Was ist Lastmanagement (Load Management) beim Laden von Elektrofahrzeugen?

Wenn Sie mehrere Elektrofahrzeuge gleichzeitig laden möchten, ist es oft nicht die Ladestation, die allein nicht ausreicht, sondern die elektrische Kapazität des Gebäudes. Die Anschlussleistung eines Wohnhauses, eines Betriebs oder eines Einkaufszentrum-Parkplatzes ist begrenzt; laufen alle Ladestationen gleichzeitig mit voller Leistung, löst die Hauptsicherung aus oder der Transformator wird überlastet. Genau dieses Problem löst das Lastmanagement (Load Management).

Was ist Lastmanagement (Load Management)?

Lastmanagement ist ein Steuerungsverfahren, das die Leistung intelligent auf mehrere Ladestationen verteilt, ohne die in einer Anlage verfügbare elektrische Kapazität zu überschreiten. Das System überwacht kontinuierlich die insgesamt bezogene Leistung und gleicht sie aus, indem es den von den Ladestationen abgegebenen Strom (Ampere) erhöht oder verringert. So bleibt der Gesamtverbrauch innerhalb der sicheren Grenze der Anlage, selbst wenn die Anzahl der gleichzeitig ladenden Fahrzeuge steigt.

Kurz gesagt geht es beim Lastmanagement um das 'Verteilen der Leistung'. Solange nur ein Fahrzeug lädt, kann ihm mehr Leistung zugeteilt werden; wird am selben Anschluss ein zweites oder drittes Fahrzeug angeschlossen, verteilt das System die Leistung automatisch zwischen diesen Fahrzeugen. Kein Fahrzeug zieht so viel Last, dass das Netz gefährdet würde.

Warum ist es notwendig? Das Verhältnis von Leistung (kW) und Kapazität

kW gibt die Leistung, also die Geschwindigkeit des Ladevorgangs an; kWh hingegen ist die an das Fahrzeug übertragene Energiemenge. Auch die Anschlussleistung einer Anlage ist in kW (oder kVA) begrenzt. Beispielsweise kann schon eine einzige 22-kW-AC-Wallbox einen erheblichen Teil der verfügbaren Kapazität eines kleinen Gebäudes beanspruchen.

Bei mehreren Ladepunkten wird die Rechnung schnell schwieriger. Laufen fünf 22-kW-Wallboxen gleichzeitig mit voller Leistung, entsteht ein Bedarf von 110 kW. Die Anschlussleistung der meisten Wohnhäuser oder kleinen Betriebe reicht dafür nicht aus. Ohne Lastmanagement bliebe als einzige Lösung eine teure Erhöhung der Anschlussleistung oder eine Investition in einen Transformator. Dank intelligenter Verteilung bleibt die bestehende Infrastruktur erhalten.

• Verhindert das Auslösen der Hauptsicherung und Stromausfälle.
• Verringert den Bedarf an einer teuren Erhöhung der Anschlussleistung oder einer Transformatorinvestition.
• Ermöglicht die Installation von mehr Ladepunkten mit derselben Infrastruktur.
• Sorgt dafür, dass alle Fahrzeuge sicher und ausgewogen geladen werden.
• Vermeidet zusätzliche Stromkosten durch Lastspitzenüberschreitungen.

Was ist statischer Lastausgleich?

Beim statischen Lastausgleich wird die den Ladestationen zugewiesene Gesamtleistung durch eine feste (vorab festgelegte) Obergrenze begrenzt. Der Installation wird beispielsweise ein Budget von 40 kW zugewiesen; das System verteilt diese 40 kW auf die angeschlossenen Fahrzeuge und überschreitet diese Grenze niemals.

Bei diesem Ansatz wissen die Ladestationen nicht, wie viel Leistung der Rest des Gebäudes (Aufzug, Beleuchtung, Klimaanlage usw.) bezieht. Das für das Laden vorgesehene Budget wird sicher und niedrig festgelegt, indem der Zeitpunkt der höchsten Last der übrigen Gebäudeverbraucher angenommen wird. Die Installation des statischen Lastausgleichs ist einfach und erfordert keinen zusätzlichen Zähler; da er jedoch die im Netz brachliegende Kapazität nicht nutzen kann, ist seine Effizienz begrenzt.

