Planung des Managements von Ladestationen für Elektrofahrzeuge

Dieser Artikel beschreibt die Installationsplanung. Für die Implementierung vor Ort und die Konfiguration der Geräte auf der Climkit Plattform siehe die Links am Ende des Artikels.

1. Verwaltung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge – Standardinstallation

Der in diesem Abschnitt dargestellte Standardfall besteht in der Installation einer Grundinfrastruktur in einem bereits mit der Climkit Lösung für Energiemanagement und Zählung im Rahmen einer RCP mit einem einzigen Netzanschluss ausgestatteten oder gleichzeitig ausgestatteten Gebäude.

Das System besteht aus der Installation von Ladestationen auf dem Gemeinschaftsparkplatz des Gebäudes. Die Ladestationen kommunizieren über ein LAN (kabelgebunden oder Wi-Fi) mit dem Climkit Gateway und verwenden das Standardkommunikationsprotokoll OCPP.

Durch diese Kommunikation regelt das Climkit Gateway die den Ladestationen zugewiesene verfügbare Leistung in Abhängigkeit von der verfügbaren Energie und verwaltet die Zugänge der Benutzer, die sich über RFID-Karten ausweisen.

Weitere Installationsvarianten werden weiter unten unter „Weitere Konfigurationen je nach Standorttyp“ erläutert.

Standard-Anschlussschema mit RCP

Flachbandkabel

Es wird empfohlen, ein Flachbandkabel zur Stromversorgung jedes Parkplatzes zu installieren. Diese Lösung erleichtert die schrittweise Installation von Ladestationen, sobald die Bewohner diese wünschen. Dieser Ansatz entspricht dem Niveau C1 der Norm SIA 2060.

Elektrischer Anschluss

Das Flachbandkabel wird vom Elektrischen Verteiler über einen Leitungsschutzschalter LS 3P+N von maximal 63A gespeist.

Der Anschluss erfolgt wie folgt:

• Ein dedizierter Abgang im Elektrischen Verteiler mit einem 63A Leistungsschalter
• Ein dedizierter Zähler auf der gleichen Ebene wie die Zähler der anderen Verbraucher (hinter dem Eingabezähler und niemals hinter dem Zähler der Allgemeinflächen)

Jeder Abgang entspricht einer Verteilzone. Obwohl die Anzahl der Ladestationen pro Zone technisch unbegrenzt ist, wird empfohlen, 30 Ladestationen pro Zone nicht zu überschreiten und bei Überschreitung einen zusätzlichen Abgang vorzusehen.

Das Gateway liest die momentane Stromstärke des Eingabezählers und regelt entsprechend die Ladeleistung der Ladestationen, um das Auslösen des Hauptschalters oder des Zonenleistungsschalters zu vermeiden.

Einrichtung des IP- und Wi-Fi-Netzwerks

Die Wi-Fi-Zugangspunkte werden so positioniert, dass sie den gesamten Parkplatz mit ausreichend Signal abdecken. Ihre Verteilung berücksichtigt die Signalabschwächung durch Leitungen, Geräte an der Decke und abgestellte Fahrzeuge, um eine stabile Verbindung der Ladestationen zu gewährleisten.

Climkit Angebot

Das standardmäßige Climkit Angebot umfasst die für den Betrieb des Systems notwendigen Komponenten: Hardware, Softwarefunktionen sowie die damit verbundenen Dienstleistungen für die Implementierung.

Die gesamte Hardware wird vorkonfiguriert geliefert, um die Installation zu vereinfachen und die korrekte Kommunikation der Zähler zu gewährleisten.

