EV Connect-Ladestation: Leitfaden zu Transformatoren und Netzteilen

Elektrofahrzeuge werden zum alltäglichen Fortbewegungsmittel und damit wächst natürlich auch der Bedarf an Ladeinfrastruktur. Aber einLadestation für Elektrofahrzeugeist nicht einfach ein Ladegerät, das an eine Wand angeschlossen wird.

Hinter einem modernenev connect LadestationEs können Transformatoren, Schaltanlagen, Verteilertafeln, Schutzausrüstung, Zähler, Energiespeichersysteme und Überwachungssteuerungen vorhanden sein. Bei größeren Ladestandorten, insbesondere solchen mit Gleichstrom-Schnellladegeräten, kann das elektrische System überraschend anspruchsvoll werden.

Das ist, wo dieTransformatorkommt rein.

Für Entwickler von Ladestationen für Elektrofahrzeuge, EPC-Auftragnehmer, Versorgungsunternehmen und Anlageneigentümer ist es wichtig zu verstehen, wie die Ladeausrüstung an das Stromnetz angeschlossen wird. Ein gut konzipiertes Transformator- und Verteilungssystem kann einen großen Unterschied in Bezug auf Zuverlässigkeit, Effizienz und die Möglichkeit einer späteren Erweiterung der Ladestation machen.

Was ist eine EV Connect-Ladestation?

Einev connect LadestationDabei handelt es sich im Wesentlichen um eine Anlage zur Stromversorgung von Elektrofahrzeugen über spezielle Ladegeräte. Abhängig von der Anwendung kann es über AC-Ladegeräte, DC-Schnellladegeräte oder eine Mischung aus beidem verfügen.

Der Strombedarf kann sehr unterschiedlich sein. Ein kleiner Standort mit einigen AC-Ladegeräten kann eine relativ geringe Belastung haben. Ein kommerzieller Ladehub hingegen könnte über mehrere Hochleistungs-Gleichstromladegeräte verfügen, die gleichzeitig betrieben werden. Das ist eine ganz andere elektrische Herausforderung.

Eine typische Ladestation für Elektrofahrzeuge kann die folgende Ausrüstung umfassen:

Nicht jede Ladestation verfügt über alle diese Komponenten. Die endgültige Einrichtung hängt von den Nennwerten des Ladegeräts, der Netzspannung, den Standortbedingungen, den örtlichen elektrischen Anforderungen und den Plänen für zukünftige Erweiterungen ab.

Warum braucht eine Ladestation für Elektrofahrzeuge einen Transformator?

Die vom Energieversorger gelieferte Spannung ist nicht unbedingt die Spannung, die das Ladegerät benötigt. Bei vielen kommerziellen Ladeprojekten und Hochleistungsladeprojekten kommt der Strom vom Energieversorger mit mittlerer Spannung. Ein Transformator wandelt sie dann in eine geeignete niedrigere Spannung für das Verteilungssystem der Station um.

Vereinfacht ausgedrückt fungiert der Transformator als Brücke zwischen der Stromversorgung und dem Ladegerät.

Transformatorauswahl für eineev connect Ladestationsollten nicht allein auf den Angaben auf dem Typenschild des Ladegeräts basieren. Es steckt noch ein bisschen mehr dahinter. Ingenieure berücksichtigen normalerweise die gesamte angeschlossene Last, die Anzahl der Ladegeräte, die wahrscheinlich gleichzeitig betrieben werden, den Leistungsfaktor, die Effizienz, die Oberschwingungsbelastung, zukünftige Erweiterungen, die Umgebungsbedingungen und ob ein gewisses Maß an Redundanz erforderlich ist.

Wenn Sie dies gleich zu Beginn richtig machen, können Sie sich später viel Ärger ersparen. Niemand möchte eine Ladestation installieren und nach ein paar Jahren feststellen, dass der Transformator zum Flaschenhals geworden ist.

Transformatordimensionierung für eine EV Connect-Ladestation

Die Dimensionierung des Transformators ist einer der wichtigsten Aspekte beim Entwurf einer Hochleistungs-Ladestation für Elektrofahrzeuge.

