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Ladekonzept für Deutschlands größte E-Tankstelle

| Autor/ Redakteur: Thorsten Temme * / Thomas Kuther

Deutschlands größte Elektrotankstelle befindet sich in einem Parkhaus. Dort lassen sich 50 E-Fahrzeuge gleichzeitig laden. Doch die Umsetzung stellte die Betreiber vor enorme Herausforderungen.

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Deutschlands größte E-Tankstelle: Bei Bechtle in Neckarsulm können 50 E-Mobile mit einem für Parkhäuser optimierten Konzept geladen werden.
Deutschlands größte E-Tankstelle: Bei Bechtle in Neckarsulm können 50 E-Mobile mit einem für Parkhäuser optimierten Konzept geladen werden.
(Bild: Phoenix Contact)

Nachhaltigkeit konsequent umgesetzt – so entstand am Hauptsitz der Bechtle AG in Neckarsulm Deutschlands größte E-Tankstelle. Die Herausforderung dabei: 50 Ladepunkte in ein Parkhaus mit seinen spezifischen baulichen Gegebenheiten zu integrieren und mit der Photovoltaikanlage auf dem Dach zu versorgen. Die Wahl fiel auf das wartungsfreundliche Ladesystem Zorro von RTB. Der Spezialist für Parkhaustechnik setzt dabei auf Komponenten von Phoenix Contact.

Immer mehr Unternehmen in Deutschland wollen ihre Fahrzeugflotten elektrifizieren. Auch Bechtle, größtes IT-Systemhaus in Deutschland, hat dieses Thema in seine Nachhaltigkeitsstrategie mit aufgenommen. „Unser Ziel ist die signifikante Steigerung des Anteils von Elektro- und Hybridfahrzeugen bei den Dienstwagen unserer Mitarbeiter auf mittelfristig 10 Prozent“, erläutert Rainer Kury von der Bechtle-Unternehmenskommunikation (Bild 1 links). „Unsere Mitarbeiter entscheiden selbst, ob sie auf ein Auto mit alternativem Antriebskonzept umsteigen. Das Interesse an einem Wechsel wächst dabei stetig.“ Konsequenterweise wurden in der Ausschreibung für ein neues Mitarbeiterparkhaus Lademöglichkeiten für 50 E-Fahrzeuge gefordert.

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Parkhaus in Stahlskelettbauweise als Herausforderung

Für den Betreiber der inzwischen größten deutschen E-Tankstelle kam es darauf an, die Anlage auch für künftige Anforderungen hinreichend zu dimensionieren: leichte Erweiterbarkeit für mehr Fahrzeuge, eine eichrechtskonforme Abrechnung sowie ein Energiemanagementsystem für die optimale Ausnutzung regenerativer Energien. „Wir haben im letzten Jahr über 1900 zusätzliche PV-Module auf dem Dach des Parkhauses in Betrieb genommen“, erläutert Torsten Kocher vom Facility Management bei Bechtle (Bild 1 rechts). „Deren Strom wird dann maßgeblich zum Laden der Fahrzeuge genutzt.“

Zeitgemäße Parkhäuser in Stahlskelettbauweise sind nicht von tragenden Wänden durchzogen, die senkrechten Stahlstützen und Querverstrebungen zeichnen die offene Bauweise aus. Dabei wird die Integration und Installation der Ladepunkte zur echten Herausforderung. Bei einer Standsäule auf dem Boden wäre ein Anfahrschutz erforderlich, der wertvollen Platz benötigt und zusätzliche Kosten verursacht. Zur Montage einer klassischen Wallbox fehlt die tragende Wand. So bieten sich lediglich die schlanken Stahlstützen zur Montage der Ladepunkte an. Die Ladepunkte müssen ebenfalls eine kompakte Bauform ohne überstehende Kanten aufweisen. Dabei müssen sie sicher und zuverlässig sein und sich auch ästhetisch in das architektonische Gesamtbild einfügen. Es gab noch eine weitere Anforderung des Betreibers: Elektrische Anlagen im gewerblichen Bereich müssen regelmäßig überprüft werden, und die Kosten hierfür sollten nicht linear mit der Anzahl der Ladepunkte steigen.