Was ist dynamischer Lastausgleich?

Der dynamische Lastausgleich ist ein fortschrittlicheres Verfahren, das über einen am Hauptanschluss der Anlage installierten Strom-/Energiemesser (intelligenter Zähler) den tatsächlichen momentanen Verbrauch des Gebäudes kontinuierlich erfasst und die für das Laden verbleibende freie Kapazität in Echtzeit an die Ladestationen weitergibt.

Wenn tagsüber im Betrieb beispielsweise Klimaanlagen und Maschinen laufen, wird dem Laden wenig Leistung zugewiesen; sinken abends die Lasten, wird denselben Ladepunkten deutlich mehr Leistung freigegeben. Nähert sich der Gesamtverbrauch der Anschlussgrenze, drosselt das System den Ladestrom automatisch und erhöht ihn wieder, sobald Kapazität frei wird. So wird die bestehende Infrastruktur sowohl für das Gebäude als auch für die Fahrzeuge möglichst effizient genutzt.

Der statische Lastausgleich weist dem Laden ein festes Budget zu; der dynamische Lastausgleich liest den momentanen Verbrauch des Gebäudes aus und verteilt die für das Laden verbleibende freie Kapazität in Echtzeit.

Was ist Phasenausgleich (Phase Balancing)?

In den meisten gewerblichen und großen Anlagen in der Türkei wird der Strom über drei Phasen (dreiphasig) geliefert. Ein Teil der Fahrzeuge und Ladestationen bezieht die Leistung einphasig, andere nutzen alle drei Phasen gleichzeitig. Verteilen sich die Ladelasten ungleichmäßig auf die Phasen, kann eine Phase überlastet werden, während die anderen brachliegen; das führt zu Sicherungsauslösungen und einer ineffizienten Nutzung der Kapazität.

Der Phasenausgleich verteilt die Ladelast möglichst gleichmäßig auf die drei Phasen und sorgt dafür, dass keine Phase überlastet wird. Intelligente Lastmanagementsysteme berücksichtigen, welches Fahrzeug aus welcher Phase bezieht, optimieren so die Verteilung und helfen, die vorhandene Kapazität maximal auszunutzen.

Die Rolle von OCPP und CSMS im Lastmanagement

In Installationen mit vielen Geräten benötigt das Lastmanagement ein zentrales Gehirn. OCPP (Open Charge Point Protocol) ist ein offener Kommunikationsstandard, über den die Ladestationen mit der zentralen Managementsoftware (CSMS) kommunizieren. Das CSMS sieht den Status aller Stationen, stellt die Stromgrenzen ein und sendet Befehle zur Verteilung der Leistung zwischen den Geräten.

OCPP-fähige Geräte lassen sich dadurch aus der Ferne überwachen, gruppieren und über intelligente Ladeprofile verwalten. Der Betreiber kann Szenarien wie die Priorisierung des Ladens im Nachttarif, das Drosseln der Leistung zu bestimmten Zeiten oder das Festlegen unterschiedlicher Grenzwerte für Fahrzeuggruppen zentral gestalten. Die OCPP-fähigen Modelle von Bemis sind für solche Szenarien der Fern- und intelligenten Steuerung ausgelegt.

Lokales (local) und cloudbasiertes Lastmanagement

Lastmanagement kann auf zwei Ebenen arbeiten. Beim lokalen Lastmanagement kommunizieren die Geräte innerhalb desselben Anlagennetzes miteinander und verteilen die Leistung; der Ausgleich läuft weiter, selbst wenn die Internetverbindung ausfällt. Beim cloud-/CSMS-basierten Management übernimmt die zentrale Software umfassendere Funktionen wie Abrechnung, Berichterstattung und Fernsteuerung. Robuste Installationen nutzen diese beiden Ebenen in der Regel gemeinsam.

