zeugen und Personen darzustellen. Ebenfalls darf bei der Bedienung der Ladeinfrastruktur keine Gefahr für Leib und Leben bestehen. Das äußere Design und die Größenverhältnisse der Ladeinfrastruktur sollen dem umfeld entsprechend ge-staltet sein und es sollte am Aufstellungsort eine ausrei-chende Beleuchtung vorhanden sein. Die äußere Farbgebung und individuelle Gestaltung der Ladeinfrastruktur mit kundeneigenen Logos und Beschrif-tungen sollte möglich sein. vermeidung von unberechtigtem Zugriff auf die Ladeinfrastruktur Die Einrichtungen der Ladeinfrastruktur sollten gegen das unbefugte Öffnen durch Dritte geschützt sein (z. B. Schlüs-selzylinder). Der physikalische Zugriff auf die technik in-nerhalb der Ladeinfrastruktur soll getrennt sowohl für das Personal des verantwortlichen verteilnetzbetreibers als auch für das Personal des Ladestationsbetreibers möglich sein (z. B. Doppelschließzylinder oder Schließsystem). OPtIOnAL: Es soll die Möglichkeit existieren die wichtigs-ten Betriebsdaten der Ladeinfrastruktur mit Sensoren zu erfassen. Dazu gehören folgende Betriebsdaten: tempera-tur, Eintritt von Feuchtigkeit, unberechtigter Zugriff u. a. 42 43

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 5.1.5 Anforderungen an die Verwaltung der Ladepunkte Für den Betrieb einer komplexen Infrastruktur wird emp-fohlen, bereits bei der Planung entsprechende Maßnahmen zur Überwachung, Auswertung und Abrechnung vorzu-sehen. Dafür sind geeignete Schnittstellen zwischen den Ladestationen und einem Backend-System erforderlich. Die zu übertragenden Daten und Informationen sind ab-hängig von den zu unterstützenden Anwendungsfällen und Geschäftsmodellen. sysTemÜberWachunGSpeziell beim Betrieb einer größeren Zahl von Ladepunkten ist eine zentralisierte Überwachung zur effizienten Planung von Servicemaßnahmen sinnvoll. Eine Auswertung kann zur Optimierung des Einsatzes bestehender und zukünftiger Ladepunkte beitragen. PrÜfunG Eine regelmäßige Prüfung der Sicherheit der Ladepunk-te ist durchzuführen. Die Inhalte der Prüfungen und die Prüffristen ergeben sich aus den normen, hersteller- und Errichterhinweisen und je nach Aufstellungsort und nut-zungsart auch aus den gesetzlichen vorgaben (zum Beispiel Arbeitsschutzgesetz und Betriebssicherheitsverordnung) sowie den unfallverhütungsvorschriften der Berufsge-nossenschaften (BGv A3). Die Prüfungen sind durch eine Elektrofachkraft bzw. einen Betrieb des Elektrohandwerks durchzuführen. LasTmanaGemenTEin Lastmanagement kann zur vermeidung von Lastspitzen beitragen. Es ist zum Beispiel eine verringerung des Gleich-zeitigkeitsfaktors möglich. Dadurch können Anforderungen an die Belastbarkeit der Installation reduziert werden. Die Ladeinfrastruktur benötigt für diesen Zweck eine Kommuni-kationseinheit. Gegebenenfalls ist die Einbindung in ein heim-Energie- Management-System beispielsweise zur Eigennutzung von Solarstrom vorgesehen. Bei größeren Liegenschaften (Sondervertragskunden) können durch ein Lastmanage-ment kostenintensive Lastspitzen reduziert werden. abrechnunGEine Abrechnung der einzelnen Ladevorgänge kann aus Gründen des gewählten Geschäftsmodells (z. B. Abrech-nung von verkauftem Strom, vergütung von selbst genutz-tem Strom einer Photovoltaikanlage, …) oder aus bilanz- und steuerrechtlichen Aspekten (Zuordnung von Kosten zu Kostenstellen, versteuerung von geldwerten vorteilen bei Abgabe von Strom an private Mitarbeiterfahrzeuge, …) erforderlich sein. Bei der Erfassung und Abrechnung der Energiemenge sind die gesetzlichen, vertraglichen und normativen Anforderun-gen an Elektrizitätszähler und Abrechnung zu erfüllen. 44 45