Zentrale Leistungsverteilung als Lösung

„Als Generalunternehmer für den Parkhausbau haben wir das Bielefelder Bauunternehmen Goldbeck beauftragt, das hauptsächlich im gewerblichen und kommunalen Hochbau tätig ist“, so Rainer Kury. „Im Rahmen des Projekts entschied sich Goldbeck für ein Ladesystem des Parkleitspezialisten RTB.“ Das Unternehmen RTB aus dem ostwestfälischen Bad Lippspringe folgte einer einfachen Philosophie: Nur das Nötigste kommt in den Parkraum, alle weiteren Systembestandteile gehören in den zentralen Schaltschrank.

Dieser Maxime folgend besteht der Ladepunkt selbst nur aus der – in einem schlanken Gehäuse untergebrachten – Typ-2-Ladesteckdose, einem RFID-Lesegerät zur Identifizierung des Nutzers sowie den lokalen LEDs zur Statusanzeige. So können auf der Breite einer Stahlstütze zwei Ladepunkte nebeneinander montiert werden. Alle weiteren Komponenten sind in einem zentralen Schaltschrank untergebracht: Schutz- und Schaltgeräte, Ladesteuerungen und Energiezähler. So werden bei Bechtle in Neckarsulm modular jeweils acht Ladepunkte aus einem Schaltschrank versorgt und angesteuert. Mehrere dieser Schaltschränke können in einem zentralen, verschließbaren Technikraum untergebracht werden – bei zukünftigen Erweiterungen idealerweise in zusätzlichen Schritten von jeweils acht Ladepunkten.

„Für uns als Betreiber ist dieser Ansatz vorteilhaft“, betont Torsten Kocher. „Da am Ladepunkt selbst keine aktiven leistungsführenden Komponenten verbaut sind, beschränkt sich die Wartung der einzelnen Ladepunkte auf eine reine Sicht- und Funktionsprüfung.“ Die einzelnen Gehäuse am Ladepunkt müssen dann nicht mehr geöffnet werden. Sofern kein Fahrzeug lädt, sind am Ladepunkt selbst keine Spannungen über 12 V vorhanden. Die Überprüfung der kritischen Schutz- und Schaltgeräte erfolgt im zentralen Technikraum, in dem einzelne Segmente oder Schaltschränke gezielt spannungsfrei geschaltet werden können. Ladepunkte, die aus einem anderen Modul gespeist werden, können während der Wartung regulär betrieben werden (Bild 2).

Steuerung der Ladevorgänge mit Fehlerstromüberwachung

Bei der Ladesteuerung hat sich der Elektromobilitäts-Spezialist RTB für den Einsatz der Ladesteuerung EV CC Basic von Phoenix Contact entschieden – in einer Kombination mit der DC-Fehlerstromüberwachung EV-RCM. Diese Kombination sorgt für eine hohe Verfügbarkeit und verhindert unnötige Service-Einsätze durch eine automatische Rücksetzfunktion nach einem vom Fahrzeug verursachten Fehlerstrom (Kastentext). Über die serienmäßige RS485-Schnittstelle und das darüberliegende Modbus-RTU-Protokoll können die jeweiligen Ladevorgänge nach erfolgreicher Identifizierung freigeschaltet werden. Auch die Ladeleistung kann – künftig sogar in Abhängigkeit der verfügbaren PV-Leistung auf dem Parkhausdach – nach dem Standard IEC 61851-1 variiert werden.

Energiezähler EEM-350, ebenfalls von Phoenix Contact, erfassen die aktuellen Ladeströme und -leistungen sowie die bereits geladene Energie. Vorteilhaft ist auch, dass die Geräte MID-zertifiziert sind. MID ist eine vom Europäischen Parlament herausgegebene Richtlinie, die grundlegende und messgerätespezifische Anforderungen für bestimmte Gerätegruppen festlegt und dem Hersteller die Verantwortung für das erstmalige Inverkehrbringen der Messgeräte zuweist. So eignen sich die Energiezähler für die eichrechtskonforme Abrechnung von Ladevorgängen. Sowohl Ladesteuerungen als auch Energiezähler werden über ein Embedded System von RTB ausgelesen und angesteuert, auf dem die entsprechende Software zum Lastmanagement und künftig auch zur eichrechtskonformen Abrechnung der Ladevorgänge implementiert ist. Die Kombination aus Hardware und Software wurde bei den zuständigen Behörden zur Zulassung für eichrechtskonforme Abrechnungen eingereicht.

