Wie steuert eine Ladestation die Ladeleistung?

13 Technik Sicherheit

Ob man nun möglichst nur mit Strom von der eigenen Photovoltaikanlage laden möchte oder sich die zur Verfügung stehende Ladeleistung mit den Nachbarn in der Tiefgarage teilen muss: Jede Ladestation ist in der Lage, die zur Verfügung stehende maximale Ladeleistung an das Auto zu melden. Es gibt natürlich Ladestationen, bei denen man nur über einen kleinen Drehschalter den maximalen Strom einstellen kann, den die Elektroinstallation verkraftet. Diese melden halt immer genau diesen Wert an das Auto.

Andere Ladestationen gehen einen Schritt weiter. Manche können die Ladeleistung so kleinschrittig steuern, das bei genügend PV-Leistung gar kein Strom mehr aus dem Netz hinzugekauft werden muss — das ist in Sachen Eigenverbrauch extrem attraktiv. Ob man nun lediglich das Limit der Elektroinstallation oder den Stromüberschuss einer Photovoltaikanlage an das Auto kommuniziert: Der Mechanismus ist immer gleich. Und verdammt clever!

Die CP-Leitung eines Ladekabels erfüllt nämlich mehrere Funktionen auf einmal. Einerseits dient sie der Sicherheit, denn die Erdung des Autos wird darüber kontinuierlich überwacht. Aber auch die Ladeleistung, die das Auto abrufen darf, wird darüber kommuniziert. Das funktioniert so:

Das Signal auf der CP-Leitung

Auf der Y-Achse ist die Spannung aufgezeichnet, die X-Achse gibt die Zeit wieder. Die Spannung schwankt auf eine bestimmte Art zwischen positiven und negativen Werten. Dieses Signal wird immer von der Ladestation erzeugt und vom Auto auf eine bestimmte Weise elektrisch verändert. Dazu hat das Auto eine kleine elektronische Schaltung, die ich in meinem Autosimulator zum Testen von Ladestationen genauer erläutere. Hier ein schneller Überblick über die CP-Funktionen:

  1. Ist die Erdung okay? Dafür schaltet die Ladestation das Signal zwischen +12V und -12V um. Wichtig ist, das die -12V unverändert bleiben — so kann die Ladestation sicherstellen, das auch wirklich ein Auto angeschlossen ist und das die Erdungsverbindung funktioniert.
  2. Der Zustand der Ladestation: Zu Beginn wechselt die CP-Spannung nicht, sondern ist permanent auf 12V (Zustand A). Das bedeutet, das die Ladestation bereit zum Laden ist. Gibt es einen Fehler, so wäre die Spannung bei 0V. Das wiederum kann das Auto erkennen und eine Fehlermeldung anzeigen.
  3. Der Zustand des Autos: Der wird signalisiert, indem der positive Anteil des Signals verändert wird. Wenn ein Auto angeschlossen wird, fällt die positive Spannung von 12V auf 9V. Damit weiß die Ladestation, das jemand laden möchte, und kann die Erdungsüberwachung aktivieren (Zustand B). Wenn alles in Ordnung ist verändert das Auto die Spannung auf 6V (Zustand C). Das heißt soviel wie “alles prima, gibt Strom!". Und genau das macht die Ladestation dann auch.

Wer genau hinschaut hat vielleicht bemerkt, das sich der Abstand zwischen den “Impulsen” von Zustand B nach Zustand C ändert. Das Signal ist nur noch kurz im positiven Bereich (bei 6V), und relativ lang im negativen (-12V). Und genau dieses Verhältnis zwischen positiv und negativ kodiert den maximalen Ladestrom!

Die Ladestation setzt damit die Obergrenze. Werte kleiner 6A sind allerdings nicht zulässig; und bei der schlechten Effizienz der Bordladegeräte sind kleinere Werte auch nicht sinnvoll. Wer in die Tiefe einsteigen möchte findet hier mehr Details.