#27: Wie steuert die Wallbox das Laden?

Technik Ladekabel
Öffentliche Ladestation

Der Ladestecker sieht ja schon etwas seltsam aus. Der Grund dafür ist einfach: Neben dem Strom müssen auch ein paar Informationen zwischen Ladesäule und Auto ausgetauscht werden. Das Verfahren dafür ist ziemlich clever und braucht nur zwei analoge Signale: “CP” und “PP”.

Wenn man das Ladekabel einsteckt passiert grob Folgendes:

  1. Die Ladestation stellt fest, das da ein Auto angeschlossen ist — nur dann ergibt es schließlich Sinn, den Strom anzuschalten.
  2. Die Belastbarkeit des Ladekabels wird ermittelt.
  3. Schließlich signalisiert die Ladestation, dass sie bereit zum Laden ist.
  4. Daraufhin fordert das Auto Strom an, die Ladestation schaltet den Strom zu und das Laden beginnt.

Im Detail ist dieser Ablauf ziemlich ausgefuchst. Der Schritt 2 ist dabei der simpelste: Das Kabel hat zwischen der Proximity Plug-Leitung (PP) und der Schutzerde einen Widerstand eingebaut. Die Ladestation misst einfach, wie groß der Widerstand ist, und kann so z. B. ein 32 Ampere-Kabel von einem 13 Ampere-Kabel unterscheiden. Das ist wichtig, denn ein Kabel darf ja nicht überlastet werden. Fehlt der Widerstand oder stimmt der Widerstand nicht mit einem der vordefinierten Stromwerte überein wird das Kabel als defekt angesehen.

Der Rest wird über den Control Pilot (CP) gesteuert. Dabei erzeugt die Ladestation ein Signal zwischen der CP-Leitung und der Schutzerde. Das Auto verändert über eine einfache Schaltung dieses Signal, was wiederum von der Ladestation gemessen und ausgewertet wird. Bei einem normalen Ladevorgang sieht das Signal so aus:

Die CP-Kommunikation eines erfolgreichen Ladevorgangs

Im Zustand A ist noch kein Auto angeschlossen. Die Ladestation legt eine kleine Spannung von +12V an, um das Anschließen eines Autos entdecken zu können. Das sieht man im Zustand B: Durch das Anschließen ändert sich die maximale Spannung von +12 V auf +9 V. Für die Ladestation ist dies das Signal, von einem konstanten Signal auf ein Wechselsignal von +12V und -12V zu wechseln.

Der Grund hierfür ist einfach und genial: Das Auto verändert zwar die obere Spitze des Signals (von +12 V auf + 9V), aber die untere Spitze bleibt bei -12 V. Diese Veränderung wird nur von der Elektronik im Auto erzeugt, nicht aber durch Wasser, das in den Ladestecker gelaufen ist. Die Ladestation kann sich also sicher sein, das da wirklich ein Auto angeschlossen ist.

Im Anschluss daran kann das Auto schließlich den Strom anfordern, der Zustand C ist erreicht. Die obere Spitze des Signals wird vom Auto von 9 V auf 6 V abgesenkt. Die Ladestation weiß damit, das

  1. Ein Auto angeschlossen ist,
  2. welcher Strom maximal zulässig ist (durch die Prüfung des PP-Widerstands),
  3. und auch, das das Auto ladebereit ist.

Nun kann der Strom angeschaltet werden. Aber damit endet die Kommunikation nicht: Die Ladestation verändert nun die Breite des Signals. Nur noch ein kleiner Teil des Signals ist positiv bei 6 V, ansonsten liegen -12V an. Die Breite des Signals kodiert die Stromstärke, die das Auto tatsächlich zum Laden benutzen darf. Das nutzt man zum Beispiel beim Lastmanagement in einem Ladepark oder auch beim Überschuss-Laden aus einer Photovoltaikanlage.

Gleichzeitig dient das CP-Signal auch zum Überwachen des Kabels. Sollte aus irgendeinem Grund das Kabel während des Ladens vom Auto getrennt werden verschwindet auch das CP-Signal. Die Ladestation erkennt das und kappt sofort die Stromzufuhr. Daher ist das Laden an einer Ladestation sehr sicher.

Ein Tester für Ladestationen

Das oben beschriebene Verfahren ist in der DIN EN 61851-1:2012 spezifiziert und wird bei Typ 1- und Typ 2-Anschlüssen eingesetzt. Wer sich für die genaue Funktionsweise interessiert: Ich habe einen Autosimulator zum Testen von Ladestationen gebaut und dort auch das Protokoll genau beschrieben.

Bei DC-Ladestationen wird der Ladevorgang übrigens über ein anderes Protokoll gesteuert. Bei CCS wird allerdings immer noch die CP-Kommunikation für die Freischaltung und das Überwachen des Ladens genutzt. Dieses Verfahren ist einfach sehr sicher und robust — warum sollte man es ersetzen?