EVSE Monday | Oplaadtheorie, signaleringsprotocollen en aansluitmateriaal

EVSE Blog 2

Om EVSE-installaties veilig te installeren, op te leveren of te inspecteren is het van belang te weten welke typen laadinrichtingen, signaleringsprotocollen en oplaadmethoden er zijn. Daarom neem ik jullie op deze tweede EVSE Monday mee in een stukje techniek en theorie achter laadinrichtingen.

EVSE-oplaadtheorie

De openbare- en privé-oplaadpunten voor elektrische auto’s leveren onder bepaalde voorwaarden een AC-laadspanning of -laadstroom. De noodzakelijke AC/DC lader is onderdeel van het elektrische voertuig en wordt bepaald door de automobielfabrikant.

In de praktijk zien we de volgende typen maximale laadstromen.

Vermogen (kW)1-fase/3-fasenSpanningStroomOpmerking
3,7kW1-fase230VAC16AAC/DC-lader
7,4kW1-fase230VAC32AAC/DC-lader
11,0kW3-fasen400VAC16AAC/DC-lader
22,0kW3-fasen400VAC32AAC/DC-lader
50kVADCDC-snellader
100kVADCDC-snellader
150kVADCDC-snellader


De elektrische auto is voorzien van een boordcomputer die bepaalt welke laadstroom wordt toegelaten. Als de interne lader maximaal 11 kW aan laadvermogen kan verwerken, zal de laadstroom nooit hoger worden dan 16A. Andersom geldt dat bij een interne lader met een maximaal laadvermogen van 22kW de laadstroom van een 11 kW laadpaal nooit hoger wordt dan 16A. Het elektrische voertuig bepaalt dus de laadstroom. Maar hoe werkt deze signalering eigenlijk?

Signaleringprotocollen

Het oplaadproces wordt bestuurd en gecontroleerd door signalen vanuit het elektrisch voertuig. De autonomie ligt dus bij het voertuig.

Het Proximity Pilot signaal (PP), is een aanwezigheidssignaal van 1kHz voor het detecteren van het voertuig en voorkomt dat het voertuig kan wegrijden tijdens het opladen of als de vergrendelde oplaadkabel is aangesloten op de laadinrichting.

Het Control Pilot signaal (CP) bestuurt het werkelijke oplaadproces en kent de volgende modi:

A: EVSE in slaapstand
B: PEV gedetecteerd, EVSE laadt niet
C: PEV gereed voor laden, laden start
D: PEV gereed voor laden met ventilatie, laden start
E: Pilot fout, opladen onderbroken

Type 2 EVSE connector

Het signaleringsprotocol is ontwikkeld om onderstaande zeker te stellen:

  • Laadinrichting detecteert aanwezigheid van AC voeding.
  • Voertuig detecteert connector aanwezigheidscircuit (proximity circuit).
    Voertuig verhindert het wegrijden met aangesloten connector.
  • Control pilot functies beginnen.
  • Laadinrichting detecteert plug-in voertuig (PEV).
  • Laadinrichting informeert plug-in voertuig, gereed voor laden.
  • Vaststellen ventilatie-eisen PEV (binnen/buiten).
  • Laadinrichting verschaft informatie stroomcapaciteit aan PEV.
  • PEV start energietransport.
  • PEV en laadinrichting monitoren continue veiligheidsaarde.
  • Laden wordt continu bepaald door PEV.
  • Laden kan onderbroken worden door loskoppelen connector van PEV.
ModusLaadtoestandWeerstand CP-PEWeerstand R2Spanning CP-PE
AStand-byOpen, of ꚙ Ω+12V
BVoertuig gedetecteerd2740 Ω+9 ±1V
CLaden882 Ω1300 Ω+6 ±1V
DLaden met ventilatie246 Ω270 Ω+3 ±1V
EGeen vermogen (uit)0V
FFout-12V


Er vindt een eenduidige communicatie plaats tussen het elektrisch voertuig en de elektrische laadinrichting. Niets wordt aan het toeval overgelaten, maar in hoeverre zijn de voorgenoemde controlesignalen stabiel en liggen deze binnen de gestelde grenswaarden? De oorzaken van storingen tijdens het oplaadproces kunnen dus ook door deze signalen worden veroorzaakt. Het kunnen simuleren en meten van deze signalen hoort bij de functionele controle van laadinrichtingen.

Oplaadmethoden

Mode 1 opladen

Mode 1 EVSE

Aansluiting van het elektrisch voertuig op het AC-voedingsnet, waarbij gebruik wordt gemaakt van genormaliseerde contactdozen met een stroom lager dan of gelijk aan 16 A en een spanning lager dan of gelijk aan 250 V AC (éénfase stelsel) of 480 V AC (driefasen stelsel) aan de voedende zijde, en waarbij de actieve geleiders en de beschermingsleiding worden gebruikt. Om reden van oververhitting en brandgevaar, wordt deze oplaadmodus bij moderne elektrische voertuigen niet meer toegepast.

Mode 2 opladen

Mode 2 EVSE

Aansluiting van het elektrisch voertuig op het AC-voedingsnet, waarbij gebruik wordt gemaakt van genormaliseerde eenfase- of driefasencontactdozen met een stroom lager dan of gelijk aan 32 A en een spanning lager dan of gelijk aan 250 V AC (éénfase-stelsel) of 480 V AC (driefasen-stelsel) én waarbij de actieve geleiders en de beschermingsleiding samen met een stuurfunctie en een systeem voor beveiliging van personen tegen elektrische schok (beveiligingstoestel voor aardlekbeveiliging) worden gebruikt tussen het elektrische voertuig en de connector, of deel uitmaken van de in de kabel opgenomen regeleenheid. Deze modus van opladen wordt doorgaans alleen in noodgevallen toegepast.

Mode 3 opladen

Mode 3 EVSE

Aansluiting van het elektrisch voertuig op het AC-voedingsnet, waarbij gebruik wordt gemaakt van specifiek, aan het voertuig gerelateerd materieel voor de voeding, waarbij de stuurfunctie ook materieel betreft dat zich bevindt in het vast aan het AC-voedingsnet aangesloten materieel voor de voeding van elektrische voertuigen. Dit is de standaard toegepaste oplaadmodus bij openbare oplaadinrichtingen voor elektrische voertuigen.

Mode 4 opladen

Mode 4 EVSE

Aansluiting van het elektrisch voertuig op het AC-voedingsnet, waarbij gebruik wordt gemaakt van een externe lader. De stuurfunctie betreft ook materieel dat vast aan het AC-voedingsnet is aangesloten. DC-snelladers werken volgens deze oplaadmodus.

In Nederland wordt dus voornamelijk het principe Mode 3 opladen toegepast als het gaat om openbare- en privé-laadinrichtingen.

Typen aansluitmateriaal

In Europa en in Nederland worden standaard voornamelijk de type 2 en type 2-combo connectoren toegepast. Wereldwijd worden ook type 1, type 3 en type 4 connectoren toegepast. Deze laat ik voor nu buiten beschouwing.

Type 2 | Éénfase- en driefasen voertuigconnector, conform VDE-AR-E 2623-2-2 connector specificaties. (Afbeelding: Mennekes)

Type 2 Combo | DC-connector voor het snel opladen van elektrische voertuigen met DC-stroom, bijvoorbeeld bij FastNed.

EVSE Monday

Nu ik jullie deze week de basisprincipes van oplaadtheorie heb bijgebracht, neem ik jullie volgende week mee in een stukje visuele en functionele controle van elektrische laadinrichtingen. Tot maandag!