Intelligente Stromtankstelle

Elek­tro­mo­bil­ität braucht prak­tik­able Ladelösungen
Elek­tro­mo­bil­ität ist auf dem Weg in die Städte. Langsam, aber abse­hbar. Die Infra­struk­tur muss deshalb wach­sen. Und diese benötigt Design und Engi­neer­ing. Beim bish­er ver­nach­läs­sigten Back­end tut sich einiges. Die mit­tel­ständis­che Heldele GmbH beispiel­sweise entwick­elt seit zwei Jahren eine Strom­tankstelle: Hin­ter robustem und mod­u­larem Design ver­birgt sich Soft­ware für Zahlungs­funk­tion, Ortung und bald auch Vor­re­servierung via App. Das Design soll dafür sor­gen, dass Strom­tankstellen im öffentlichen Raum akzep­tiert wer­den. Die mit­tel­ständis­che Entwick­lung ist Kernbe­standteil des drei­jähri­gen, staatlich unter­stützten Forschung­spro­jek­ts »Elek­tro­mo­bil­ität im Staufer­land« der Städte Göp­pin­gen und Schwäbisch Gmünd, das Nutzerver­hal­ten von emo­bil­er Infra­struk­tur analysiert.
Entschei­dend: Richtig installieren
Doch der kri­tis­che Punkt für Anwen­der ist das Inte­gri­eren der emo­bilen Strombedürfnisse in die elek­trischen Gegeben­heit­en. In jedem Gebäude find­en sich ver­schieden leis­tungs­fähige Kabel und Verteil­er. So reichen die Kapaz­itäten für einen Schnel­l­lad­er mit immer­hin bis zu 22 kW Leis­tung und einem Lade­strom von max­i­mal 32 Ampere im 400 Volt-Netz sel­ten aus. Die meis­ten älteren Kabel sind oft­mals nur für haushalt­sübliche 3,7 kW aus­gelegt. Geht der Instal­la­teur der Lage nicht auf den Grund, dro­hen Schmor­brände. »Unser Vorteil ist, dass wir uns mit Gebäude­tech­nik ausken­nen und bei jedem Schritt wis­sen, wie der Strom zu hand­haben ist«, sagt Strom­tankstellen-Pro­jek­t­tech­niker Erik Büch­n­er. Im Einzelfall kann der gel­ernte Energie- und Gebäudeelek­tron­iker schnell entschei­den und umdisponieren, wie er am besten den neuen Ver­brauch­er in die Haustech­nik inte­gri­ert. Etwa bei der Göp­pinger Arbeit­er­wohlfahrt, wo der Heldele-Mitar­beit­er im Som­mer 2012 drei Strom­tankstellen in ein altes Netz ein­band. Dazu instal­lierte er auch Kabel­trassen und Rohre, durch­brach Mauern und schot­tete ab. Seit Jahrzehn­ten wech­seln die Anforderun­gen. Doch was Büch­n­er aktuell ver­baut, muss neuesten Nor­men gerecht wer­den. Etwa der VDE 0100–600, die besagt, wie Anla­gen sich­er funk­tion­ieren, so dass sie vor Über­las­tung geschützt sind. Das Prüf­pro­tokoll beste­ht deshalb aus Dat­en zu Iso­la­tion, Net­zin­nen­wider­stand, Aus­löse­s­trom und ‑zeit des FI-Schal­ters. Ohne detail­liertes Wis­sen über Gebäude­tech­nik und die vielzäh­li­gen Nor­men kön­nen deshalb beim Instal­lieren ein­er Ladesta­tion entwed­er Schä­den entste­hen oder die Ladeleis­tung beein­trächtigt wer­den. Unzufriedene Nutzer sind in jedem Fall die Folge.
