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Ladeparks intelligent steuern – Von der Ladestation zum ausgefeilten Managementsystem

| Autor/ Redakteur: Dirk Vogel* / Thomas Kuther

Installationsbetriebe scheuen oft den Einstieg in die Elektromobilität, da es ihnen an Erfahrung mangelt. Dabei ist der Einstieg auch ohne Vorkenntnisse möglich – mit einem Minimum an Investitionen.

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

Am Anfang einer Ladelösung steht meist die Frage, wo die Ladestation aufgebaut werden soll und ob dort auf eine bereits vorhandene Infrastruktur zurückgegriffen werden kann und keine Zuleitung verlegt werden muss. Denn bei vorhandener Infrastruktur kann auf Tiefbau- und Kabelverlegungsarbeiten gänzlich verzichtet werden.

Als nächstes muss der Stromanschluss an der nun definierten Stelle betrachtet werden. Zum Aufbau einer Ladestation kann – bei vorhandener Infrastruktur – die aktuell zur Verfügung stehende Anschlussleistung genutzt werden. 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. Ladestationen werden von Fahrern häufig nur dazu genutzt, die Reichweite des E-Mobils zu erhöhen – beispielsweise beim Einkauf im Supermarkt.

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Ladevorgang kostenfrei oder gegen Berechnung

Beim Einstieg in das Thema Elektromobilität sollte auch in Betracht gezogen werden, ob das Laden für den Kunden kostenfrei ist oder diesem in Rechnung gestellt werden soll. Häufig soll das Laden als Kunden-Service – etwa auf dem Parkplatz eines Shopping Centers – kostenfrei sein. In diesem Fall kann auf die Funktion des Abrechnungssystems (billing) bei der Ladesteuerung verzichtet werden. Auf der anderen Seite ist zu bedenken, dass der Ladepunkt künftig vielleicht um genau diese Funktion erweitert werden 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, folgt die Auswahl der Hardware. Eine einfache Variante einer Ladestation – die Wallbox – kann auf einem Ständerwerk installiert werden. Die Wallbox wird von manchen Anbietern genau auf den Kunden zugeschnitten und installationsbereit geliefert. Alternativ kann der künftige E-Mobilist auch Einsteiger-Sets von Phoenix Contact nutzen (Bild 1).

Ladetechnik-Sets zum Aufbau von AC-Ladestationen

Die AC-Ladetechnik-Sets von Phoenix Contact umfassen jeweils auf einander abgestimmte Komponenten zum einfachen Aufbau privater oder gewerblicher AC-Ladestationen. So bieten die Sets zahlreiche 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, 11 oder 22 kW. Ein geprüfter Verdrahtungsplan sowie die dazu gehörige Montageanleitung stehen zum Download bereit, sodass bei den Entwicklungskosten gespart werden kann.

So erhalten Ladestationen ein individuelles und neuartiges Design, erste Ladepunkte können bequem errichtet werden. Langfristig sowie für höhere Stückzahlen können die benötigten Komponenten auf der Basis des vorhandenen Schaltplans bestellt werden.

Ladeinfrastruktur lässt sich bei Bedarf sukzessive ausbauen

Ladestationen, die nach diesem Prinzip erstellt wurden, können von Elektro-Installateuren sowie von der Betriebstechnik eines Unternehmens selbst modifiziert und auch gemischt betrieben werden. Sind die ersten Ladestationen in Betrieb, kann auf diese Art und Weise die Ladeinfrastruktur nach Anforderung sukzessive ausgebaut werden.

Mit einer stetig wachsenden Ladeinfrastruktur – von wenigen Ladestationen bis hin zu einem ausgedehnten Ladepark – stellt sich auch die Frage nach der 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.

Voraussetzung dafür ist ein funktionales Lastmanagement – dabei wird unterschieden zwischen statischem und dynamischem Lastmanagement. Statisch bedeutet hier, dass die Ladepunkte je nach verfügbarer Energie freigegeben oder gesperrt werden – unabhängig von der Leistung, die an jedem einzelnen Ladepunkt abgenommen wird (Bild 2).

Beim dynamischen Lastmanagement wird zu jeder Zeit auf den aktuellen Leistungsbedarf der Ladepunkte reagiert – in Abhängigkeit der verfügbaren Anschlussleistung. Wichtiges Kriterium hierbei ist auch, ob ein-, zwei- oder dreiphasig geladen wird. 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 wird die Ladeinfrastruktur zum integralen Bestanteil eines übergeordneten Energiemanagements.

Ein übergeordnetes Lademanagement ist wichtig

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.

Unabhängig von Standort und Energieversorgung erfolgt die Berechnung der Ladevorgänge. Hier wird häufig gefordert, 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.

Für Ladepunkte in Parkhäusern und auf Parkplätzen ist das oben beschriebene Lastmanagement sowie die Einbindung in ein Abrechnungssystem über eine Management-Software möglich. Mit der EV Charging Suite von Phoenix Contact wird der Betrieb von Ladestationen und Ladeparks erheblich optimiert. 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 3).

Auch im Hinblick auf ein effizientes Abrechnungssystem ist die Charging Suite eine sinnvolle Investition, da sie als einzige Verbindung fungieren kann. Bei vielen gängigen Installationen wird jede Verbindung zu einem Abrechnungssystem über die SIM-Karte des Abrechnungssystem-Anbieters eingerichtet. Als Konsequenz entstehen für jede Verbindung laufende monatliche Kosten. Über die Charging Suite können nun mehrere Ladepunkte zusammengefasst werden, was die laufenden Kosten erheblich reduziert.

Lade-Software mit integriertem Lastmanagement

Die Software EV Charging Suite bildet die Schnittstelle zwischen Fahrer, Ladepark- und Netzbetreiber sowie Abrechnungsanbieter. Das integrierte Lastmanagement sorgt für die optimale 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.

* Dirk Vogel ist Produktmanager Smart Charging bei der Phoenix Contact E-Mobility GmbH in Schieder-Schwalenberg.

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