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Je nach Aufstellungsort und nutzungsart ist zu spezifizieren, ob die Ladeinfrastruktur nur einer geschlossenen Benut-zergruppe oder der Öffentlichkeit zugänglich sein soll. Bei öffentlich zugänglichen Ladestationen sind Methoden der Bezahlung (zum Beispiel über roaming, SMS-Payment, Bargeld, …) festzulegen. informaTionserfassunG Über LadevorGänGeSpezifikation der für jeden Ladevorgang zu erfassenden Informationen (z. B. Kunden-ID, Ladepunkt-ID, Zähler-ID, Zähleranfangsstand in kwh, Zählerendstand in kwh, geladene Energie in kwh, Ladezeit, verbindungszeit, …). Bei einem Stromausfall dürfen keine Daten, insbesondere die von aktuellen Ladevorgängen, verloren gehen. Belange des Datenschutzes und der Datensicherheit sind zu berücksichtigen. 5.1.6 bedienung, ergonomie, barrierefreiheit und Benutzerinteraktion Fragen der Ergonomie und der Benutzung lassen sich zum teil nur für das Gesamtsystem beantworten aber nicht für die einzelnen Aspekte. So lässt sich zum Beispiel die Frage nach einer guten Ablesbarkeit von Anzeigen nur in Kombi-nation mit dem Aufstellungsort und den dortigen Lichtver-hältnissen beantworten. anLeiTunGenEs ist darauf zu achten, dass eine geeignete Bedienungsan-leitung vorliegt. Dies gilt auch für Montage, Inbetriebnahme und Instandhaltung (wartung). Die benötigten Anleitungen sind den jeweiligen Personengruppen zugänglich zu machen. bedienkonzePTDas Bedienkonzept und die verfügbaren Statusanzeigen müssen anwendergerecht sein und den Benutzer bei allen Schritten eines Ladevorgangs unterstützen. hierzu können Anzeigen und Bedienelemente direkt am Ladepunkt dienen oder es können Medien wie z. B. Smart-phones oder SMS zum Einsatz kommen. Der Einsatz von Piktogrammen sollte in Betracht gezogen werden. Für den vorgang der Authentifizierung – soweit erforderlich – zeichnen sich folgende Möglichkeiten ab: Automatische Authentifizierung über die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation gemäß ISO/IEC 15118 Authentifizierung per rFID Karte (radio Frequency Identification) oder nFC Gerät (near Field Communication) Authentifizierung über hotline 46 47

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Authentifizierung per SMS Authentifizierung über Smartphone App Authentifizierung über webseite Je nach Benutzerkreis sollten hinweise für das verhalten bei Störungen (z. B. hotline) verfügbar sein. Je nach Aufstellungsort und Benutzerkreis sind Anforde-rungen an Barrierefreiheit zu berücksichtigen. Dies betrifft zum Beispiel die höhe der Bedienelemente, Anordnung der Steckdosen und die Beleuchtung. Die Ladesteckdose sollte in mindestens 0,5 m und höchstens 1,5 m höhe angebracht sein. 5.2 parkplatztypen für Autos und ihre Lade-Anwendungsmöglichkeiten Je nach Aufstellungsort ergeben sich sehr unterschiedliche Anforderungen an eine Ladeinfrastruktur. Es ist jeweils abzuwägen, welche der oben aufgeführten Anforderungen für den jeweiligen Einsatzzweck erforderlich sind. Privat – Zugang nur mit Erlaubnis des Eigentümers (Privatgrundstücke; Annahme: Ein bis maximal zwei Ladepunkte) Abbildung 4: Übersicht über die Standorte der Ladeinfrastruktur [Quelle: RWE] Privat Privat Öﬀentlich (Stadt / Gemeinde) Privat Standort-typen Besitz-ﬂäche fürLadestation Stromver-sorgung Über Hausanschluss / Anschlussnehmer (Hauseigentümer) Ggf. separaterLieferpunkt / Zähler Über Anschluss /z. B. Arbeitgeber Ggf. separater Lieferpunkt / Zähler Über Anschluss / Kun-denanlage der Liegen-schaft oder separater Netzanschluss Ggf. separater Lieferpunkt / Zähler Neu zu erschließen / Netzanschluss von Netzbetreiber Ggf. Nutzung vor-handener Anschlüsse Eigene Garageoder Stellplatz Arbeitnehmer-parkplätze auf Firmengelände Kundenparkplätze z. B. Einkaufs-zentrum Straßenrandund öﬀentlicheParkplätze Zu Hause(privat) Am Arbeitsplatz(halbprivat) Bei Infrastrukturpart-nern (halböﬀentlich) Im öﬀentlichenParkstraßenraum halbprivat – Zugang durch Erwerb einer Berechtigung (z. B. tiefgaragen in wohnsiedlungen, Parkplätze von Firmen) halböffentlich – Zugang für Kunden (Parkplätze bei Post, Ladengeschäften, Einkaufszentren, restaurants, auf bewirtschafteten Flächen, in Parkhäusern) Öffentlich – allgemein zugänglich (Straßen, Plätze, Bahnhöfe) 48 49