Schnelles Laden durch die beste Steckdose
Beim FI-Schal­ter liegt für Anwen­der die Krux. Strom­tankstellen sind mit der Intel­li­genz mod­ern­ster Com­put­er aus­ges­tat­tet. Con­trol Pilot (CP) und Prox­im­i­ty Pilot (PP) kom­mu­nizieren mit dem Fahrzeug und erteilen Freiga­ben. Deshalb sind die meis­ten Sta­tio­nen wie Schaltschränke kom­plett abgeschot­tet. Zumal die Nieder­span­nungsrichtlin­ie VDE 0100–520 besagt, dass die inneren Bauteile gegen direk­tes Berühren zu schützen sind.
Anwen­der­fre­undlich­es Bedienen
Doch fällt nur eine Sicherung, müssen sofort Ser­vicetech­niker gerufen wer­den. Um den Besitzern Zeit und Kosten zu sparen, wurde das bei der Kon­struk­tion bedacht. So sind allein der FI- und Leitungss­chutz-Schal­ter bei der Wall­box leicht zugänglich: Nur zwei Schrauben sind zu lösen. Alle anderen Bauteile bleiben abgeschottet.
Nutzer­fre­undlich ist auch ein­händi­ges Bedi­enen: Ein Mag­net hält die Schutzkappe des Steck­verbinders unten, solange die Lade-Freiga­be erteilt ist. Ist dann etwa ein Elek­tro-Smart mit der Tankstelle ver­bun­den, lässt er sich nicht weg­fahren. In der Soft­ware steckt jede Menge Intel­li­genz: Etwa hin­ter der Lade­buchse nach Stan­dard IEC 62196–2 und im Steck­verbinder nach IEC 61851–1 des in Europa gebräuch­lichen Typ 2 Steck­ers. Durch diesen lädt sich der Akku mit ein­er Kapaz­ität von etwa 18 kWh im Gegen­satz zu ein­phasi­gen Steck­ern und Steck­verbindern in nur ein­er Stunde von 20 auf 100 Prozent auf. Mit­tels Pul­sweit­en­mod­u­la­tion kodieren sich hier­bei der max­i­mal zuläs­sige Lade­strom und die Kom­mu­nika­tion des eAu­tos. Im Lade­modus 3 beschickt etwa eine öffentliche Ladesta­tion den Pilotkon­takt CP mit ein­er 1 kHz-Rechteckschwingung mit etwa 12 Volt, die auf der Seite des Fahrzeugs über einen Wider­stand und eine Diode auf den Schut­zleit­er PE zurück­ge­führt wird und die Freiga­be für die max­i­male Leis­tung anfordert.
Was die Zukun­ft bringt
Als Schnittstelle zur Authen­tifizierung zwis­chen Auto und Ladesta­tion, am Fron­tend, dient bish­er oft­mals noch RFID, damit Nicht-Smart­phone-Besitzern das Tanken nicht ver­wehrt ist. »Doch in nicht allzu fern­er Zukun­ft übernehmen diese Funk­tio­nen vor allem Apps«, sagt Büch­n­er. Das Back­end, die Abläufe zwis­chen Strom­tankstelle und EVU sowie Betreibern, war bish­er noch unklar, weshalb Elek­trotech­nikfir­men wie Heldele hier Lösun­gen entwer­fen: Vom Vor­re­servieren und Bezahlen bis zum Reg­istri­eren regelt sich alles online. Die Abrech­nung bei den Betreibern, beispiel­sweise EVU, laufe dann über eine Cloud-Plat­tform, so Büch­n­er. Hier entste­hen weniger IT-Kosten und Smart Grid-Ansätze geben den Betreibern Kon­trolle über die Ladesäulen. Diese besitzen dann durch Smart Meter­ing-Zäh­ler die Möglichkeit, dif­feren­zierte Tarif- und Preis­mod­elle je Ladepunkt abzubilden.
Erik Büchner
Pro­jek­t­tech­niker Kom­pe­ten­z­cen­ter Technology
⇢ Heldele GmbH
⇢ www.heldele.de
⇢ www.die-stromtankstelle.de