André Hänel erläutert die Herausforderungen, denen sich größere Elektrofahrzeuge beim Laden stellen müssen, und warum es sinnvoll ist, diese Einrichtung in eine größere KNX Installation zu integrieren.
Der Einsatz von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs) nimmt stetig zu. In Deutschland beispielsweise wurden in der ersten Jahreshälfte 2023 mehr als 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 noch gering. Dies gilt insbesondere für Lastkraftwagen. Neben Kosten- und Verfügbarkeitsaspekten sind das Fehlen eines flächendeckenden Ladenetzes und der hohe Energiebedarf für das Aufladen ein limitierender Faktor für Elektro-Lkw im Fernverkehr.
Während eine Lösung für größere Lkw noch entwickelt werden muss, ist KNX ein möglicher Kandidat, da es sich bereits im Bereich der Privatfahrzeuge und Handwerkerfahrzeuge bewährt hat. Eine umfassende Gebäudeleittechnik, die mit KNX realisiert wird, bietet die Möglichkeit, eine elektrische Ladesteuerung einzubinden und zu verwalten. Dazu gehört die Möglichkeit, mehrere Ladepunkte gleichzeitig zu verwalten, die einzelnen Stromabrufe pro Kunde gleichmäßig abzugleichen oder eine spezifische Steuerungslogik/Überwachungsfunktionalität zu definieren.
Abrechnungspunkte
Eine Ladesäule bietet 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 umgewandelt werden. Zu diesem Zweck enthält ein BEV einen integrierten AC/DC-Wandler, der im Falle von Privatfahrzeugen typischerweise Leistungsbereiche zwischen 2,3 und 22 kW unterstützt.
Einschränkende Faktoren, die zu berücksichtigen sind, sind die Sicherungskapazität der Immobilie oder die Kapazität des versorgenden Mittelspannungstransformators (auch Netzebene 6 genannt). In Wohngebieten kann eine pro Kunde geforderte maximale Ladeleistung (z.B. 11kW) zu einer Belastung der Energieversorgung führen, wenn sich einzelne Ladezeiten mehrerer 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 will, abgestimmt werden, wobei auch eine mögliche vorübergehend reduzierte Leistungsverfügbarkeit auf Anweisung des Netzbetreibers (sog. Leistungsbegrenzung) zu berücksichtigen ist.
Nutzung von KNX zur Steuerung des Ladevorgangs
Für die Steuerung des Ladevorgangs bietet KNX folgende 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. Die eigentliche Steuerungslogik für den Ladevorgang muss in diesem Fall von einer externen Instanz wie z.B. einer Energiemanagement-Anwendung als Teil der KNX Installation durchgeführt werden.
2) Professionellere Lösungen nutzen Schnittstellen mit vorkonfigurierten Ladestationsprofilen mehrerer Hersteller, die jeweils alle erforderlichen Konfigurationsdaten kapseln. Bei solchen Schnittstellen wird die Anzahl der unterstützten Profile und Hersteller regelmäßig aktualisiert, und es ist auch eine lokale Steuerungslogik enthalten, um bestimmte Aufgaben von der übergeordneten Energiemanagement-Anwendung zu entlasten.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten mit Produkten unterschiedlicher Hersteller, bei denen die Schnittstellenlogik direkt als Teil eines Energiemanagementsystems oder einer Visualisierung eingebettet ist. In beiden Fällen wird die vom Kunden gewünschte Funktionalität vom KNX Installateur mit Hilfe der ETS Software konfiguriert. Wie es für das KNX System typisch ist, wird jede Funktionalität einer Installation durch spezielle und standardisierte Datenpunkte, die von den Geräten bereitgestellt werden, dargestellt. Dies gilt auch für eine BEV-Ladesteuerung, bei der Datenpunkte z.B. für Spannung, Strom oder Leistung zur Verfügung stehen.
Da alle ladungsrelevanten Daten zur Laufzeit in KNX vorliegen, sind auch ladungsperiphere Funktionen möglich, wie z.B. die Zugangskontrolle zu den Ladepunkten, die Leistungsüberwachung oder die Abrechnung.
KNX-basiertes Energiemanagement kann auch automatisieren, wann der optimale Zeitpunkt für das Aufladen ist, wobei unterschiedliche Energietarife, selbst erzeugter Strom und die Anforderungen/Zeiten anderer Strom verbrauchender Geräte im Haus berücksichtigt werden.
Zusammenfassung
Die Vorteile einer KNX-Installation für das Laden von Fahrzeugen sind vielfältig. Der offensichtlichste ist, dass sie 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 der ETS geplant werden, was zu einem Gesamtsystemdesign, einer Dokumentation und einem Kundensupport 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 alle können eine gemeinsame Schnittstelle nutzen und intelligent gesteuert werden, um den Energieverbrauch zu optimieren und den CO2-Fußabdruck zu verringern.
André Hänel ist bei der KNX Association verantwortlich für die Abteilung Systeme und Werkzeuge.
