Elektromobilität: Ladeparks intelligent steuern

Am Anfang einer Ladeanwendung stellen sich die Verantwortlichen oft die Frage, an welchem Ort sie die Ladestation aufbauen sollen, ob sie dort auf eine bereits vorhandene Infrastruktur zurückgreifen können und auch keine Zuleitung verlegen müssen. Denn bei vorhandener Infrastruktur ist es möglich, auf Tiefbau- und Kabelverle­gungsarbeiten gänzlich zu verzichten.

Als nächstes ist es wichtig, den Stromanschluss an der nun definierten Stelle näher zu betrachten. Zum Aufbau einer Ladestation lässt sich – bei vorhandener Infra­struktur – die aktuell zur Verfügung stehende Anschlussleistung nutzen. Selbst ein 230-V/16-A-Anschluss mit einer Leistung von 3,7 kW reicht für den Einstieg. Zudem sind einige gängige Elektrofahrzeuge nur für eine maximale Wechselstrom-Ladeleistung von 3,7 kW ausgelegt. Zum anderen hat der Fahrer oft gar nicht die Absicht, an jedem beliebigen Ladepunkt das Fahrzeug vollständig aufzuladen. Fahrer nutzen die Ladestationen häufig nur dazu, die Reichweite des E-Mobils zu erhöhen – beispiels­weise beim Einkauf im Supermarkt.

Ladevorgang kostenfrei oder gegen Berechnung

Bild 1: Einfache Legitimation und übersichtliche Benutzerführung spielen für die Akzeptanz einer Ladestation eine wichtige Rolle. Phoenix Contact

Beim Einstieg in das Thema Elektromobilität ist auch in Betracht zu ziehen, ob das Laden kostenfrei ist oder ob der Nutzer dafür eine Rechnung erhalten soll. Häufig soll das Laden als Kunden-Service – etwa auf dem Parkplatz eines Shopping Centers – kostenfrei sein. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, auf die Funktion des Abrech­nungssystems (billing) bei der Ladesteuerung zu verzichten. Auf der anderen Seite ist zu bedenken, dass der Ladepunkt künftig vielleicht genau diese Funktion zusätzlich erhalten soll. Denn mit der zunehmenden Dichte an Elektro­fahrzeugen geht der Trend hin zu kosten­pflichtigen und kostendeckenden Lademöglich­keiten.

Stehen Standort der Ladestation, Ladeart und Anzahl der Ladepunkte fest, erfolgt die Auswahl der Hardware. Eine einfache Variante einer Ladestation – die Wallbox – lässt sich auf einem Ständerwerk installieren. Manche Anbieter passen die Wallbox genau auf die Wünsche des Kunden an und liefern diese dann installationsbereit aus. Alternativ kann der künftige E-Mobilist auch Einsteiger-Sets von Phoenix Contact nutzen (Bild 1).

Vorteil der AC-Ladetechnik-Sets

Bild 2: Aufeinander abgestimmte Hard- und Software ist die Voraussetzung für eine effiziente und erweiterbare Ladeinfrastruktur. Phoenix Contact

Die AC-Ladetechnik-Sets von Phoenix Contact umfassen jeweils aufeinander abgestimmte Komponenten zum einfachen Aufbau privater oder gewerblicher AC-Ladestationen (Bild 2). So bieten die Sets verschiedene Möglichkeiten, eigene Ladeinfrastruk­tur-Projekte umzusetzen – mit einem oder zwei Ladepunkten, mit angeschlossener Ladeleitung oder auch nur mit einer Ladeinfrastruktur-Steckdose. Auch zwischen unterschiedlichen Ladeleistungen kann der Installateur sich entscheiden – zwischen 3,7 kW, 11 kW oder 22 kW. Ein geprüfter Verdrah­tungsplan sowie die dazu gehörige Montage­anleitung stehen zum Download bereit, wodurch sich Entwicklungskosten einsparen lassen.

Ladestationen erhalten so ein individuelles Design und erste Ladepunkte lassen sich einfach errichten. Langfristig sowie für höhere Stückzahlen besteht die Möglichkeit, die benötigten Komponenten auf der Basis des vorhandenen Schaltplans zu bestellen.

Sukzessiver Ausbau

Elektro-Installateure sowie Betriebstechniker eines Unternehmens können die nach diesem Prinzip erstellten Ladestationen selbst modifizieren und auch gemischt in Betrieb nehmen. Sind die ersten Ladestationen in Betrieb, lässt sich auf diese Art und Weise auch die Ladeinfrastruktur nach Bedarf sukzessive ausbauen.

