Übersicht Ladetechnologien
Elektrofahrzeuge können prinzipiell mit Ein- bis Dreiphasen-Wechselstrom „alternating current“ (AC) oder mit Gleichstrom „direct current“ (DC) geladen werden. Beim AC-Laden übernimmt ein im Fahrzeug eingebauter Gleichrichter die Stromwandlung aus dem öffentlichen Wechselstromnetz in den von der Batterie benötigten Gleichstrom; beim DC-Laden erfolgt die Laderegelung in der Ladestation.
Lademodi /-technologien
Gemäss Norm IEC 61851-1 werden vier Lademodi der Elektromobilität unterschieden. Während die Lademodi 1 bis 3 auf Wechselstrom-Technik (AC) basieren, kommt bei Mode 4 die Gleichstrom-Technologie (DC) zur Anwendung. Lademodus 1 ist heute kaum mehr gebräuchlich (deshalb wird an dieser Stelle nicht weiter auf Lademodus 1 eingegangen).
Ladezeiten
In Abhängigkeit der verschiedenen Ladearten/Lademodi ergeben sich unterschiedliche, rein kalkulatorische Ladezeiten – welche lediglich als Indikation zu betrachten sind – in Bezug auf eine Vollladung der Batterie. Dabei ist zu beachten, dass die Ladezeiten nicht nur von der verfügbaren Ladeleistung der Ladeinfrastruktur abhängig sind, sondern auch von der Ladeleistung, welche das Fahrzeug aufnehmen kann.
Ladeanschlüsse
Die Ladeanschlüsse von Elektroautos unterscheiden sich je nach Hersteller, Modell und Baujahr. Für das AC-Laden hat sich europaweit der Steckerstandard Typ 2 etabliert, für das DC-Laden der CCS-Standard. Auch der japanische DC-Schnellladestandard CHAdeMO, der vor allem bei asiatischen Fahrzeugmodellen gebräuchlich ist, wird an den meisten öffentlichen Ladestationen (noch) angeboten.
Einfache Ladelösungen
Im privaten Bereich reicht in vielen Fällen eine einfache („dumme“) Wallbox oder mobile Ladestation um schnell, sicher und komfortabel zu laden. Je nach zusätzlichen Anforderungen (z.B. verbrauchsgerechtes Abrechnen) kann eine intelligente Wallbox erforderlich werden (mehr dazu in Modul 2.3)
Ganzheitliche Ladelösungen
Für Firmenparkplätze, Einstellhallen, Hotels, etc. bieten sich ganzzeitliche Ladelösungen inkl. intelligenter Wallboxen oder Ladesäulen an – Diese werden mit einem übergeordneten Lade- und Energiemanagementsystem kombiniert, welches u.a. Lastmanagement sicherstellt
Lastmanagement
Um eine Überschreitung der Netzanschlussleistung respektive des Leistungslimits für Ladeinfrastruktur zu verhindern, reduziert ein Lade- und Energiemanagementsystem mit lokaler Lastmanagement-Funktion (ein solches wird von den Energieversorgern/Netzbetreibern ab zwei oder mehreren Ladepunkten hinter einem Netzanschlusspunkt gefordert) die Ladeleistung der angeschlossenen Ladepunkte teilweise oder gänzlich. Durch die Reduzierung der Ladeleistung können Ladevorgänge verlangsamt oder pausiert werden. Bei Unterbrechung startet das System die Ladevorgänge erneut, sobald wieder ausreichend Leistung zur Verfügung steht. Zudem passt es die Leistungsangebote an die Ladestationen anhand der zur Verfügung stehenden Leistung und des tatsächlich geladenen Stromes an. Durch die Begrenzung der Netzanschlussleistung wird sichergestellt, dass einerseits keine oder nur minimale Investitionskosten in den Netzausbau anfallen, andererseits die Betriebskosten (Leistungspreise, sofern anfallend) optimiert werden.
Statisches vs. Dynamisches Lastmanagement
Um das Optimum aus dem Netzanschluss herauszuholen, kommen je nach Anforderung unterschiedliche Arten von Lastmanagement zur Anwendung. Grundsätzlich lässt sich zwischen statischem und dynamischem Lastmanagement unterscheiden.
Statisches Lastmanagement
- Vermeidung von Lastspitzen & deren Kosten durch fest hinterlegten, maximalen Leistungswert
- Die hinterlegte Leistungsgrenze wird auf alle angeschlossenen Fahrzeuge unter Berücksichtigung der tatsächlichen Ladeleistung und Phasenbelastung verteilt
- Priorisierung einzelner Ladestationen Schieflasterkennung und phasengenaues Laden
Dynamisches Lastmanagement
- Vermeidung von Lastspitzen & deren Kosten sekundengenau mittels lokalen Zählers
- Die verfügbare Leistung wird auf alle angeschlossenen Fahrzeuge unter Berücksichtigung der gegebenen Anschlussleistung, bei gleichzeitiger Berücksichtigung der tatsächlichen Ladeleistung und Phasenbelastung verteilt
- Integration und dynamische Berücksichtigung der anliegenden Gebäudelast, um vorhandene Anschlussleistung optimal auszunutzen und zusätzliche Leistungsspitzen zu vermeiden
- Berücksichtigung von erzeugter Energie aus Photovoltaik bei der verfügbaren Ladeleistung
Transparenz im Ladebetrieb
Ein Lade- und Energiemanagementsystem übermittelt via Internet zudem die notwendigen Daten zur Visualisierung und Überwachung der Ladevorgänge und Ladestationen in Echtzeit an ein Web-Portal, um einen möglichst transparenten Ladebetrieb sicherzustellen.
- Übersicht über Status und Verfügbarkeit der Ladepunkte am jeweiligen Standort
- Live-Monitoring von Flotten- und Gebäudelast
- Detailinformationen zu jedem einzelnen Ladepunkt des Standorts
- Verwaltung & Priorisierung von Ladepunkten und RFID-Karten
- Statistiken abgeschlossener Ladevorgänge
- Exportfunktion für Ladedaten (z.B. zu Abrechnungs-zwecken)
- Systemüberwachung inkl. Fehlermeldungen
Zusammenfassung Lade- & Energiemanagement
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Lade- und Energiemanagementsystem die Herausforderungen beim Betreiben der Ladeinfrastruktur ganzheitlich lösen und einen Hersteller-neutralen, modularen sowie skalierbaren Aufbau sicherstellen muss. Dabei wird lokale sowie cloudbasierte Intelligenz kombiniert. Aus technischer Sicht wird ein Grundsystem realisiert, welches – individuell nach den verschiedenen Bedürfnissen – modular über die Zeitachse ausgebaut werden kann.
Zusammenfassung
