Welche Aspekte sind bei der Gestaltung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge zu berücksichtigen

Als Frontline-Designer arbeite ich täglich an Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Inmitten des sich verschärfenden globalen Klimawandels und des rasanten wirtschaftlichen Wachstums Chinas hat sich die grüne Mobilität wie E-Bikes und Elektroautos stark entwickelt, doch die Ladeinfrastruktur ist zu einem zentralen Anliegen geworden. Das riskante „Bypass Wire“-Laden hat den Bedarf an professionellen Ladestationen enorm gesteigert. Als Teilnehmer am Umbau von Wohngebäude-Ladestationen durch CNPC First Construction teile ich hier meine praktischen Erfahrungen.

I. Branchenkontext
(1) Elektrofahrzeuge: Technologiegetriebene Entwicklung

Heutige Elektrofahrzeuge, von E-Bikes und -Dreirädern bis hin zu Elektroautos, verwenden Wechselstrom-Ladestationen. Fortschritte in der Batterietechnologie – höhere Energiedichte durch Forschung und Entwicklung, Lithium-Ionen- und Feststoffbatterien, Durchbrüche im Schnellladen – sowie intelligente Fahr- und Vehikel-zu-Netzwerk-Technologien (wie autonomes Fahren, Tempomaten, Fernüberwachung usw.) haben Elektrofahrzeuge grundlegend verändert.

(2) Ladestationen: Boomender Markt

Unterteilt in Wechsel- und Gleichstrom (Wechselstrom ist häufiger), hat sich der chinesische Markt für Ladestationen explosionsartig entwickelt und erreichte im Juli 2024 10,804 Millionen Einheiten. Sie werden zentral (für große Flächen, Verkehr) oder dezentral (für kleine Flächen, Gemeinden) eingesetzt. Ich konzentriere mich auf niedrigleistungsfähige, dezentrale Wechselstromladestationen, die Strom an Bordlader (umgewandelt in Gleichstrom) liefern.

II. Design von Ladestationen: Von Standards zu individuellen Bauwerken
(1) Allgemeine Anforderungen: Sicherheit, Funktionalität, Installation

Die Anordnung muss die elektrische, brand- und flutgeschützte Infrastruktur berücksichtigen. Positionieren Sie die Ladestationen so, dass sie leicht ans Netz angeschlossen werden können, fern von Gefahren, in staubarmen, nicht korrosiven Bereichen (oder im Windabstand, falls erforderlich). Vermeiden Sie Vibrationen, stellen Sie Zugang zum Verkehr sicher und halten Sie einen ≥40cm-Sicherheitsabstand zu Gebäuden für Wartungsarbeiten ein.

Funktional folgen die Schnittstellen vereinheitlichten Standards für universelle Kompatibilität. Mehrere Stromoptionen, effiziente Umwandlung, Störschutz, Fernüberwachung, Fehlerdiagnose (mit Alarmsignalen/Informationen hochladen) und verschiedene Zahlungsmethoden (WeChat/Alipay/Karten) sind erforderlich.

Installation: Bodenmontierte Ladestationen benötigen eine 0,2m hohe Fundamentierung (≥0,05m größer als die Ladestation) für Bereiche ohne Dach. Wandmontierte Ladestationen werden vertikal an Wände angebracht, in einer bedienbaren Höhe, nutzbar mit oder ohne Dach.

(2) E-Bike-Ladestationen: CNPC First Construction Projekt

Vor der Renovierung war das „flying lead“-Laden riskant. Wir entwarfen Ladestationen für E-Bikes, die an Eingängen von Wohnblocks (wie im Zhongyou Garten ohne Dach) oder in Dächern (z.B. Zhongyou Huayuan) installiert wurden.

• Stromverteilung: Leitungen versorgen 6–8 Ladestationen, WDZ-BYJ(F)-0,8/1kV-3×6 mm²-Kabel (geschützt durch Stahlrohre, an Verteilerkästen angeschlossen, an oberen Standby-Leitungen verbunden). TN-S-Erdschutz: bodenmontierte Ladestationen sind an das Hauptnetz angeschlossen, wandmontierte Ladestationen (und Dächer) werden über 40×4 verzinkte Flachstahlprofile geerdet. Jede Ladestation unterstützt ≤1200W E-Bikes, mit Einphasensteckdosen in Dächern. Kabel (0,6/1kV Kupferkerne) und Leitungen (halogenfrei, feuerhemmend) verwenden PVC-Rinnen/Rohre im Innenbereich, direkte Verlegung im Freien (mit verzinkten Stahlrohren für Gebäudeeingänge, abgedichtet gegen Wasser). Bodenmontierte Ladestationen werden in offenen Bereichen vor den Wohnblöcken platziert; wandmontierte an den Wänden der Wohnblöcke (0,7–1,1m Höhe, gleichmäßig pro Gemeinde, 1,2–1,5m Abstand).

