Aufladen von Elektrofahrzeugen und Energiemanagement

In den vergangenen Jahren haben weltweit viele Länder ihre Strategien zum Ausstieg aus fossilen Treibstoffen für die Mobilität angekündigt und wollen die Verwendung von Elektrofahrzeugen tatsächlich durchsetzen.

Bis spätestens 2030

  • wird in den Vereinigten Staaten die Biden Administration voraussichtlich mehr als eine halbe Million neue öffentliche Ladesäulen aufstellen;
  • plant das Vereinigte Königreich mit fossilen Treibstoffen betriebene Fahrzeuge komplett zu verbannen;
  • und beabsichtigt die EU Kommission mit ihrem Green Deal ihre Emissionen im Vergleich zu 1990 um mindestens 55 % zu reduzieren.

Das zeigt klar und deutlich, dass sich – obwohl das E-Auto heutzutage auf den Straßen noch ein seltenes Phänomen ist - die Situation gerade dramatisch verändert. Wenn von heute an in 10 Jahren jeder Haushalt über ein E-Auto verfügt, wird jedem einzelnen Haus ein (sehr) energiehungriges Element hinzugefügt und, wenn man mit dem Auto zur Arbeit fährt, wollen viele von diesen energiehungrigen Elementen nach dem Ende der Arbeitszeit wieder voll aufgeladen werden.

Bedarf nach einem Energiemanager

Es wird daher das oberste Anliegen sein, die verfügbare Energie bestmöglich zu verwenden und dabei vorzugsweise lieber grüne als aus fossilen Energiequellen erzeugte Energie. Ideal wäre es, wenn wir die Energie, die wir verbrauchen, direkt vor Ort erzeugen. Und wenn das E-Auto gerade geladen wird, sollte noch genügend Energie verfügbar sein, um alle übrigen Anwendungen im Gebäude (Beleuchtung, Heizung/Kühlung, Haushaltsgeräte, ...) zu versorgen. Ebenso ideal wäre es, wenn wir, in Ergänzung zum stationären Energiespeicher, die Speicherkapazität unserer E-Autos nutzen könnten, wenn Energie im Überfluss vorhanden ist und darauf zurück greifen könnten, wenn im Netz gerade weniger Energie verfügbar ist. Aus dem oben Gesagten geht klar hervor, dass in Wohnhäusern und Gebäuden intelligente Einrichtungen benötigt werden, um das zu managen. Vergleichen wir das einfach mit dem Dirigent eines Orchesters, der sicherstellt, dass die Streichinstrumente nicht von den Blasinstrumenten übertönt werden. In die Technik übersetzt: Es besteht beim Verbraucher der Bedarf für einen Energiemanager, der im Haus oder Gebäude die unterschiedlichen Einrichtungen, die Energie erzeugen oder verbrauchen, steuert und dabei stets ein Auge darauf hat, dass genügend Energie zur Verfügung steht.

KNX Lösungen im Lastenmanagement

Im traditionellen KNX sind bereits Lösungen verfügbar, die diese Aufgabe erledigen können und in einem Haus, das auch über eine Ladestation verfügt, das Lastmanagement bewerkstelligen. Ein KNX Mitglied bietet eine Schnittstelle an, die mehrere Ladestationen in eine KNX Anlage integ-rieren kann. Das Gerät hat eine integrierte ModBus RTU- Schnittstelle und ermöglicht darüber die Kommunikation mit unterschiedlichen Ausführungen von Ladestationen mit ModBus RTU-Schnittstellen. Unter anderem zeigt es

  • den gesamten Energieverbrauch und den beim letzten Laden,
  • den aktuellen Ladestrom,
  • die Start- und Endzeit beim Laden,
  • und führt darüber hinaus das notwendige Lastmanagement aus.

Wenn man komplexere Algorithmen für das Energiemanagement realisieren möchte, kann das Gerät auch mit einem zusätzlichen KNX Server oder einer Visualisierung kombiniert werden.

E Auto Laden Bild Text

Ein weiteres Gerät, das die Verbindung zwischen einem intelligenten Stromzähler und einer Ladestation ermöglicht, befindet sich gerade bei einem anderen KNX Mitglied in Entwicklung. Es finden zurzeit auch Aktivitäten in der internationalen Normungsarbeit statt, die darauf abzielen, eine technologisch neutrale Lösung zu finden. Die Vornorm prEN50491-12-2 unterstützt KNX dabei, indem sie alle Energieverbraucher und Erzeuger in einem Haus oder Gebäude als sogenannte „Resource Manager (RM)“ Elemente modelliert. Solche RM Elemente können ein einzelnes Gerät (z. B. eine Ladestation) sein, aber auch für einen kompletten Applikationsbereich (z. B. Beleuchtungssteuerung) oder sogar für ein ganzes System (z. B. eine komplette KNX Anlage) stehen. Alle RM werden von einer zentralen Intelligenz, dem „Customer Energy Manager (CEM) gesteuert. Das Zusammenspiel von CEM und den RMs wird über eine Anzahl verschiedener Steuerungsstrategien definiert, die als „Control Types“ bezeich-net werden.

Dynamische und reguläre Ladestrategie

Für das Laden von E-Autos wäre die Ladestation ein solcher „Resource Manager”, wobei die Kommunikation zwischen der Ladestation und dem E-Auto in einer anderen Norm, der ISO 15118-2 und dem kommenden Teil 20, definiert ist. Diese Norm beschreibt zwei Ladestrategien, die dynamische und die reguläre. Der grundlegende Unterschied ist, dass

  • im Falle der regulären Betriebsart, behält das E-Auto die komplette Kontrolle über den Ladevorgang
  • bei der dynamischen Betriebsart agiert die Ladestation als Steuereinheit sobald der Energiebedarf, die Startzeit und andere Ladeparameter zwischen dem E-Auto und der Ladestation ausgetauscht wurden.

Die am besten geeignete Ladestrategie der prEN50491-12-2 für das Laden eines E-Autos im dynamischen Betrieb ist ohne Zweifel die auf der Füllrate basierende Strategie, da das E-Auto als Speicher/Zwischenspeicher betrachtet wird und die geplante Abfahrtszeit den Ladezustand bestimmt. In der regulären Betriebsart nach prEN50491-12-2 scheint die leistungsbezogene Betriebsart die beste Option zu sein, um den Leistungsbedarf des E-Autos über die Zeit hinweg in bestimmten Grenzen zu halten. Obgleich die beiden obigen Konzepte sicherlich mit Hilfe der klassischen KNX Methoden wie der Gruppen-Kommunikation realisiert werden könnten, sieht es so aus, als ob man es besser über die zukünftigen KNX IoT Geräte unter Verwendung von KNX IoT Point API mit IPv6 realisiert sollte, da diese eine Kommunikation mit längeren Datensätzen unterstützen.

 

Quelle: KNX Journal 2021