Viele Unternehmen stehen vor der Frage, wie sie Elektroautos bedarfsgerecht mit Strom versorgen. Benötigt wird ein Lastmanagement, das die verfügbare Anschlussleistung regelbasiert auf alle installierten Ladepunkte verteilt. Mit der Software EV Charging Suite von Phoenix Contact hat GP Joule eine flexible Lösung gefunden – für sich selbst und seine Kunden.
Unweit von Flensburg
Die Gemeinde Reußenköge liegt in der Nähe von Flensburg im hohen Norden Schleswig-Holsteins. Hier hat die Unternehmensgruppe GP Joule ihren Hauptsitz. Das eigene Problem zur Lösung machen – mit diesem Anspruch stieg GP Joule 2015 mit dem eigenen Unternehmensbereich namens Connect in den E-Mobility-Markt ein.
Bedarfsgerechte Lösungen waren rar und so wurde man selbst – quasi auf der grünen Wiese – mit kompetenten Partnern zum Anbieter von E-Mobilität und Ladeinfrastruktur.
Langfristig planen
Seit 2015 arbeitet GP Joule Connect eng mit der Phoenix Contact E-Mobility GmbH zusammen – unter anderem bei der Entwicklung der EV Charging Suite. GP Joule nutzt die Software heute selbst – und setzt die flexible Lösung erfolgreich in seinen Connect-Kundenprojekten ein.
Neueinsteiger in die E-Mobilität – ob Unternehmen, Kommunen, Stadtwerke, Wohnungswirtschaft oder Tourismus – sollten bei ihrem Aufbruch in die neue Welt der Mobilität langfristig planen. „Wir haben schon früh festgestellt, dass die Elektrifizierung des Fuhrparks weitreichende Konsequenzen hat“, erläutert Manuel Reich, Geschäftsführer von GP Joule Connect.
Wandelnde Anforderungen
Die Anforderungen an die Mobilität wandeln sich stetig – zum Beispiel durch Wachstum des eigenen Unternehmens oder durch die Notwendigkeit, solare Eigenstromerzeugung wie auch Großverbraucher ins Energiemanagement zu integrieren. Auch durch neue Technologien, neue Fahrzeuge im Markt und veränderte Bedürfnisse seitens der Mitarbeiter gewinnt das Thema an Dynamik. Um flexibel auf Veränderungen reagieren zu können, bedarf es einer soliden Grundlage.
Basiselement eines neuen Ladeparks ist immer die Ladestation. „Defizite, etwa in puncto Stabilität, Nutzerkomfort, Energieeffizienz und Netzanschluss, lassen sich nachträglich nur schwer beheben“, weiß Jonas Elbroend aus eigener Erfahrung als Produktentwickler Hardware bei GP Joule Connect.
Zusätzliche Funktionen integriert
Die verbaute Ladesteuerung muss während des Ladevorgangs den Strom steuern und dazu selbst von einem übergeordneten System aus steuerbar sein. Zudem sollte die Ladesteuerung flexibel gebaut sein, sodass verschiedene Lademodi gewählt werden können.
Weitere notwendige Ladefunktionen sind die Gleichstromfehlererkennung (sechs Milliampere) sowie ein Fehlerstrom-Schutzschalter (30 Milliampere) zur Absicherung der Ladepunkte und zum Schalten der Last.
Für Mode 3 Case B mit Ladesteckdose ergänzt eine Spannungsüberwachungsfunktion die Ladesteuerung zum Entriegeln des Ladesteckers bei Stromausfall.
Woher kommt die Energie?
Für das zu implementierende Lastmanagement müssen die Ladepunkte rotierend auf die drei Außenleiter aufgeteilt werden. So ist sichergestellt, dass die – vom Energieversorger vorgeschriebene – maximale Schieflast nicht überschritten wird. Auch vor diesem Hintergrund müssen Hard- und Software gut aufeinander abgestimmt sein.
Von grundsätzlicher Bedeutung ist die Frage, wie die Energieversorgung des Ladeparks über die vorhandene Anschlussleistung sichergestellt wird. „Um den Energiefluss des Ladeparkplatzes zu steuern, ist ein Energiemanagementsystem erforderlich“, erläutert Elbroend. „Dieses kann autark – also ausschließlich für einen Ladeparkplatz zuständig – oder aber Teil eines kompletten Gebäudemanagemensystems sein.“
Für ein autarkes System ist die verfügbare Anschlussleistung der einzige Vorgabewert zur Verwaltung des Ladeparkplatzes. Diese dient zur Verteilung der vorhandenen Leistung auf jeden einzelnen aktiven Ladepunkt.
Ladeparks optimal steuern
Das Lastmanagement kann dabei dynamisch oder statisch erfolgen. Beim dynamischen Lastmanagement wird jeder einzelne Ladepunkt entsprechend der verfügbaren Anschlussleistung gesteuert. Im Gegensatz dazu werden beim statischen Lastmanagement so viele Ladepunkte wie möglich aktiv geschaltet.