• Hardware der Grundinfrastruktur:
  • LAN-Router oder 4G-Router
  • PoE Switch
  • Climkit Gateway
  • Wi-Fi-Zugangspunkte (mindestens 2)
  • Controller für Wi-Fi-Zugangspunkte
  • I/O Modul zur Entlastung der Ladestationen über den DSO-Zähler
• Individuelle(r) Ladestation(en)
• Softwarefunktionen:
  • Verwaltung von Ladestationen und dynamische Lastregelung
• Implementierungsdienstleistungen:
  • Konfiguration und Inbetriebnahme der Grundinfrastruktur
  • Konfiguration und Inbetriebnahme jeder Ladestation
  • Administrative Inbetriebnahme

Alle Produkte werden direkt bei Climkit bestellt.

In den meisten Fällen kann die Installation durch den Installateur ohne Eingriff eines Climkit Technikers vor Ort durchgeführt werden.

Bei Bedarf steht während der Inbetriebnahme telefonische Unterstützung zur Verfügung.

Details der verwendeten Hardware

LAN-Router oder 4G-Router

Für den Betrieb des Systems ist eine Internetverbindung unerlässlich. Falls keine Verbindung verfügbar ist, kann Climkit diese über einen 4G-Router mit einer aktiven Multi-Carrier SIM-Karte bereitstellen.

Falls bereits eine Internetverbindung besteht, wird standardmäßig ein Climkit LAN-Router bereitgestellt.

Der LAN- oder 4G-Router ermöglicht die Erstellung eines dedizierten IP-Netzwerks, mit dem alle Systemkomponenten (Gateway, Ladestationen und Wi-Fi-Zugangspunkte) verbunden werden, was eine unabhängige Verwaltung ermöglicht.

Die Verwendung des Climkit 4G-Routers TRB140 bietet mehrere Vorteile:

• Vereinfachte Installation: Der Router lässt sich problemlos im Elektrischen Verteiler direkt auf der DIN-Schiene installieren
• Komplettes Lieferpaket: Wird mit seiner DIN-Schiene-Halterung und seinem 24V DC Netzteil geliefert
• Sofort einsatzbereit: Vorkonfiguriert mit einer aktivierten SIM-Karte geliefert
• Kostengünstiger 4G-Abonnement: Kostengünstige Internetverbindung

  

  

  Nützlicher Link: Technisches Datenblatt Router TRB140

Im Falle eines LAN-Routers liefert Climkit den vorkonfigurierten Teltonika RUT301 Router mit 4 LAN-Ports + 1 WAN-Port. Er wird mit DIN-Schiene-Halterung und seinem 24V DC DIN-Netzteil geliefert.

PoE Switch

Für Ethernet-Geräte, die PoE-Stromversorgung benötigen, ist ein PoE Switch erforderlich.

Er ermöglicht die direkte Stromversorgung des Gateways, des Controllers und der Wi-Fi-Zugangspunkte über das Ethernet-Kabel, ohne zusätzliche Stromversorgung.

Von Climkit geliefertes Modell: Teltonika TSW200 (oder Äquivalent), mit 8 PoE-Ethernet-Ports und 2 Glasfaser-SFP-Ports. Lieferung mit DIN-Schiene-Halterung und 48 V DC, 150 W DIN-Netzteil.

Climkit Gateway

Das Climkit Gateway verwaltet die Ladestationen lokal und stellt die Kommunikation mit der Climkit Plattform sicher. Seine Ethernet-Schnittstelle ermöglicht den Anschluss an das IP-Netzwerk und die Interaktion mit den Ladestationen über das OCPP-Protokoll. Seine RS485-Schnittstelle ermöglicht das Auslesen von Zählern, insbesondere des Eingabezählers, über das Modbus-Protokoll.

Das Gateway wird direkt auf der DIN-Schiene im Elektrischen Verteiler installiert.

Climkit Gateway installiert im Elektrischen Verteiler zusammen mit dem 4G-Router TRB140, dem PoE Switch TSW200 und dem I/O Modul.

Wi-Fi-Zugangspunkte

Die Wi-Fi-Zugangspunkte erstellen ein drahtloses Netzwerk, das den gesamten Parkplatz abdeckt, und ermöglichen den Anschluss der Ladestationen ohne zusätzliche Verkabelung.