„An dieses System haben wir auch die Parkhausleittechnik gekoppelt, die zum Beispiel eine Stellplatzüberwachung sowie eine dynamische Nutzerführung beim Weg durch das Parkhaus zum nächsten freien Stellplatz ermöglicht“, so Torsten Kocher. „Damit wird das Parken für unsere Mitarbeiter erheblich komfortabler (Bild 3).“

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DC-Fehlerstromüberwachung senkt Kosten

Fehlerstrom-Überwachungsmodule vom Typ EV-RCM überwachen den Ladestrom auf DC-Fehlerströme über 6 mA und unterbrechen beim Auftreten dieser den Ladevorgang. So kann auf den Einsatz von kostspieligen FI-Schutzschaltern vom Typ B verzichtet werden, wie sie in den Normen IEC 61851-1 und IEC 60364-7-722 gefordert sind. Mittels der zweikanaligen Variante des EV-RCM können zwei Stromkreise mit einem Gerät überwacht werden, und zwei FI-Schutzschalter vom Typ B können durch zwei kostengünstige Typ-A-Schutzschalter ersetzt werden. Weiterer Vorteil: Die Überwachungs­module sind mit den Ladesteuerungen EV CC Basic verbunden. Wird das Elek­trofahrzeug, das den Fehler verursacht, von der Ladestation getrennt, kann die Steuerung EV CC Basic automatisch das Monitoring-Modul EV-RCM zurücksetzen, und der Ladepunkt ist ohne weiteren Serviceeinsatz bereit für den nächsten Ladevorgang.

Abgesetzte Ladepunkte bergen weitere Herausforderungen

Der naheliegende Ansatz der abgesetzten Ladepunkte birgt weitere Herausforderungen. Wenn die Ladepunkte bis zu 50 m von der Ladesteuerung entfernt sind, können Störungseinkopplungen und Signalverschleifungen auf der für den Ladevorgang maßgeblichen Control-Pilot-Leitung zwischen Fahrzeug und Ladestation nicht ausgeschlossen werden. Im neuen Bechtle-Parkhaus schafft die Ladesteuerung EV CC Basic von Phoenix Contact Abhilfe, die diese Signalleitung gemäß der Norm IEC 61851-1 ansteuert und auswertet. Dank der Erfahrungen in ähnlichen Applikationen konnte der Auswertealgorithmus dahingehend optimiert und so robust gestaltet werden, dass ein Laden unter diesen speziellen Anforderungen möglich ist und dabei trotzdem die bestehenden normativen Anforderungen eingehalten werden.

Eine weitere Herausforderung ergibt sich hinsichtlich der Störfestigkeit auf den Signalleitungen, die zum Ladepunkt geführt werden. Die aktuell in der Erstellung befindliche Norm IEC 61851-21-2 sieht hier spezielle Anforderungen bei Leitungslängen über 30 m bei den sogenannten Surge- und Burst-Prüfungen vor. Diese werden bereits heute von der Ladesteuerung EV CC Basic erfüllt – eine wichtige Voraussetzung für eine robuste Lösung in diesem Umfeld.

Optimale Lösung zum Laden der Fahrzeugflotte

Aus der Kombination der jeweiligen Kernkompetenzen der beteiligten Unternehmen in den Bereichen Parkhausleittechnik, Ladetechnik und Abrechnungsprozesse konnte eine Lösung umgesetzt werden, die optimal auf den Anwendungsfall „Flottenladung im Parkhaus“ passt. Dabei werden alle erforderlichen bau- und wartungsspezifischen Aspekte berücksichtigt. Auch die optimierte Nutzung regenerativer Energie wird mit umgesetzt. „Unsere Anlage lief vom ersten Moment an ohne Probleme“, resümiert Torsten Kocher. „Die von uns eingesetzte RTB-Lösung mit den Komponenten von Phoenix Contact hat einen Reifegrad, der den Ausbau unserer E-Flotte begünstigt (Bild 4).“

* Thorsten Temme, Produktmanagement Control, Phoenix Contact E-Mobility GmbH, Schieder-Schwalenberg.

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