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Stand: 14.01.2016

16 Ampere Ladestrom mit dem BMW-i3 Standard-Ladekabel

Dieser Beitrag beschreibt, wie das Standard-Ladekabel des i3 erweitert werden kann, um den Ladestrom zu erhöhen und damit die Ladezeit zu verkürzen.

Ausgangssituation

Der BMW-i3 bestimmt den Ladestrom anhand der Signale PP und CP im Typ2-Stecker (vgl. Wikipedia), sowie anhand der Lade-Einstellungen im Fahrzeug. Dabei richtet sich der i3 nach der Einstellung für das "Standard-Ladekabel", wenn zwischen PP und PE ein Widerstand von 1500Ω erkannt wird. Bei einem kleineren Widerstand verwendet das Ladegerät die Einstellung für das "AC-Schnellladekabel". Die Zusammenhänge für einen i3 mit Schnelllade-Option sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Bei fast voller Batterie tritt eine zusätzliche Strombegrenzung in Kraft.



PP-PE
Widerstand
 CP
Pulsweite
 Einstellung
Standard-
Ladekabel
 Einstellung
AC-Schnell-
Ladekabel
 Ladestrom
theoretisch
 Ladestrom
gemessen
 Ladesituation
1
 1500Ω=13A
 200 µs
 gering
 egal
 6,0 A
 6,0 A
 Standard-Ladekabel an Sicherung 6A oder 8A
2
 1500Ω=13A 200 µs reduziert
 egal 9,0 A
 9,1 A
 Standard-Ladekabel an Sicherung 10A
3
 1500Ω=13A 200 µs maximal
 egal 12,0 A
 12,1 A
 Standard-Ladekabel an Sicherung  16A
4
 680 Ω=20A 267 µs egal egal 16,0 A
 15,0 A
 umgebautes Standard-Ladekabel an Sicherung 16A
5
 680 Ω=20A 267 µs egal egal 16,0 A
 15,0 A
 20A Ladekabel an 16A Ladestation
6
 680 Ω=20A 533 µs
 egal egal 20,0 A
 19,4 A
 20A Ladekabel an 32A Ladestation
7
 220 Ω=32A 267 µs egal egal 16,0 A
 15,0 A
 32A Ladekabel an 16A Ladestation
8
 220 Ω=32A 533 µs egal reduziert
 20,0 A
 19,4 A
 32A Ladekabel an 32A Ladestation, Schieflastvermeidung
9
 220 Ω=32A 533 µs egal maximal
 32,0 A
 31,3 A
 32A Ladekabel an 32A Ladestation

Um den Ladestrom beim Standard-Ladekabel über 12A hinaus zu erhöhen (Zeile 4 der Tabelle), sind demnach sowohl der PP-PE-Widerstand als auch die CP-Pulsweite zu verändern. Die folgende Umbauanleitung zeigt, wie das bei meinem Fahrzeug gelungen ist.

Die Ausnutzung des zusätzlichen Ladestroms setzt eine solide Elektro-Installation mit einer Absicherung von 16A voraus. Die theoretische Ladezeit-Verkürzung  auf 75%  (12A/16A) der bisherigen Ladedauer wird in der Praxis bei meinem Fahrzeug nicht ganz erreicht und liegt eher bei 80% (12A/15A).

Benötigtes Material:

Kleiner Kippschalter
Widerstand 1200Ω
Lötzinn
20 cm dünne Litze
Isolierband

Benötigte Werkzeuge:

Torx Schraubendreher TX20 (mit Loch, 6 Mitnehmer)
Torx Plus Security Schraubendreher TS15 (mit Loch, 5 Mitnehmer)
Kleiner Seitenschneider
Bohrer (6mm?) für Kippschalter
Multimeter, ggf. Oszilloscope
Lötkolben

Ablauf

1) Überprüfen der bisherigen Maximalstrom-Signalisierung

"Ziegelstein" mit 230V-Steckdose verbinden.
Am Typ2-Stecker Gleichspannung zwischen CP und PE messen (Messanordnung wie unter "3)" abgebildet):
Sollwert: -7,2 Volt.
Bei Messung mit Scope: Abwechselnd für 200µs +12V und für 800µs -12V.

Damit signalisiert der Ziegelstein: 200µs*0,06 = 12 A Maximalstrom.

2) Erhöhen der Maximalstrom-Signalisierung (PWM-Signal CP)

Ziegelstein von der Steckdose trennen!
Ziegelstein öffnen: 4x Torx TX20 auf der Unterseite lösen, Deckel abheben.

JMP1, JMP2, JMP3 lokalisieren: Die so gekennzeichneten Drahtbrücken befinden sich am Ende der Platine nahe der Netzstrom-Einspeisung.
JMP3 ist offen und bleibt offen.
JMP2 hat eine Drahtbrücke, diese ist zu entfernen (mit dem Seitenschneider abkneifen).
JMP1 hat eine Drahtbrücke, diese ist zu entfernen (mit dem Seitenschneider abkneifen).
Nun sind alle drei Brücken geöffnet.
Deckel aufsetzen, Ziegelstein wieder zuschrauben.

