DC-Energy-Meter

Mit Gleichstrom-Ladesäulen lassen sich E-Fahrzeuge in wenigen Minuten nachladen. Da es bis vor Kurzem keine eichrechtskonformen Zähler für sie gab, hat Porsche Engineering ein eigenes System entwickelt.

 Wer sportlich fährt, will keine langen Zwangspausen zum Laden einlegen. Rund vier Minuten soll es darum nur dauern, den Porsche Taycan für 100 Kilometer Reichweite nach NEFZ aufzuladen. Dabei erwarten Käufer eines Elektrofahrzeugs, dass eine Infrastruktur für schnelles Laden zur Verfügung steht.

Die Wellen des Atlantiks branden tosend an den Klippen. Ein paar Möwen krächzen in der Ferne. Unterhalb der Kaimauer führt eine Straße direkt in den Ozean und endet im Nirgendwo. Etwas weiter dahinter ragen noch vereinzelt Verkehrsschilder gespenstisch aus dem Wasser.
Rund 450 Kilometer südwestlich von Paris oder passender, nur 250 Kilometer von Le Mans entfernt, befindet sich eine der wohl sonderbarsten Straßen dieser Welt: die Passage du Gois. Auf einer Gesamtlänge von knapp fünf Kilometern im Golf von Biskaya verbindet sie die Insel Noirmoutier mit dem französischen Festland. Bei Ebbe ist sie eine Straße wie jede andere – bei Flut ist sie verschwunden.
„Einige fordern die Passage immer wieder heraus. Wo das enden kann, seht ihr hier...“, erzählt Austernfischer Gérard Moreau und deutet auf Bilder gestrandeter und halb versunkener Autos. „Ich kam schon als kleines Kind oft mit meinen Eltern an diesen Ort, er fasziniert mich bis heute.“
„Einmal wurde sogar ein Freund von der Flut überrascht. Nur einen Kilometer von der Insel entfernt musste er sein Auto am Ende zurücklassen. Zum Glück war er ein guter Schwimmer und schaffte es aus eigener Kraft wieder an Land. Sein Auto versank komplett im Meer.“

Menschen wie Gérard Moreau leben seit Jahrzehnten mit der Passage du Gois. Den Gezeiten muss man sich hier unweigerlich beugen. Die einsetzende Flut ist nur schwer zu sehen, zu hören schon gar nicht. Zumindest für den Menschen. Der neue 911 mit dem Porsche Wet Mode schafft das.
Akustische Sensoren in den vorderen Radhäusern Das Porsche-Assistenzsystem Wet Mode dient zur Erkennung von deutlicher Fahrbahnnässe inklusive jederzeit manuell wählbarem Fahrprogramm Wet, das entwickelt wurde, um den Fahrer bei schlechten Wetterverhältnissen zu unterstützen.

„Die Herausforderung bestand darin, ein System zu entwickeln – ohne genau die Anforderungen zu kennen, die daran gestellt werden“, erklärt Fachprojektleiter Alexander Schneider-Schaper. Denn noch im vergangenen Herbst war nur eines sicher: Jeder Stromkunde hat ein Recht darauf, exakt zu erfahren, wie viel Energie er zu welchem Zeitpunkt bezogen hat. Die Ingenieure mussten darum mit der Entwicklung des DC Energy Meters starten, als vieles noch unklar war. Die Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (DKE), ein Organ des Deutschen Instituts für Normung (DIN) und des VDE, arbeitete zu Projektbeginn noch an den Vorschlägen für die Richtlinien, die dann durch den Regelermittlungsausschuss (REA) nochmals bewertet und an die Eichbehörde weitergeleitet werden sollten.
Das Messen des Stromverbrauchs an einem Ladepunkt bzw. einer Ladesäule ist nicht ganz trivial. Anders als im Haushalt, wo der Nutzer immer derselbe ist und es genügt, einmal im Jahr den Zählerstand abzulesen, wechseln bei öffentlichen Ladepunkten für Elektromobile die Verbraucher ständig. Jeder Einzelne von ihnen hat das Recht auf eine Abrechnung, die präzise und transparent ist. Daraus ergab sich der Anforderungskatalog für die Entwicklung des Porsche DC Energy Meters: Es muss einen Nutzer erkennen, die Uhrzeit des Aufladens protokollieren sowie während des Ladevorgangs Strom, Spannung und Zeit messen, woraus sich die elektrische Arbeit in Kilowattstunden berechnen lässt. All diese Daten müssen anschließend sicher über ein Backend zum Provider transportiert werden, von dem die Kunden dann eine detaillierte Rechnung erhalten.