Stellen Sie sich einen Standort mit zehn Gleichstrom-Schnellladegeräten mit einer Nennleistung von jeweils 150 kW vor. Wenn alle zehn Ladegeräte mit voller Leistung betrieben würden, wäre die theoretische Belastung:

10 × 150 kW=1,500 kW

Es könnte verlockend sein, sich einfach für einen 1.500-kVA-Transformator zu entscheiden und es fertig zu sagen. Tatsächlich bedarf die Dimensionierung von Transformatoren einer genaueren Betrachtung.

Leistungsfaktor, Ladegeräteffizienz, gleichzeitiger Ladebedarf, Betriebsbedingungen und zukünftiges Wachstum beeinflussen alle die endgültige Auswahl. Eine vereinfachte Berechnung kann wie folgt geschrieben werden:

Transformator kVA=Last kW ÷ Leistungsfaktor

Zum Beispiel bei einer Last von 1.500 kW und einem Leistungsfaktor von 0,95:

1.500 ÷ 0,95 ≈ 1.579 kVA

Der Ingenieur würde dann die verfügbaren Standardtransformatorwerte prüfen und die am besten geeignete Kapazität für das Projekt ermitteln.

In manchen Fällen ist die Wahl eines etwas größeren Transformators sinnvoll, da dieser mehr Spielraum bietet und den späteren Einbau zusätzlicher Ladegeräte ermöglicht. Aber größer ist nicht automatisch besser. Ein unnötig überdimensionierter Transformator kann die Projektkosten erhöhen und möglicherweise weniger effizient arbeiten, wenn die tatsächliche Last niedrig ist.

Es geht wirklich darum, die richtige Balance zu finden.

​​​​​​​EV-Ladegeräte und harmonische Lasten

Moderne Ladegeräte für Elektrofahrzeuge sind stark auf Leistungselektronik angewiesen. Diese Systeme sind effizient und ermöglichen eine präzise Steuerung des Ladevorgangs, können aber auch Oberschwingungsströme in das elektrische System einleiten.

Bei einer kleinen Installation stellt dies möglicherweise kein großes Problem dar. Im Großen und Ganzenev connect LadestationBei vielen Hochleistungsladegeräten, die zusammen betrieben werden, verdienen Oberschwingungen jedoch viel mehr Aufmerksamkeit.

Oberschwingungsströme können die Erwärmung und Verluste des Transformators erhöhen und zu Spannungsverzerrungen beitragen. Sie können sich auch auf die Belastung des Neutralleiters und die Gesamtleistung angeschlossener elektrischer Geräte auswirken.

Aus diesem Grund ist das Design des Transformators wichtig. Abhängig von der Ladeausrüstung und den Ergebnissen einer Stromqualitätsstudie könnte ein Projekt einen Transformator verwenden, der für nichtlineare Lasten geeignet ist, aK-bewerteter Transformator, a Oberwellen-abmildernder Transformator, oder eine andere geeignete Lösung.

Es gibt keinen einzigen Transformator, der für jedes Ladeprojekt für Elektrofahrzeuge geeignet ist. Vor der endgültigen Entscheidung sollten die elektrischen Eigenschaften des Ladegeräts berücksichtigt werden.

Trockener-Typ oder öl-Transformator?

In Ladeanwendungen für Elektrofahrzeuge können sowohl Trockentransformatoren als auch Öltransformatoren verwendet werden. Welche Variante sinnvoller ist, hängt weitgehend davon ab, wo der Transformator installiert wird und was das Projekt erfordert.

Trockentransformatoren-

Trockentransformatoren -sind häufig gut für Innenladeeinrichtungen, Gewerbegebäude, Parkhäuser und andere Standorte geeignet, an denen ein ölfreier Transformator bevorzugt wird.

Sie verwenden keine flüssige Isolierung, was die Installation in bestimmten Innenräumen vereinfachen kann. Gießharz-Trockentransformatoren-werden häufig auch dann in Betracht gezogen, wenn Umgebungsbedingungen, Brandschutzanforderungen und Wartungsaspekte wichtig sind.

Für eine Ladestation innerhalb oder in der Nähe eines Gewerbegebäudes kann ein Trockentransformator -eine praktische Lösung sein.

Öl-Transformatoren

Öltransformatoren-werden häufig für Außenbereiche und größere Anlagen eingesetztVertriebsanwendungen. Sie bieten eine starke thermische Leistung und sind in einer breiten Palette von Kapazitäten erhältlich.

Für einen Outdoorev connect Ladestation, kann ein Öltransformator eine sinnvolle Wahl sein, insbesondere wenn die Station direkt an ein Mittelspannungsnetz angeschlossen ist.

