André Hänel erläutert die Herausforderungen, denen sich größere Elektrofahrzeuge beim Laden stellen müssen, und warum es sinnvoll ist, diese Einrichtung in eine umfassendere KNX Installation zu integrieren.
Die Verwendung von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEVs) nimmt stetig zu. In Deutschland zum Beispiel wurden in der ersten Jahreshälfte 2023 über 220.000 BEVs neu zugelassen. Während die meisten von ihnen als Privatfahrzeuge genutzt werden, ist die Zahl der Transporter und Lkw aufgrund der begrenzten Reichweite, der erforderlichen Ladezeit und der Verfügbarkeit von Ladestationen an Autobahnen vernachlässigbar. Dies gilt insbesondere für Lkw. Neben Kosten- und Verfügbarkeitsaspekten sind das Fehlen eines flächendeckenden Ladenetzes und der hohe Energiebedarf für das Laden von Elektro-Lkw auf längeren Strecken limitierende Faktoren.
Mit einer Schnittstelle wie dem ise Smart Connect KNX e-charge II und einem Smart Meter ermöglicht das dynamische Lastmanagement die Berücksichtigung von Geräten mit hohem Stromverbrauch und Vermeidung von Spitzenbelastungen. Die Priorisierung eines Ladepunktes bietet zusätzliche Vorteile für eine Vielzahl von Anwendungsfällen (Bildquelle: ise GmbH).
Ladestationen
Eine Ladestation liefert entweder Gleichstrom (in der Regel die Schnellladenetze an Autobahnen) oder Wechselstrom, aber da die Batterie eines BEV nur mit Gleichstrom geladen werden kann, muss der Wechselstrom in Gleichstrom konvertiert werden. Dazu enthält ein BEV einen integrierten AC/DC-Wandler, der im Falle von Privatfahrzeugen typischerweise Leistungsbereiche zwischen 2,3 und 22 kW unterstützt.
Als einschränkende Faktoren sind die Sicherungskapazität der Immobilie oder die Kapazität des versorgenden Mittelspannungswandlers (auch Netzebene 6 genannt) zu berücksichtigen. In Wohngebieten könnte eine pro Kunde geforderte maximale Ladeleistung (z. B. 11 kW) die Energieversorgung überlasten, wenn sich einzelne Ladezeiten von mehreren Kunden zeitlich überschneiden. Dies gilt vor allem dann, wenn es mehr als einen Ladepunkt pro Gebäude-Netzanschlusspunkt gibt, wie z. B. in einem Geschäftsumfeld mit mehreren von Mitarbeitern genutzten Ladepunkten. Folglich muss jede (maximale) Ladeleistungsanforderung pro Mitarbeiter auf die aktuell verfügbare Leistung des Gebäudes und den voraussichtlichen Zeitpunkt, zu dem der Mitarbeiter das Gebäude verlassen möchte, abgestimmt werden, wobei auch eine mögliche vorübergehend reduzierte Leistungsverfügbarkeit auf Anweisung des Netzbetreibers (auch Leistungsbegrenzung genannt) zu berücksichtigen ist.
Verwendung von KNX zur Verwaltung des Ladevorgangs
Für die Verwaltung des Ladevorgangs bietet KNX die folgenden Lösungen an:
1) Einfache Lösungen schließen die Ladestation über eine spezifische (Modbus TCP/RTU) Schnittstelle an. Je nach Hersteller der Ladestation müssen alle zugehörigen Protokoll- und Dateneinstellungen vom Installateur konfiguriert werden. In diesem Fall muss die eigentliche Kontrolllogik für den Ladevorgang von einer externen Instanz wie z.B. einer Energiemanagement-Anwendung als Teil der KNX Installation durchgeführt werden.
2) Professionellere Lösungen verwenden Schnittstellen mit vorkonfigurierten Ladestationsprofilen verschiedener Anbieter, die jeweils alle erforderlichen Konfigurationsdaten enthalten. Bei solchen Schnittstellen wird die Anzahl der unterstützten Profile und Anbieter regelmäßig aktualisiert, und eine lokale Kontrolllogik ist ebenfalls enthalten, um bestimmte Aufgaben von der allgemeinen Energiemanagementanwendung zu entlasten.
Es gibt mehrere Möglichkeiten mit Produkten verschiedener Hersteller, bei denen die Schnittstellenlogik direkt in ein Energiemanagementsystem oder eine Visualisierung eingebettet ist. In beiden Fällen wird die vom Kunden gewünschte Funktionalität vom KNX Installateur mit der ETS Software konfiguriert. Typisch für das KNX System ist, dass jede Funktionalität einer Anlage mit speziellen und standardisierten Datenpunkten, die von den Geräten bereitgestellt werden, dargestellt wird. Dies gilt auch für eine BEV-Ladesteuerung, bei der Datenpunkte z. B. für die Spannung, den Strom oder die Leistung zur Verfügung stehen würden.
Da alle ladungsrelevanten Daten zur Laufzeit in KNX vorhanden sind, sind auch periphere Funktionen wie die Zugangskontrolle zu den Ladestationen, die Leistungsüberwachung oder die Abrechnung möglich.
KNX-basiertes Energiemanagement kann auch den optimalen Zeitpunkt für das Aufladen automatisieren und dabei unterschiedliche Energietarife, selbst erzeugten Strom und den Bedarf/Zeitpunkt anderer Strom verbrauchender Geräte im Haus berücksichtigen.
Fazit
Die Vorteile einer KNX-Installation für das Laden von Fahrzeugen sind vielfältig. Das offensichtlichste ist, dass es mit einer breiten Palette anderer KNX-Gebäudesteuerungsfunktionen verknüpft werden kann, so dass viele Faktoren berücksichtigt werden können, was zu einem umfassenden Gebäudekontroll- und Energiemanagementsystem führt. Darüber hinaus kann die gesamte Installation vom KNX Installateur mit Hilfe von ETS geplant werden, was zu einer Gesamtsystemplanung, Dokumentation und Kundenbetreuung aus einer Hand führt.
Die Ladesteuerung ist nur ein Aspekt einer umfassenderen KNX Energiemanagementstrategie, die eine engere Integration der wichtigsten elektrischen Energieerzeuger wie Photovoltaik (Wechselrichter), elektrische Batterien oder Wärmepumpen beinhaltet. Sie können alle eine gemeinsame Schnittstelle nutzen und intelligent gesteuert werden, um den Energieverbrauch zu optimieren und unseren ökologischen Fußabdruck zu verringern.
André Hänel ist bei der KNX Association für die Abteilung Systems und Tools verantwortlich.