Eine weitere große Herausforderung waren die beengten Platzverhältnisse in der Ladesäule. Den meisten Raum beanspruchen hier die Anschlüsse, das Ladekabel mit integrierter Kühlung und die Ladekontrolleinheiten. Um die zusätzliche Technik unterbringen zu können, entwickelten die Ingenieure ein zweiteiliges System aus dem eigentlichen DC Energy Meter sowie der Sensoreinheit für die Strom- und Spannungsmessung. Letztere ist in den Strompfad zwischen Verbraucher und Zapfsäule geschaltet. Sie kann Ströme bis maximal 500 Ampere und Spannungen bis 1.000 Volt messen.

Bei Nässe wird empfohlen, manuell den Wet Mode zu wählen 

Verbindung zum Backend-Server
Seine Messwerte übermittelt der Sensor an das eigentliche DC Energy Meter, das nicht größer als eine 0,5-Liter-Getränkedose werden durfte. Es zeichnet die Daten auf, ermittelt die übertragene Energiemenge, ordnet sie den Kundendaten zu und verschnürt das gesamte Paket zu einem signierten Tupel – einem Datenbündel, das nicht mehr verändert werden kann. Es steht dann dem Backend-Betreiber zur Verfügung, der auf dieser Grundlage die Rechnungen stellen kann. Bei ihm kann der Kunde über eine Transparenz-Software – etwa eine App – abrufen, wann er wo und wie viel getankt hat. Diese Informationen lassen sich aber auch schon während des Tankens auf einem von Porsche Engineering entwickelten LC-Display ablesen.

„Wichtig war bei der Entwicklung des Systems auch der Schutz vor Manipulation“, berichtet Schneider-Schaper. Um sicherzustellen, dass niemand den Sensor oder das DC Energy Meter öffnet, wurden Gehäuse entwickelt, die fest verschlossen und verplombt sind. Die Zulassung durch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt – der momentan einzigen Konformitätsbewertungsstelle für den Anwendungsbereich Elektromobilität – wird noch 2019 erfolgen, nachdem inzwischen die Bewertungskriterien für die Zulassung feststehen. Untersucht wurden dabei unter anderem Konstruktion und Funktion, Umweltverträglichkeit sowie der mess- und eichrechtkonforme Betrieb von Ladesäule und Software.

Dem Rollout der Technik steht damit nichts mehr im Wege. „Derzeit steht überall der Ausbau der Infrastruktur im Vordergrund, obwohl es noch keine Richtlinien und Normen gibt“, erklärt Schneider-Schaper. „Hier hat Deutschland die Chance, eine Vorreiterrolle einzunehmen und damit auch die hier zertifizierte und zugelassene Technik zu etablieren.“

Das DC Energy Meter auf einen Blick

Spannungsmessung: 0 bis 1.000 V
Strommessung: 0 bis 500 A
Temperaturbereiche: 40 bis +85 °C Lagertemperatur, 40 bis +70 °C Betriebstemperatur
Abmessung Gehäuse DC Energy Meter: B 162 mm, H 82 mm T 55 mm
Sensor: B 130 mm, H 104 mm, T 59 mm
Erfasste Messwerte: Spannung, Strom, Leistung, Energie, Anzeige, Energieverbrauch, Zeitdauer, Zeit, Datum, Nutzerkennung
Genauigkeit: 0,5 % des Messwerts für Spannung, 0,4 % des Messwerts für Strom
Gewicht: 530 g

Das DC Energy Meter erfüllt die Zählernormen EN 50470-1 und EN 50470-3 sowie die gängigen Messanforderungen, beispielsweise in Bezug auf elektromagnetische Verträglichkeit, Temperatur und Vibrationen. Das Gehäuse ist gemäß Schutzklasse IP 30 vor dem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt.

Quelle: Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG

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