3) Überprüfen der neuen Maximalstrom-Signalisierung

Ziegelstein mit 230V-Steckdose verbinden.
Am Typ2-Stecker Gleichspannung zwischen CP und PE messen:

Sollwert: -5,6 Volt.
Bei Messung mit Scope: Abwechselnd für 268µs +12V und für 732µs -12V.
 
Damit signalisiert der Ziegelstein: 268µs*0,06 = 16 A Maximalstrom.

4) Überprüfen der gemeldeten Stromtragfähigkeit des Kabels (Widerstand PP-PE)

Ziegelstein von der Steckdose trennen.
Widerstandsmessung zwischen PP und PE:

Sollwert 1500Ω (=13A gemäß IEC62196).

5) Erhöhen der gemeldeten Stromtragfähigkeit des Kabels

Ziegelstein von der Steckdose getrennt lassen!
Typ2-Stecker öffnen: 6x Torx TS15 lösen, Deckel abheben.

Loch für Kippschalter in die Basis-Schale bohren.
Kippschalter in der Basis-Schale installieren.

Schrumpfschlauch etntfernen um den 1500 Ohm Widerstand freizulegen.
Neuen 1200Ω Widerstand in Reihe mit dem Kippschalter verdrahten.
Reihenschaltung aus Kippschalter und 1200Ω Widerstand parallel zum 1500 Ohm Widerstand verdrahten.

Offene Kontakte mit Isolierband abdecken.

Deckel aufsetzen, Stecker wieder zuschrauben.
Schalterstellungen beschriften.

6) Überprüfen der neuen Stromtragfähigkeit des Kabels

Ziegelstein von der Steckdose getrennt lassen.
Widerstandsmessung zwischen PP und PE:
Bei geöffnetem Kippschalter: Sollwert 1500Ω (wie bisher 13A gemäß IEC62196).
Bei geschlossenem Kippschalter (Parallelschaltung 1500Ω und 1200Ω): Sollwert 667Ω (= Stufe 680Ω = 20 A gemäß IEC62196).

Anwendung

Bei Benutzung an Steckdosen, die nicht für 16A-Dauerstrom geeignet sind:

Kippschalter in Stellung OFFEN (= 6-12A), Stromstärkeneinstellung wie gewohnt im Fahrzeug (s. Tabelle oben, Zeilen 1 bis 3).

Bei Benutzung an Steckdosen, die für 16A-Dauerstrom geeignet sind:

Kippschalter in Stellung GESCHLOSSEN (= 16A), BMW-i3 erkennt "AC Schnell-Ladekabel" und lädt nun mit 16A (s. Tabelle oben, Zeile 4).
Dabei sollte die Zuleitung abgewickelt sein, um die entstehende Wärme (~ 9Watt) gut abzugeben und den Ziegelstein nicht zusätzlich noch durch das Kabel aufzuheizen.

Risiken und Nebenwirkungen

Die Funktionsfähigkeit wurde in Einzelfällen (P/N 1007-0016, Rev. 2.7., Firmware LV25B) erprobt, kann aber nicht generell bestätigt werden. Es ist möglich, dass andere Versionen des Ziegelsteins produziert wurden oder werden, bei denen der beschriebene Umbau so nicht anwendbar ist.

Die Verantwortung für den Umbau liegt ausschließlich beim jeweiligen Anwender und erfolgt auf dessen eigenes Risiko. Die Maßnahme stellt einen unautorisierten Eingriff in das Standard-Ladekabel dar, diesbezügliche Gewährleistungsansprüche erlöschen.

16A belasten das Standard-Ladekabel stärker als vorgesehen. Es ist möglich, dass dies die Lebensdauer beeinträchtigt. Zudem ist unklar, ob die Schmelzsicherungen (aufgelötete Drähte oberhalb und unterhalb des schwarzen Starkstrom-Relais) eine Belastung mit 16A sicher vertragen.

Die Schalterstellung des Kippschalters wirkt unverzüglich, auch während des Ladens:
Ein unabsichtliches oder böswilliges Verstellen von GESCHLOSSEN (16A) nach OFFEN (6-12A) verlängert die Ladezeit. Dies wird dem BMW-Datenserver nicht automatisch gemeldet, d.h. beim Überprüfen mit der Remote-APP erkennt man die tatsächliche, nun langsame Ladung nicht.
Ein unabsichtliches oder böswilliges Verstellen von OFFEN (6A -12A) nach GESCHLOSSEN (16A) erhöht den Ladestrom auf 16A mit der Gefahr, dass dadurch Kabel/Steckdosen überhitzen oder Sicherungen ansprechen und die Ladung abbricht. Mit einem Schlüsselschalter anstelle des Kippschalters könnte das vermieden werden.