Aufladen 2.0 Intelligentes Lastmanagement

Nutzer von Elektrofahrzeugen haben an den Ladevorgang grundsätzlich die gleiche Erwartungshaltung wie an das Betanken mit Benzin oder Diesel: Schnell soll es gehen, unkompliziert soll es sein und natürlich wenig kosten. Und der Ladeinfrastruktur muss es egal sein, ob sie ein einzelnes Fahrzeug in einer Stunde oder über Nacht aufzuladen hat oder gleichzeitig einen ganzen Fuhrpark. Um das zu realisieren, braucht es ein »intelligentes« Lastmanagement.

Dass die Elektromobilität einen immer größeren Stellenwert auf unseren Straßen einnehmen wird, darüber sind sich die Experten im Allgemeinen einig. Dabei wird die Ladeinfrastruktur eine entscheidende Rolle spielen. Hierbei geht es weniger um den Aufbau eines flächendeckenden E-Tankstellennetzes, so wie es derzeit für Benzin und Diesel existiert, denn laut Umfragen des VDE erfolgen über 90 Prozent aller Ladevorgänge zu Hause oder am Arbeitsplatz.

Vielmehr geht es um die »intelligente« Steuerung des Strombezuges beim Aufladen der Fahrzeugbatterie, wo immer dieser Vorgang auch stattfindet: zu Hause, in der Firma, in der Fuhrparkgarage, in öffentlichen oder privaten Parkhäusern. Überall dort, wo ein PEV (Plug-in Electric Vehicle) über einen längeren Zeitraum abgestellt ist, wird man die Stehzeit künftig zum Aufladen der Autobatterien nutzen. Dabei bleibt die Erwartungshaltung an den Ladevorgang grundsätzlich die gleiche wie beim Betanken mit Benzin oder Diesel: Schnell soll es gehen, unkompliziert soll es sein und natürlich wenig kosten - vergleichsweise jedenfalls.

Dies alles hat die Firma Keba in ihrem Lastmanagement »KeContact« realisiert. Es kann Elektrofahrzeuge innerhalb einer Stunde mit bis zu 22 kWh versorgen. Damit sind selbst Fahrzeuge der neuesten Generation vollgeladen, zehnmal schneller als an einer gewöhnlichen Haushaltssteckdose. Mit KeContact lassen sich auch unterschiedliche Ladestrategien festlegen, ein PEV beispielsweise in einer Stunde oder über Nacht aufladen beziehungsweise gleichzeitig mehrere PEVs bis hin zu einem ganzen Fuhrpark.

Auch der Zeitpunkt des Aufladens kann individuell festgelegt werden, zum Beispiel zu verbrauchsarmen Zeiten oder immer dann, wenn es ein Überangebot an Ökostrom gibt. Hängen mehrere PEVs an den Wallboxen, lässt sich für jedes einzelne festlegen, wie schnell, zu welchem Zeitpunkt und welches bevorzugt zu laden ist, selbst für Fahrzeuge, die nur Laden auf Basis der ISO 61851 Mode 3 unterstützen. Dies ist eine Norm für konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge und ermöglicht Schnellladen, aber keine differenzierte Kommunikation zwischen dem PEV und der Ladestation.

Bequemer als Tanken

Alle moderneren Modelle von Elektroautos, die bereits nach der ISO 15118 (Norm für eine abhörsichere und verschlüsselte Kommunikation zwischen PEVs und Ladestation) laden, sind in der Lage, das gesamte Leistungs- und Servicespektrum von KeContact zu nutzen (Bild 1). Es kann beispielsweise die Daten von Fahrzeug, Fahrzeughalter beziehungsweise Fuhrparkmanagement und die des Energieversorgers mit dem Ziel verknüpfen, den effizientesten und kostengünstigsten Ladeverlauf sicherzustellen.

Dazu übermittelt das PEV an die zentrale Steuereinheit, wie viel Energie es benötigt, wann es aufgeladen sein soll, sowie eine Reihe weiterer Parameter, die den Ladeverlauf beeinflussen. Dazu gehören zum Beispiel der minimale oder maximale Ladestrom, die Anzahl der Phasen oder die Ladespannung. Vom Energieversorger wiederum erhält KeContact das aktuelle Energieangebot und den Energiepreis. Damit kann die Steuerung einem Fahrzeug vor dem Ladevorgang mitteilen, zu welchen Kosten es Energie beziehen kann. Sie kann sogar mehrere Angebote an das Fahrzeug schicken: Sofort oder später laden, zu welchem Tarif, wie voll soll die Batterie werden etc.