• Auswahl: Jede Steckdose hat einen 220V/10A/50Hz, 2,0%-genauen statischen Energiemesser (speichert Daten für 2 Abrechnungsperioden, geschützt vor Verlust und Manipulation). Die Ladestationen protokollieren Start- und Endzeitpunkt, Strom vor und nach dem Laden (zurückgesetzt auf Null nach dem Laden), mit Karte/QR-Code-Zahlungen und IP54+-Schutz (Überlast-, Kurzschluss- und Leckageschutz).

(3) Elektroauto-Ladestationen: Parkplatzrenovierung

Dezentrale Wechselstromladestationen werden hinzugefügt (eine pro Parkplatz) für einfache Verwaltung, positioniert für Bequemlichkeit.

• Stromverteilung: 6,8kW/220V-Ladestationen verwenden Schaltgeräte (Kurzschluss- und Reststromschutz, keine gemeinsamen Schaltgeräte). Hochwertige Kabel und Leitungen garantieren Spannungskonformität. Ein vollständiges Erdungssystem (mit Potentialausgleichsverkabelung) sorgt für Sicherheit.

• Schnittstelle: Standardkonform, staub- und wasserdicht, universell für alle Elektrofahrzeuge.

• Steuerungsschaltung: Präzise Strom- und Spannungssteuerung (schadensfrei, intelligente Moduswechsel, Überladungs- und Kurzschutz).

• Verbrauch/Abrechnung: Genaue Messung, flexible Abrechnung (angepasst an Bedürfnisse/Zeiten), mit Datenaufzeichnung für Nutzer und Betreiber.

III. Lastberechnung: Entscheidend für die Planung

Für dezentrale Wechselstromladestationen bestimmen Sie die Spezifikationen der Ladestationen, berechnen Sie diese nach Formeln (1)/(2) und verwenden Sie die Nachfragekoeffizienten aus Tabelle 1. Dies gewährleistet eine vernünftige Stromverteilungsplanung.

In den Formeln (1) und (2) repräsentiert S_js die berechnete Kapazität der Ladeeinrichtung (in kVA); P₁, P₂ und P₃ repräsentieren die Gesamtnennleistung verschiedener Arten von Ladeeinrichtungen. Im Allgemeinen wird die Lastgruppierung und -klassifizierung nach Einphasen-Wechselstromladestationen, Drehstrom-Wechselstromladestationen, externen Ladegeräten usw. (in kW) vorgenommen; P₁, P₂ und P₃ repräsentieren die Arbeitswirkungsgrade verschiedener Arten von Ladeeinrichtungen, im Allgemeinen als 0,95 angenommen; cosφ₁, cosφ₂ und cosφ₂ sind die Leistungsfaktoren verschiedener Arten von Ladeeinrichtungen, im Allgemeinen größer als 0,9; Kt ist der Übereinstimmungsfaktor, im Allgemeinen als 0,8–0,9 angenommen; K ist der Nachfragefaktor, wie in Tabelle 1 dargestellt.

Fazit

Mit steigendem öffentlichem Umweltbewusstsein und fortschreitender Elektrofahrzeugtechnologie werden Elektrofahrzeuge, die längere Reichweiten, geringere Kosten und besseres Preis-Leistungs-Verhältnis bieten, in Millionen von Haushalten Einzug halten. Ladestationen, die entscheidende Infrastruktur für Elektrofahrzeuge darstellen, finden zunehmend Verwendung. Durch die Zusammenarbeit von Regierung und Unternehmen ist der massenhafte Bau von Ladestationen in öffentlichen und privaten Parkplätzen, Garagen, Gemeinden und Bahnhöfen unvermeidlich. Daher sind standardisierte Design, Nutzung und wissenschaftliche Verwaltung von Ladestationen von entscheidender Bedeutung. Dieser Artikel fasst anhand realer Projekte das elektrische Design von Ladestationen für nichtmotorisierte und motorisierte Fahrzeuge zusammen und bietet Referenzen für ähnliche zukünftige Projekte.