Beispielszenario: Viele Fahrzeuge bei begrenzter Anschlussleistung

Auf dem Parkplatz eines Wohnhauses sollen 6 Wallboxen mit je 11 kW installiert werden, das für das Laden verfügbare Leistungsbudget des Gebäudes beträgt jedoch nur 33 kW. Liefen ohne Lastmanagement alle 6 Geräte gleichzeitig mit voller Leistung, entstünde ein Bedarf von 66 kW und die Gebäudekapazität würde sich verdoppeln; das ist nicht möglich.

Mit dynamischem Lastmanagement läuft das Szenario so ab: Ist spät in der Nacht nur 1 Fahrzeug angeschlossen, können ihm nahezu volle 11 kW zugeteilt werden. Sind 3 Fahrzeuge gleichzeitig angeschlossen, werden 33 kW gedrittelt und jedem Fahrzeug etwa 11 kW zugewiesen. Sind 6 Fahrzeuge gleichzeitig angeschlossen, gibt das System jedem im Schnitt etwa 5,5 kW frei; die Fahrzeuge laden etwas langsamer, aber alle sicher und gleichzeitig. Zu keinem Zeitpunkt wird die Grenze von 33 kW überschritten. Sobald Fahrzeuge ihren Ladevorgang abschließen und wegfahren, wird die frei werdende Kapazität automatisch an die noch ladenden Fahrzeuge weitergegeben.

Welche Installationen erfordern Lastmanagement?

• Wohnhaus- und Wohnanlagenparkplätze: Orte, an denen sich viele Wohnungen einen begrenzten gemeinsamen Anschluss teilen.
• Betriebs- und Büroparkplätze: Installationen, bei denen die Fahrzeuge der Mitarbeiter tagsüber gemeinsam geladen werden.
• Einkaufszentren, Hotels und gewerbliche Parkplätze: Bereiche mit hohem Fahrzeugaufkommen und schwankendem Bedarf.
• Flotten-Ladezentren: Depots, in denen viele Fahrzeuge zu bestimmten Zeiten gemeinsam geladen werden.
• Alle Installationen mit mehreren Punkten an einem einzigen Anschluss: Jeder Ort, an dem der Gesamtbedarf die Grenze überschreiten könnte.

Bei einer Villa-Installation mit nur einer Wallbox ist Lastmanagement nicht zwingend erforderlich; in jedem Szenario jedoch, in dem sich zwei oder mehr Ladepunkte denselben Anschluss teilen, ist Lastmanagement in der Praxis eine Notwendigkeit.

Die Wahl der richtigen Ausrüstung

Um vom Lastmanagement zu profitieren, müssen die Ladestationen Modelle sein, die kommunikationsfähig sind und deren Stromeinstellung aus der Ferne verändert werden kann. Die Type-2-AC-Wallbox-Produkte von Bemis (7,4–22 kW) sowie die CCS2-DC-Schnellladeeinheiten bieten passende Optionen für Installationen mit mehreren Geräten und intelligente Ladeszenarien; OCPP-fähige Modelle wiederum lassen sich in Konzepte für zentrales Management und dynamischen Ausgleich integrieren.

Der in Bursa ansässige heimische Hersteller Bemis E-V Charge unterstützt mit seiner CE- und IP65–IP66-geschützten Ausrüstung Projekte unterschiedlicher Größenordnung, vom Wohnhaus bis zur Flotte. Für die richtige Auswahl von Gerät, Kabel und Architektur ist es am sinnvollsten, das Leistungsbudget und die Fahrzeuganzahl der Installation von Anfang an zu planen.

Zusammenfassung

Lastmanagement ist der Schlüssel, um mehrere Fahrzeuge sicher zu laden, ohne eine begrenzte elektrische Kapazität zu überschreiten. Während der statische Ausgleich dem Laden eine feste Obergrenze zuweist, liest der dynamische Ausgleich den tatsächlichen Verbrauch des Gebäudes aus und nutzt die freie Kapazität in Echtzeit. Zusammen mit Phasenausgleich und OCPP-/CSMS-Management lassen sich Installationen mit vielen Geräten skalieren, ohne teure Infrastrukturinvestitionen zu tätigen.