Der Bordcomputer des PEV trifft dann die Auswahl, legt Ladedauer und das Ladeende fest, startet den Ladevorgang und kann in Zukunft nach Authentifizierung die Zahlungstransaktion (Plug & Charge) freigeben. Alle dafür erforderlichen Berechtigungsprüfungen und den Abgleich der Strommesswerte (Smart Charging) übernimmt das Lastmanagementsystem. Man kann sogar seinem PEV mitteilen, dass man erst später als geplant wegfahren wird, daher fürs Laden weitere zwei Stunden zur Verfügung stehen, und dann das Fahrzeug bitte auch gleich vorgewärmt sein soll.

Das Lastmanagement bietet alle Voraussetzungen für eine individuelle Abrechnung des Ladevorganges. Bei gleichzeitiger Aufladung mehrerer Fahrzeuge können so die Kosten eindeutig und präzise zugeteilt und dokumentiert werden. Man kann sogar ausschließlich auf Ökostrom setzen, wenn der Energieversorger entsprechende Daten zur Verfügung stellt.

Um Überlast, den in der Regel teuersten Strom, zu vermeiden, begrenzt KeContact die Ladeleistung oder verschiebt den Ladezeitpunkt in ein günstigeres Fenster (Bild 2). Das System baut in Abstimmung mit dem Energieversorger automatisch Leistungsspitzen ab und glättet den Strombezug, was vor allem bei volatilem Energieangebot (Photovoltaik, Windkraft etc.) Kosten spart.

Mit diesem Lastmanagement lässt sich der Ladevorgang umfassend und fein steuern. Für jedes PEV wird automatisch ein individuelles Lastprofil angelegt. Darin enthalten sind unter anderem Ladezeitpunkt, Ladedauer, aktueller Ladezustand der Batterie, Strompreis und Netzbelastung. Das verfügbare Energieangebot wird abgeglichen und der günstigste Energiebezug genutzt. Um den Beladungsvorgang noch individueller und gezielter zu steuern, lässt sich in das Lastprofil mit einbeziehen, wie das Fahrzeug genutzt wird.

Beispiel Samariterbund

KeContact eignet sich zum Aufladen von Elektrofahrzeugen in öffentlichen Parkhäusern mit überwiegend Individualkunden genauso wie zur Energieversorgung von Elektro-Fuhrparks oder ganzer Fahrzeugflotten, die zentral gemanagt werden. Typischer Einsatzort ist in Unternehmen wie beispielsweise dem Linzer Arbeitersamariterbund, einer »Blaulichtorganisation« mit breitem Einsatzspektrum.

Die Installation beim Arbeitersamariterbund wurde gemeinsam mit dem örtlichen Energieversorger im Rahmen des »Clean Motion Offensive«-Projektes durchgeführt, einem vom FFG geförderten Leuchtturmprojekt der Elektromobilität. Hier besteht eine Anschlussleitung für alle Verbraucher, angefangen von der Küche über die Kommunikationszentrale bis zu den Rettungs- und Mitarbeiterfahrzeugen.

Das Aufladen der Fahrzeuge kann exakt gesteuert werden: möglichst nicht zwischen 8.00 Uhr und 12.00 Uhr, denn in dieser Zeit wird Essen auf Rädern zubereitet, was die Lastkurve des Unternehmens ohnehin schon ausreizt. Stattdessen möglichst am Nachmittag oder in der Nacht, denn da gibt es günstige Stromtarife. Und immer nachrangig, alle anderen Stromverbraucher kommen zuerst dran. Außerdem können die Nutzer in Zukunft zur Kasse gebeten werden.

KeContact rechnet sich laut Keba bereits ab zwei Ladestationen, sprich wenn zwei Elektrofahrzeuge an der gleichen Anschlussleitung aufgeladen werden sollen. Bereits in diesem Fall soll das »intelligente« Lademanagement mehr Kosten sparen, als für die Installation angefallen sind.

Leistungsmanagement in der Praxis
Auto meldet Energiebedarf, Abfahrtszeit und technische Parameter (Batteriekapazität, Ladecharakteristik...), verknüpft mit Daten aus der historischen und geplanten Fahrzeugnutzung
Steuerung schickt an das Auto das Energieangebot, die Tarife und ebenfalls eine Reihe weiterer technischer Parameter
Auto schickt Ladeprofil, für das es sich entschieden hat
Steuerung schickt Messdaten, Signaturen und gibt nach erfolgter Bezahlung die Beladung frei