Auf dem Pad-montierte Transformatorensind eine weitere erwägenswerte Option für Ladestationen im Freien. Sie können in der Nähe der Ladeausrüstung installiert werden, während die elektrischen Geräte geschlossen und geschützt bleiben.

Die Entscheidung zwischen Trocken--Bauweise und Öl--Bauweise sollte letztendlich von der Spannungshöhe, der Kapazität, der Installationsumgebung, den Sicherheitsanforderungen, den örtlichen Vorschriften und den Spezifikationen des Versorgungsunternehmens am Standort abhängen.

Ladestationen und Energiespeicher für Elektrofahrzeuge

Die Speicherung von Batterieenergie wird für-Hochleistungsladeprojekte für Elektrofahrzeuge immer interessanter.

Warum? Denn mehrere gleichzeitig betriebene Schnellladegeräte können einen sehr großen Spitzenbedarf erzeugen. Anstatt sich bei der Versorgung dieser Spitzenlast vollständig auf das Netz zu verlassen, kann ein Energiespeichersystem Strom speichern und bei steigendem Ladebedarf entladen.

Dies kann dazu beitragen, Spitzenlasten zu bewältigen und den verfügbaren Netzanschluss besser zu nutzen.

Ein Grundsystem könnte etwa so aussehen:

Versorgungsnetz → Mittelspannungsschaltanlage → Transformator → Wechselstromverteilung → Ladegeräte für Elektrofahrzeuge

Wenn Energiespeicher hinzugefügt werden, könnte die Vereinbarung Folgendes umfassen:

Versorgungsnetz → Transformator → Verteilungssystem → EV-Ladegeräte

Batterieenergiespeichersystem → DC/AC-Umwandlung → Verteilungssystem

Die tatsächliche Konfiguration hängt vom Projekt ab. Einige Standorte kombinieren möglicherweise auch Solarenergie, Batteriespeicher, intelligente Zähler und Energiemanagementsteuerungen.

Für ein großesev connect LadestationEin solcher integrierter Ansatz kann das elektrische System flexibler machen und möglicherweise die Belastung des Netzanschlusses verringern.

Planung für die zukünftige Erweiterung des Ladevorgangs für Elektrofahrzeuge

Die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge verändert sich schnell. Eine Station, die heute mit fünf oder zehn Ladegeräten startet, könnte in einigen Jahren deutlich mehr Kapazität benötigen.

Darüber sollte vor Baubeginn nachgedacht werden.

Angenommen, ein Projekt benötigt zunächst etwa 1.000 kVA, der Entwickler geht jedoch davon aus, dass der Standort letztendlich 1.600 oder 2.000 kVA benötigen wird. Die Gestaltung der elektrischen Infrastruktur im Hinblick auf künftige Erweiterungen könnte die nächste Phase erheblich erleichtern.

Das bedeutet natürlich nicht, einfach den größten verfügbaren Transformator zu installieren. Ein überdimensionierter Transformator kostet mehr und arbeitet möglicherweise nicht so effizient, wenn die Station leicht belastet ist.

Stattdessen sollte das Projektteam den erwarteten Ladebedarf, den verfügbaren Platz, den Versorgungsanschluss, den Erweiterungsplan und die Gesamtkosten berücksichtigen.

Bei manchen Projekten kann es sinnvoll sein, von Anfang an zusätzliche Transformatorkapazitäten zu installieren. In anderen Fällen ist es möglicherweise der bessere Ansatz, den Standort so zu gestalten, dass später ein weiterer Transformator hinzugefügt werden kann.

Ein wenig Planung im Voraus kann später ein ziemlich teures Upgrade verhindern.

Sicherheit und Schutz für die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge

Das Laden von Elektrofahrzeugen mit hoher-Leistung erfordert erhebliche elektrische Energie, daher müssen Sicherheit und Schutz von Anfang an berücksichtigt werden und dürfen nicht erst im Nachhinein hinzugefügt werden.

Je nach Ausführung sind für das Ladesystem möglicherweise Leistungsschalter, Erdungsgeräte, Überspannungsschutz, Fehlerstromschutz, Überstromschutz, Überwachungsgeräte und andere Schutzausrüstungen erforderlich.

Auch der Transformator selbst benötigt einen geeigneten Schutz und eine Abstimmung mit den vor- und nachgelagerten elektrischen Systemen.

