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Ladevorgang intelligent steuern

Eine Ladeinfrastruktur mit hohen Leistungen lässt sich auf unterschiedliche Arten einbinden und verwalten. Jeder Ladepunkt kann so gesteuert werden, dass sich die verfügbare Energie gemäß der Anschlussleistung aufteilt. Betrachten wir wieder unser Rechenbeispiel: Sind die vier Ladepunkte belegt, wird die Anschlussleistung durch den Gleichzeitigkeitsfaktor von 80% auf 1,12 MW begrenzt. Somit kann grundsätzlich nicht die volle Ladeleistung in Anspruch genommen werden – pro Ladepunkt können nur 280 kW abgerufen werden. Falls nun zwei Ladepunkte durch konventionelle CCS2-(Combined Charging System Typ 2)-Elektrofahrzeuge und die beiden anderen Ladepunkte durch schnellladende CCS2-HPC-(High Power Charging)-Elektrofahrzeuge in Gebrauch sind, wird die Leistung ungleich abgegeben. Während die konventionellen Elektrofahrzeuge mit maximal 50 kW laden und 230 kW nicht nutzen, fehlen bei den schnellladenden Fahrzeugen 70 kW pro Ladepunkt.

Abhilfe aus diesem Dilemma schafft hier eine skalierbare Leistungselektronik aus mehreren Modulen (Bild 4). Dies könnten zum Beispiel 15 Einheiten mit einer Leistung von jeweils 75 kW sein. Den beiden Ladepunkten mit den CCS2-Fahrzeugen wird dann jeweils ein 75-kW-Modul zugeordnet, sodass die übrigen 13 Module für die schnellladenden Fahrzeuge eingesetzt werden können. Eine intelligente Matrix würde dann dem einen Ladepunkt sechs und dem anderen die verbliebenen sieben Module zuweisen.

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Kommunikation anforderungsgerecht umsetzen

Diese Art der Energiezuordnung erfordert intelligente Kommunikationselemente wie die DC-Ladesteuerung EV CC Professional, die von Phoenix Contact E-Mobility entwickelt, produziert und vermarktet wird (Bild 5). Sie ist das Kernelement einer derartigen Ladeinfrastruktur und kommuniziert mit den einzelnen Elementen wie dem Batteriespeicher und der Leistungselektronik.

Die Baugruppe der Steuerung wickelt den Ladevorgang gemäß DIN 70121 über die Powerline-Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug ab. Dabei erweisen sich verschiedene On-board-Schnittstellen der Baugruppe als Vorteil, z.B. Ethernet, RS 232, RS 485 und CAN. So können relevante Daten via Bussystem – etwa CAN oder Modbus TCP – direkt mit der Matrix der Leistungselektronik ausgetauscht werden. Energiemessgeräte oder RFID-Kartenleser lassen sich per Modbus, RTU oder TCP ankoppeln. Die Integration von Solar- oder Windkraftanlagen erfolgt über die Schnittstellen der EV CC Professional. Ein HMI (Human Machine Interface) zeigt den aktuellen Zustand des Ladevorgangs vor Ort an.

Das Systemkonzept unterstützt Batteriespeicher mit einer Kapazität von 100 bis 200 kWh. Die maximal abnehmbare Leistung beträgt zum Beispiel 320 kW, weshalb die CCS2-HPC-Fahrzeuge mit einer zukünftig zu erwartenden 100 kWh Batterie in rund 18 Minuten komplett aufgeladen werden können. Tatsächlich nehmen sie meist nur 50% bis 80% der Batteriekapazität auf, sodass bis zu drei Elektroautos bei vollem Speicher betankt werden können. „Die Kapazität ist also ausreichend“, resümiert Böden. „Mit einer variablen Einspeiseleistung von 20 bis 150 kW lässt sich die Batterie danach in vertretbarer Zeit bequem wieder aufladen.“

Bleibt noch als Fazit zu bemerken, dass das High Power Charging für alltagstaugliche Ladestationen längst keine Utopie mehr ist. Eingebunden in eine praktikable Ladeinfrastruktur der weiteren Komponenten Batteriespeicher, Leistungselektronik und Steuerungstechnik – und dann nach Möglichkeit im Verbund mit regenerativen Energien – sind HPC-Ladestationen oder -Parklätze in hohem Maße geeignet, die Elektromobilität praxistauglicher zu machen.

Offene Standards ermöglichen eine einfache Integration der Ladestation

Schnellladetechnik an den Grenzen des Machbaren

Wie sich Ladepunkte einfach aufbauen lassen

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

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