Der empfohlene Abdeckungsradius pro Zugangspunkt beträgt etwa 15 m, d. h. ungefähr zwei Reihen von 10 Plätzen gegenüberliegend. In der Praxis reduzieren Hindernisse (Wände, Materialien, Fahrzeuge) die Reichweite erheblich. Um eine stabile und redundante Verbindung zu gewährleisten, werden standardmäßig mindestens 2 Zugangspunkte bereitgestellt. Als Anhaltspunkt benötigt ein Parkplatz mit 80 bis 100 Plätzen 4 bis 6 Zugangspunkte, abhängig von der Konfiguration und den vorhandenen Hindernissen.

Controller für Wi-Fi-Zugangspunkte

Der TP-Link Omada OC200 Controller optimiert das Wi-Fi-Netzwerk und verwaltet die Verbindung von Geräten mit den verschiedenen Zugangspunkten.

Er lässt sich einfach auf der DIN-Schiene im Elektrischen Verteiler installieren und wird ausschließlich über PoE vom PoE-Ethernet-Switch mit Strom versorgt.

Er erzeugt auch Alarme bei Ausfall eines Zugangspunktes oder bei Bereichen, die vom Wi-Fi-Signal nicht ausreichend abgedeckt sind.

I/O Relais Modul

Das I/O Modul WP8024 wird mit einem 24V DC DIN-Netzteil geliefert und wird über RS485-Modbus an das Climkit Gateway angeschlossen.

Der digitale Eingang Nr. 1 wird an das Entlastungsrelais der Ladestationen am GRD-Eingabezähler angeschlossen: Wenn dieser das Relais öffnet, wird der Eingang deaktiviert und das Gateway unterbricht sofort die Belastung der Elektrofahrzeuge.

Geliefert mit 24V DC DIN-Netzteil.

2. Ladestation

Climkit liefert die ABB Terra AC 22kW Ladestation, ein kompaktes und elegantes Modell, das sowohl innen als auch außen installiert werden kann. Sie integriert alle Funktionen einer intelligenten Ladestation für optimiertes und flexibles Laden.

Mit mehreren hundert von Climkit seit 2021 installierten und verwalteten ABB Terra AC Ladestationen hat sich dieses Modell hinsichtlich seiner einfachen Installation, Haltbarkeit und Vielseitigkeit (Gemeinschaftsparkplätze, Gebäude, Unternehmen, öffentliche Ladestationen, Wohnanlagen) bewährt.

Vor der Lieferung übernimmt Climkit die vollständige Vorbereitung jeder Ladestation: Firmware-Update und Konfiguration entsprechend den spezifischen Anforderungen jedes Standorts. Climkit Techniker sind geschult und bereit, jegliche Unterstützung bei der Installation und Inbetriebnahme zu leisten.

Dank seines Lagervorrats kann Climkit die für jedes Projekt erforderliche Anzahl an Ladestationen innerhalb weniger Tage liefern.

Im Betriebsmodus wird die Verwaltung und der Kundensupport mit der ABB Terra AC Ladestation vereinfacht, da jedes Problem direkt von Climkit im Rahmen der Garantie und ohne Rückgriff auf den Installateur übernommen werden kann.

Technische Merkmale der ABB Terra AC Ladestation

• Maximale Leistung von 22 kW
• Wi-Fi-, Ethernet- oder 4G-Verbindung
• RFID-Kartenleser
• Integrierter Energiezähler
• Kommunikation über Standardprotokoll OCPP
• Ethernet-Kaskadierung (Daisy-Chain) möglich

Funktionen mit der Climkit Lösung

In Kombination mit der Climkit Lösung für Energiemanagement bietet die Ladestation:

• Dynamisches Management der Ladeleistung basierend auf der verfügbaren Leistung
• Benutzerverwaltung über RFID-Karten und individuelle Abrechnung der verbrauchten Energie
• Optimierung des Eigenverbrauchs durch ausschließliches Laden mit erzeugtem Solarstrom

Elektrischer Anschluss

Die Ladestation wird über ein spezifisches Anschlussfeld des Flachbandkabelherstellers an das Flachbandkabel angeschlossen.