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Aktuell (Stand August 2013) befinden sich einige der rele-vanten normen zum Aufbau einer Ladeinfrastruktur in Er- oder Überarbeitung. Dadurch wird es zu Änderungen bei den anwendbaren normen kommen. Bei Produktentwicklungen und Konfor-mitätsbewertungen ist die jeweils aktuelle Situation der normen zu berücksichtigen. 6.1 ac-Laden gemäß din en 61851-1 In der relevanten Systemnorm DIn En 61851-1 (vDE 0122-1): 2012-01 für das kabelgebundene Laden werden drei „Lade-betriebsarten“ für das AC-Laden beschrieben: LadebeTriebsarT 1 Bei dieser Ladebetriebsart findet keine Kommunikation zwischen Energieabgabestelle (Steckdose) und Fahrzeug statt. Den Schutz gegen den elektrischen Schlag und Brand muss hier durch die Elektroinstallation sichergestellt sein. LadebeTriebsarT 2Für Situationen, in denen nicht sichergestellt ist, dass die elektrische Festinstallation (Gebäudeinstallation) mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (rCD) ausgerüstet ist, z. B. beim Laden an einer unbekannten Installation, bietet das IC-CPD einen Zusatzschutz gegen elektrischen Schlag. Über ein Pilotsignal erfolgt ein Informationsaustausch und Über-wachung der Schutzleiterverbindung zwischen Infrastruktur und Fahrzeug. ErGÄnZEnDE tEChnISChE InFOrMAtIOnEn unD ZuKÜnFtIGE EntwICKLunG 6 50 51

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Das frühzeitig entwickelte ChAdeMO-System ermöglicht ein Laden mit höheren Leistungen für Fahrzeuge ohne eigene Ladeeinheit. Zur Steuerung wird eine Basiskommunikation basierend auf dem Fahrzeugdiagnosestandard CAn (ISO 11898) verwendet. Der Ladestecker für die Gleichstrom-ladung weist dabei neben den zwei Leistungspins weitere Signal- und Kommunikationspins auf. Aktuell ist dieses Ladesystem für Ladeleistungen bis 62 kw (max. 125 A, max. 500 v) definiert. Aktuell sind Stationen mit 50 kw realisiert. Das Combined Charging System schafft einen einheitlichen Standard mit gleichem elektrischen System und mecha-nischem Bauraum, gleicher Ladesteuerung und gleichen Sicherheitsvorrichtungen für das DC- als auch für das AC- Laden. Dieser Systemansatz stellt eine Alternative zu sepa-raten Lösungen für das AC- und DC-Laden (z. B. ChAdeMO) dar, da es nur eine Schnittstelle am Fahrzeug hat. Gegen-wärtig sind Ladeleistungen bis zu 50 kw realisiert. Zukünftig sind Ladeleistungen von 80 kw und mehr möglich, da der Stecker und die Ladedose bis 200 A ausgelegt sind. Somit bietet dieses System reserven für zukünftige Entwicklungs-fortschritte im Bereich der Batterietechnik und kann zu La-dezeiten führen, die im Bereich von 10–15 Minuten liegen. Zur Ladesteuerung wird der auf der „Power-Line-Kommuni-kation“ basierende Kommunikationsstandard nach ISO/IEC 15118 verwendet. LadebeTriebsarT 3Der Austausch der für das Laden erforderlichen Daten erfolgt über die Kommunikation zwischen der fest ange-schlossenen Ladestation und dem Fahrzeug mittels Puls-weitenmodulation (PwM) gemäß DIn En 61851-1 (vDE 0122-1):2012-01 sowie optional „Power-Line-Kommunika-tion“ (PLC) gemäß ISO/IEC 15118. In der regel unterstützen aktuelle und zukünftige Pkw und leichte nutzfahrzeuge die Ladebetriebsart 3 mit einem Leistungsbereich von etwa 3,7 kw bis etwa 43 kw bei entsprechenden Modellen. 6.2 Dc-Laden – combined charging System Das Laden mit Gleichstrom (DC) wird üblicherweise für höhere Ladeleistungen verwendet. Das DC-Laden gemäß Combined Charging System wird wie Ladebetriebsart 3 zum Laden von Elektrofahrzeugen empfohlen. Das DC-Laden wird in der relevanten Systemnorm DIn En 61851-1 (vDE 0122-1):2012-01 sowie der Produktnorm DIn En 61851-23 (vDE 0122-2-2) (in Erarbeitung) als Ladebetriebsart 4 beschrieben. Es existiert eine Kommunikation zwischen Ladestation und Fahrzeug, über die die höhe der Lade- spannung und des Ladestroms nach den Anforderungen des Fahrzeugs übertragen wird. Grundsätzlich ist das Kabel am Ladepunkt / der Ladestation fest angebracht. Des weiteren werden erweiterte Anforderungen an die Steck-vorrichtung bzw. das Kontaktsystem gestellt, um auch bei Strömen 100 A eine Erwärmung zu verhindern. Zusätzlich sind erweiterte Maßnahmen zur vermeidung des trennens unter Last vorhanden. 52 53

