EMV-gerechte Kommunikationsschnittstelle

Damit Elektrofahrzeug und Ladestation in Zukunft sicher miteinander kommunizieren können, wollen die auf das Fachgebiet Elektromagnetische Verträglichkeit spezialisierten Forscher der Westsächsischen Hochschule Zwickau im Auftrag der deutschen Autohersteller ein Standardsystem für die Kommunikation entwickeln.

Ein regelmäßig genannter Kritikpunkt an der Praxistauglichkeit von Elektrofahrzeugen ist neben der Reichweite die vergleichsweise lange Ladezeit der eingebauten Batterien. Um diesem Nachteil zu begegnen, entstehen aktuell immer mehr öffentliche Ladestationen mit hoher Leistung. Die Auslegung der Ladetechnik und die damit verbundene maximale Ladeleistung von derzeit verfügbaren Serienfahrzeugen sind sehr vielfältig.

Für das DC-Laden ist eine Kommunikation zwischen dem Ladeequipment und dem Elektrofahrzeug zwingend erforderlich. Im ersten Schritt dient diese zum Austausch der erforderlichen Ladeparameter wie Strom und Ladespannung. Die Kommunikation ist sicherheitsrelevant und muss während des gesamten Ladevorganges aufrechterhalten bleiben. Ein Abbruch der Kommunikation führt zum Beenden des Ladevorganges.

Im zweiten Schritt sind auch der Informationsaustausch für die Abwicklung von Bezahlvorgängen bis hin zu Mehrwertdiensten wie Videostreaming oder Softwareupdates angedacht. Der Kommunikationskanal ist durch Power Line Communication (PLC) realisiert, welche auf eine bestehende Kontrollleitung der Ladeschnittstelle moduliert wird. Diese Kontrollleitung ist durch einen Kontakt im Ladestecker verbunden und verläuft im gleichen Kabel wie die stromführenden Ladeleitungen. Aufgrund der örtlichen Nähe zu den stromführenden Leitungen ist die Kontrollleitung besonders anfällig für Störungen, welche durch die hohen Ladeströme hervorgerufen werden. Die Parameter des Kommunikationskanals und die der ihn beeinflussenden elektronischen Systeme sind aktuell Gegenstand der Untersuchungen und noch nicht vollumfänglich standardisiert.

An der Realisierung einer sicheren Datenübertragung aus Sicht der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) forscht das EMV-Team des Forschungs- und Transferzentrums an der WHZ im Auftrag der deutschen Automobilhersteller.

Dazu wurden am Markt verfügbare DC- und AC-Ladekabel unter anderem bezüglich ihrer Koppeleigenschaften zwischen den stromführenden Adern und der Kontrollleitung untersucht, welche maßgeblich Einfluss auf die Störfestigkeit der Kommunikation haben.

Von der Forschungsgruppe wurde hierfür ein Referenzsystem entwickelt, das die EMV-Untersuchung der Power Line Communication auf der Kontrollleitung ermöglicht. Dieses System ist bezüglich der Schnittstelleneigenschaften maximal flexibel. Per Software können sämtliche Parameter variiert werden, wodurch auch automatisierte Testabläufe möglich sind. Darüber hinaus kann das Referenzsystem auch eine Ladestation oder das Elektrofahrzeug bezüglich der Kommunikation nachbilden. Aufgrund der optimierten EMV-Eigenschaften wird das System inzwischen ebenfalls bei EMV-Qualifizierungsmessungen von Autoherstellern und Herstellern von Ladeequipment eingesetzt. Auch für Entwickler der Vehicle-to- Grid (V2G) Kommunikation ist das Referenzsystem wegen der variablen Schnittstelleneigenschaften von Interesse. So können Interoperabilitätstest mit verschiedenen Herstellern auch weit über die genormten Funktionsbereiche hinaus durchgeführt werden.