Mit einer stetig wachsenden Ladeinfrastruktur – von wenigen Ladestationen bis hin zu einem ausgedehnten Ladepark – stellt sich auch die Frage nach einer stabilen Energieversorgung. Planer und Errichter von Ladeparks stehen zunehmend vor der Herausforderung, mit einem eingeschränkten Netzanschluss die optimale Ladeleistung für jeden Ladepunkt zu erzielen – bei einem sicheren und hochverfügbaren Betrieb.

Bild 3: Vom einfachen Ladepunkt bis zum komplexen Lademanagement lassen sich Projekte mit den Anwendungen von Phoenix Contact umsetzen. Phoenix Contact

Voraussetzung dafür ist ein funktionales Last­management – dabei gilt es zwischen statischem und dynamischem Lastmanage­ment zu unterscheiden. Statisch bedeutet hier, dass die Ladepunkte je nach verfügbarer Energie freigegeben oder gesperrt sind – unabhängig von der an jedem einzelnen Ladepunkt entnommenen Leistung (Bild 3).

Beim dynamischen Lastmanagement wird zu jeder Zeit auf den aktuellen Leistungsverbrauch der Ladepunkte reagiert – in Abhängigkeit der verfügbaren Anschlussleistung. Wichtiges Kriterium hierbei ist auch, ob es sich um einen ein-, zwei- oder dreiphasigen Ladevorgang handelt. Ob nun statisch oder dynamisch – in beiden Fällen kann sich die Anschlussleistung im Betrieb ändern, und das Lastmanagement muss angemessen auf die Änderung reagieren. Der Vorgabewert der Anschlussleistung kommt von einem überlagerten Managementsystem, zum Beispiel aus dem Gebäudemanagement. In diesem Fall entwickelt sich die Ladeinfrastruktur zum integralen Bestanteil eines übergeordneten Energiemanage­ments.

Übergeordnetes Lademanagement

Voraussetzung für ein leistungsstarkes Last­management ist zudem, dass die in den Ladestationen verbauten Ladesteuerungen eine Modifikation des Ladestroms während des Ladevor­ganges ermöglichen. Diese Funktion ist in den Ladesteuerungen von Phoenix Contact bereits als Standard implementiert.

Die Berechnung der Ladevorgänge erfolgt unabhängig von Standort und Energieversorgung. Die häufigste Forderung ist hier, den Ladepunkt – je nach Vernetzungsgrad der Ladestationen – einzeln oder mit einer übergeordneten Management-Software in das Abrechnungssystem zu integrieren.

Für den Betrieb als Stand-Alone-Ladestation muss die Ladesteuerung in die Abrechnungssysteme integrierbar sein. Etabliert hat sich hier das Open-Charge-Point-Protocol (OCPP). In diesem Protokoll sind die – für den Ladevorgang notwendigen – Parameter, wie Authen­tifizierung, Status, Energiewerte etc. enthalten. Sobald die Ladesteuerung also eine OCPP-Schnitt­stelle mitbringt, hat jede Ladestation eine Verbindung zum Abrechnungssystem.

Bild 4: Vollständige Ladetechnik-Sets erleichtern den Einstieg in die Elektromobilität und bieten zudem Möglichkeiten für eine Erweiterung. Phoenix Contact

Für Ladepunkte in Parkhäusern und auf Parkplätzen kann das oben beschriebene Lastmanagement sowie die Einbindung in ein Abrechnungssystem über eine Management-Software erfolgen. Die EV-Charging-Suite von Phoenix Contact kann den Betrieb von Ladestationen und Ladeparks deutlich verbessern. Die EV-Charging-Suite verfügt über eine Anbindung an jede Ladesteuerung im lokalen Verbund von Ladestationen. Auf diese Weise kann die Suite den gesamten Verbund steuern (Bild 4).

Auch im Hinblick auf ein effizientes Abrechnungs­system ist die Charging Suite eine sinnvolle Investition, da sie als einzige Verbindung fungieren kann. Viele gängige Installa­tionen richten die Verbindung zu einem Abrechnungs­­system über die SIM-Karte des Abrechnungssystem-Anbieters ein. Als Konsequenz entstehen für jede Verbindung laufende monatliche Kosten. Über die Charging Suite lassen sich nun mehrere Ladepunkte zusammenfassen, was die laufenden Kosten reduziert.

Fazit

Die Software EV-Charging-Suite bildet die Schnittstelle zwischen Fahrer, Ladepark- und Netzbetreiber sowie Abrechnungsanbieter. Das integrierte Lastmanagement sorgt für eine gute Aufteilung der zur Verfügung stehenden Anschluss­leistung auf die Ladepunkte. Dies vermeidet Ausfälle durch Lastüberschreitungen. Außerdem unterstützt die Software eine komfortable Verwaltung der Ladepunkte und Nutzer, verschie­dene Autorisierungsmethoden sowie eine verbrauchsgerechte Abrechnung über den Backend-Anbieter.

(aok)