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 6.4 Energierückspeisung In den Medien wird zuweilen die Möglichkeit der rückspei-sung elektrischer Energie von der Fahrzeugbatterie in das elektrische netz beschrieben. neben der rückspeisung von Energiemengen kann die Bereitstellung von regelleistung über kurze Zeiträume im Sekunden- und Minutenbereich eine wirksame Stützung des Stromnetzes darstellen. tech-nisch ist dies machbar und wurde auch schon in Pilot-projekten realisiert. Gegenwärtig sind jedoch weder die Elektrofahrzeuge noch die Ladestationen serienmäßig für diese Anwendung ausgelegt. Ebenso beschreiben die aktu-ellen und die in Erarbeitung befindlichen normen diesen Anwendungsfall noch nicht. Aufgrund der noch notwendigen Forschungs- und Entwick-lungsleistung kann dieser Leitfaden für diese Anwendung noch keine hinweise geben. Steuereinheit und Leistungselektronik ← ↓ Sekundärspule ↓ HV Batterie Steuereinheit und Leistungselektronik ← ↑ Primärspule Abbildung 5: Prinzip induktives Laden 6.3 Induktives Laden Eine weitere technologie, deren Marktreife für die nächs-ten Jahre erwartet wird, ist das induktive oder kabellose Laden. Beim induktiven Laden erfolgt die Energieübertra-gung über einen Luftspalt zwischen zwei sich gegenüber-liegenden Spulen. Es wird daher keine Kabelverbindung benötigt, um die verbindung des Fahrzeugs mit der Lade- infrastruktur herzustellen. Dadurch kann beim induktiven Laden der Ladevorgang nahezu ohne Einwirkung des nut-zers automatisch erfolgen. Der Luftspalt kann 150 mm und mehr betragen. Bei der Ladestation von Elektrofahrzeugen befindet sich die Primär-spule auf dem Boden. Die Sekundärspule befindet sich an der unterseite des Fahrzeugbodens. Idealerweise wird das Fahrzeug so positioniert, dass sich die beiden Spulen direkt gegenüber stehen. Das gesamte Ladesystem besteht aus dem stationären teil, der mit dem Stromnetz verbunden ist und dem mobilen teil im Fahrzeug, das mit der zu ladenden Batterie verbunden ist. Die beiden teile der Ladestation sind daher mechanisch getrennt und arbeiten physikalisch nur über das Magnetfeld zwischen den Spulen und kommunizieren beispielsweise über eine wLAn-verbindung miteinander. Aktuell wird auf internationaler Ebene die IEC 61980 für das induktive Laden erarbeitet. Zurzeit gilt die vDE-Anwen-dungsregel vDE-Ar-E 2122-4-1:2011-03: Induktives Laden von Elektrofahrzeugen, Elektrische Ausrüstung von Elektro- Straßenfahrzeugen. 54 55