Dies ist insbesondere bei größeren Ladeanlagen wichtig. Der Transformator, die Schaltanlage, die Ladeausrüstung und der Versorgungsschutz sollten als ein System zusammenarbeiten und nicht als völlig separate Teile konzipiert sein.

Die genauen Schutzanforderungen hängen von der Spannungsebene, dem Transformatortyp, der Installationsmethode, den örtlichen Vorschriften und den geltenden Normen ab. Aus diesem Grund sollte der endgültige Entwurf von qualifizierten Elektrofachkräften überprüft werden.

Auswahl eines Transformators für ein Elektrofahrzeug-Ladeprojekt

Auswahl eines Transformators für einenev connect Ladestationgeht es um mehr als nur darum, ein Gerät mit der richtigen kVA-Leistung zu finden.

Die Primär- und Sekundärspannung, die Frequenz, die Impedanz, der Isolationsgrad, der Temperaturanstieg, die Kühlmethode, der Wirkungsgrad, das Gehäuse, der Geräuschpegel und die Oberschwingungsbelastung können von Bedeutung sein. Auch die Installationsumgebung spielt eine Rolle.

Beispielsweise können an eine kompakte Indoor-Ladeanlage ganz andere Anforderungen gestellt werden als an eine große Outdoor-Ladestation, die Dutzende von Fahrzeugen gleichzeitig bedient.

Auch eine Anpassung kann nützlich sein. Je nach Projekt kann ein Transformatorhersteller möglicherweise unterschiedliche Spannungsverhältnisse, Wicklungskonfigurationen, Anzapfungsanordnungen, Gehäuseoptionen, Kühlsysteme und Zubehör anbieten.

Normalerweise ist es besser, diese Anforderungen zu Beginn des Projekts mit dem Transformatorhersteller zu besprechen, als zu versuchen, einen Standardtransformator in ein bereits fertiggestelltes Design einzubauen.

Wohin entwickelt sich die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge?

Das Laden von Elektrofahrzeugen geht in Richtung höherer Leistung, schnellerem Laden und intelligenterem Energiemanagement.

Zukünftige Ladestationen werden wahrscheinlich Hochleistungs-Gleichstromladegeräte mit Batterieenergiespeicherung, Solarstromerzeugung, intelligenten Zählern, dynamischem Lastmanagement und interaktiven Netzsteuerungen kombinieren. Die Ladestation selbst wird immer weniger zu einem einfachen Gerät, sondern eher zu einem kleinen Energiesystem.

Mit zunehmender Ladekapazität wird die unterstützende elektrische Infrastruktur immer wichtiger. Transformatoren werden weiterhin eine zentrale Rolle spielen, da sie für die erforderliche Spannungsumwandlung zwischen dem Versorgungsnetz und den Ladeeinrichtungen sorgen.

Für Autofahrer ist das Ladegerät das Teil, das sie sehen. Hinter den Kulissen leisten jedoch der Transformator, die Schaltanlage, die Verteilungsausrüstung und das Schutzsystem einen Großteil der Schwerstarbeit.

Abschluss

Eine zuverlässigeev connect Ladestationbraucht mehr als leistungsstarke Ladegeräte. Es braucht ein elektrisches System, das die erforderliche Leistung sicher und konstant liefern kann.

Die Auswahl des Transformators ist ein wichtiger Teil dieses Systems. Kapazität, Leistungsfaktor, Oberschwingungslasten, Installationsbedingungen, zukünftige Erweiterung und Energiespeicherung sollten alle während der Entwurfsphase berücksichtigt werden.

Trockentransformatoren-können eine praktische Wahl für viele Innen- und Gewerbeanwendungen sein, während in Öl-getauchte und auf Untergründen-montierte Transformatoren häufig gut für Außeninstallationen und Installationen mit höherer{3}}Leistung geeignet sind.

BeiYawei-TransformatorWir verstehen, dass jedes Ladeprojekt für Elektrofahrzeuge ein wenig anders ist. Durch die frühzeitige Zusammenarbeit mit dem Projektteam können die Transformatorspezifikationen besser mit der Ladeausrüstung, dem Netzanschluss und dem langfristigen Entwicklungsplan in Einklang gebracht werden.

Denn eine Ladestation ist nur so zuverlässig wie die elektrische Infrastruktur, die sie unterstützt.

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