Wird dabei die maximale Anschlussleistung erreicht, können keine weiteren Ladepunkte aktiviert werden. „Die Ethernet-fähigen Ladesteuerungen und die Software EV Charging Suite von Phoenix Contact ermöglichen – als aufeinander abgestimmte Standardprodukte – ein optimales Energiemanagement“, erklärt Piet Gömpel, Produktentwickler für Software bei GP Joule Connect. Die Ladesteuerungen werden über Modbus TCP von der EV Charging Suite angesprochen.
Die Suite regelt auch die Freigabe für den Ladevorgang und reguliert den Ladestrom. Außerdem liest die Ladesteuerung die Energiewerte des angeschlossenen Energiemessgerätes und den Status des Control-Pilot-Signals aus und stellt die Werte der Software zur Verfügung.
Im Verbund mit Photovoltaik
So werden Ladevorgänge aktiv gesteuert und Informationen darüber per Ladesteuerung und Pulsweitenmodulation an das Elektrofahrzeug gesendet.
Weil Strom aus erneuerbaren Energien die sinnvolle Basis zur Energieversorgung von E-Mobilen ist, betreibt GP Joule seinen Ladeparkplatz im Verbund mit einer Photovoltaikanlage. „Ein zusätzliches Messgerät erfasst die solar gewonnene Energie und stellt sie als zusätzliche Anschlussleistung zur Verfügung“, erläutert Piet Gömpel.
Die Spitzenlastbegrenzung des Ladeparkplatzes erfolgt dann über eine Modbus-TCP-Busklemme mit zusätzlichen Ein- und Ausgängen. Parkplätze auf einem Firmengelände oder im öffentlichen Bereich können Ladevorgänge entweder lokal oder über ein Abrechnungssystem wie Open Charge Point Protocol (OCPP) abrechnen.
Exportfunktion der Software
GP Joule selbst nutzt zur Abrechnung die Exportfunktion der Software und leitet die Verbrauchsdaten weiter. Im öffentlichen Bereich werden Ladevorgänge durch einen Drittanbieter abgerechnet. Dieser erhält die Verbrauchsdaten via OCPP – das Protokoll ist integraler Bestandteil der EV Charging Suite.
Der stufenweise Ausbau eines Ladeparks ist für die meisten Betreiber gängige Praxis. Auch GP Joule startete 2015 mit einigen wenigen und relativ simplen AC-Wallboxen.
Mittlerweile betreibt das Unternehmen in Reußenköge über 30 Ladestationen, an anderen Standorten mehr als weitere 20.
Erweiterungen sind durch das Lizenzmodell für zehn, 30 oder 50 Ladepunkte ohne Software-Update möglich. „Unsere Kunden starten oft mit einer Basis-Installation mit wenigen Ladepunkten“, erzählt Gömpel.
Mit einem Update der Lizenz kann die Anlage jederzeit flexibel um weitere Ladepunkte ergänzt werden.
Komfortabel verwaltet
Wie benutzerfreundlich ein skalierbares System ist, zeigt sich auch bei der Konfiguration neuer Ladepunkte. Mit der EV Charging Suite werden die Parameter zum Ladeparkplatz, zu den einzelnen Ladepunkten, zum Lastmanagement und zur Anbindung an das Abrechnungssystem auf einfache Weise in einer Web-basierten Oberfläche kontrolliert.
Und zwar von jedem beliebigen PC via Web-Browser. Hat sich ein Benutzer – als einfacher User, als Operator oder als Administrator – angemeldet, können relevante Einstellungen eingesehen oder verändert werden.
Einfache Einbindung
Steht dem E-Mobilisten am Ladepunkt ein Industrie-PC mit Touchscreen und RFID-Leser zur Anmeldung zur Verfügung, wird der Ladepunkt ausgewählt und der Ladevorgang über eine intuitive Bedieneroberfläche am sogenannten Master-Terminal gestartet.
Alternativ kann zur Nutzeranmeldung ein Box-PC genutzt und jeder Ladepunkt mit einem RFID-Leser versehen werden. Alle Varianten lassen sich über die Konfigurationsoberfläche der Software bequem einstellen.
Vielfältige Applikationen
Die Entwicklung und Konzeption zukunftsorientierter Mobilitätslösungen gehen weit über den Vertrieb von Ladesäulen hinaus. Mithilfe der EV Charging Suite lassen sich vielfältige Ladeapplikationen umsetzen.
GP Joule Connect nimmt im Jahr 2019 auf diese Weise an die 300 Ladepunkte in Betrieb. Um die anspruchsvollen Anforderungen hinsichtlich Betrieb, Energiemanagement und Verfügbarkeit zu erfüllen, sind in der EV Charging Suite auch Funktionen zur Nutzung von Cloud-Services implementiert.
Die Autoren
Julia Krüger
arbeitet in der Abteilung Marketing Communications der Phoenix Contact E-Mobility GmbH in Schieder-Schwalenberg.
Dirk Vogel
ist Produktmanager für Smart Charging bei der Phoenix Contact E-Mobility GmbH.
Eine der 39 Ladestationen: Bei Bedarf kann der Betreiber die Zahl der Ladeparkplätze schrittweise ausbauen.
Die Ladesteuerung im Schaltschrank.