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur DIn En 61851 reihe für Ladeinfrastruktur – teil 1 (DIn En 61581-1 (vDE 0122-1):2012-01) – teil 21-1 (zukünftig)– teil 21-2 (zukünftig)– teil 22 (wird zurückgezogen)– teil 23 (zukünftig) – enthält allgemeine Anforderungen an eine DC-Ladestation, die der Anhang CC für das Combined Charging System konkretisiert. DIn En 62196 reihe für Steckverbindungen – teil 1 (DIn En 62196-1 (vDE 0623-1):2012-11 – teil 2 (DIn En 62196-2 (vDE 0623-5-2):2012-11– teil 3 (zukünftig) – definiert im System C die DC-Ladesteckverbindungen DIn En 62752 (zukünftig) für Mode 2 Ladegarnituren ISO/IEC 15118 beschreibt die Kommunikation für das Gleichstromladen zwischen Ladestation und Elektro- fahrzeug DIn En 61439-7 (zukünftig) ISO/IEC 15118 reihe (zukünftig) für Ladekommunikation DIn SPEC 70121 beschreibt das DC-Laden mit dem Com-bined Charging System, wurde im August 2012 veröffent-licht, Ersatz durch ISO/IEC 15118 geplant LItErAtur 7 56 57

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur ISO 17409 (zukünftig) DIn vDE 0100-722 (vDE 0100-722):2012-10: Anforderun-gen für Betriebsstätten, räume und Anlagen besonderer Art – Stromversorgung von Elektrofahrzeugen; elektrische Festinstallation vDE-Ar-n 4102:2012-04 Anschlussschränke im Freien am niederspannungsnetz der allgemeinen versorgung – tech-nische Anschlussbedingungen für den Anschluss von orts-festen Schalt- und Steuerschränken, Zähleranschlusssäulen, telekommunikationsanlagen und Ladestationen für Elektrofahrzeuge vDE-Ar-E 2122-4-1:2011-03: Induktives Laden von Elektrofahrzeugen, Elektrische Ausrüstung von Elektro- Straßenfahrzeugen technische Anschlussbedingungen der netzbetreiber (tAB) 58 59

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur iso Internationale Organisation für normung na normenausschuss nav niederspannungsanschlussverordnung PedelecPedal Electric Cycle PWm Pulsweitenmodulation rcd residual Current Device (Fehlerstrom-Schutzeinrichtung) Tab technische Anschlussbedingungen vda verband der Automobilindustrie vde verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. v. zveiZentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. v. zvehZentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen handwerke bdeWBundesverband der Energie- und wasserwirtschaft e. v. bGv a3 Berufsgenossenschaftliche vorschrift Elektrische Anlagen und Betriebsmittel din Deutsches Institut für normung e. v. din sPec DIn Spezifikation dke DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIn und vDE enWG Energiewirtschaftsgesetz ic-cPd In-Cable Control und Protection Device (Ladeleitungsintegrierte Steuer- und Schutzeinrichtung) iec Internationale Elektrotechnische Kommission ABKÜrZunGSvErZEIChnIS 60 61

Nationale Plattform Elektromobilität Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur 62 63 nOtIZEn

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imPressum Diese Informationsschrift wurde in enger Abstim- mung zwischen vertretern der Arbeitsgruppe 4 „normung, Standardisierung und Zertifizierung“ der nationalen Plattform Elektromobilität (nPE) und den verbänden BDEw, vDA, vDE, ZvEI und ZvEh verfasst. Die Koordination der Erstellung erfolgte durch die DKE. stand: August 2013 verfasser:Arbeitsgruppe 4 „normung, Standardisierung und Zertifizierung“ der nationalen Plattform Elektromobilität (nPE) kontakt:DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIn und vDEDr. Jens [email protected] 15 60596 Frankfurt am Main www.dke.de herausgeber:Gemeinsame Geschäftsstelle Elektromobilitätder Bundesregierung (GGEMO)Scharnhorststraße 34 – 3710115 Berlin Gestaltung:schnellervorlauf gmbh druck:Pinsker Druck und Medien Gmbh

Veröffentlicht: 19. September 2013 Kategorie: Fachartikel

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E-Mobilität