Die Ladestation kann auf maximal 22 kW (32A) konfiguriert oder je nach Bedarf auf 25A, 16A oder 10A begrenzt werden.

Für jede Ladestation wird ein Fehlerstrom-Schutzschalter 3P+N Typ A installiert, dimensioniert nach Kabelquerschnitt und maximal gewähltem Strom. Teure B- oder EV-Typ-Schalter sind nicht erforderlich. Der Leistungsschalter wird direkt in einem kleinen Kasten neben der Ladestation installiert.

IP-Netzwerkverbindung

Die Ladestation verbindet sich über Wi-Fi mit dem IP-Netzwerk. Sie wird vorkonfiguriert mit den Wi-Fi-Netzwerkparametern (SSID und Passwort) sowie der IP-Adresse des Gateways, mit dem sie sich verbinden soll, geliefert.

Installation auf Standfuß und im Freien

Wenn die Ladestation nicht an einer Wand befestigt werden kann, kann sie auf einem Metallfuß, einzeln oder doppelt für zwei Ladestationen Rücken an Rücken, installiert werden.

Die Ladestation ist nach IP55 zertifiziert und kann auch im Freien installiert werden.

Öffentliche Ladestation

Jede Ladestation kann optional auch im Öffentliche Ladestation-Modus aktiviert werden, damit Durchreisende durch Scannen des auf der Ladestation angebrachten QR-Codes mit ihrem Smartphone bezahlen können.

Andere Ladestationen, die an das Climkit Gateway angeschlossen werden können

Theoretisch können alle OCPP (1.6) kompatiblen Ladestationen an das Climkit Gateway angeschlossen werden, um von der dynamischen Lastregelung und der Benutzerzugriffsverwaltung zu profitieren. Zu den gängigsten Modellen gehören Schneider, Eaton, Keba und Fronius.

3. Weitere Konfigurationen je nach Standorttyp

Anschlussschema – ohne RCP

Der Anschluss unterscheidet sich vom Standardschema mit RCP nur durch die Verwendung von GRD-Zählern für die Standortverbraucher anstelle von privaten Zählern.

In diesem Fall wird das Flachbandkabel entweder hinter dem GRD-Zähler der Allgemeinflächen oder hinter einem dedizierten GRD-Zähler für die Ladestationen angeschlossen.

In beiden Fällen wird an der Einspeisung ein privater Zähler installiert für eine dynamische und kontinuierliche Regelung der Leistung (durch das Gateway), um die Anschlussleistungsgrenze nicht zu überschreiten.

Anschluss hinter dediziertem GRD-Zähler für Ladestationen

Dies ermöglicht eine klare Unterscheidung des Verbrauchs der Ladestationen von dem der Allgemeinflächen bei der Abrechnung, verursacht aber zusätzliche Kosten für die Installation und Verwaltung dieses Zählers durch den GRD.

Zudem kann die Photovoltaik nicht zur Ladung der Fahrzeuge genutzt werden, wenn sie an den Allgemeinflächenzähler angeschlossen ist.

Anschluss hinter dem GRD-Zähler der Allgemeinflächen

Dies spart die Kosten für einen zusätzlichen GRD-Zähler, erfordert jedoch die Installation eines privaten Zählers am Abgang der Allgemeinflächen, um die dynamische Lastverwaltung zu gewährleisten.

Da dieser Abgang ursprünglich nur für die Allgemeinflächen dimensioniert wurde, erfordert die Hinzufügung von Ladestationen eine kontinuierliche Regelung der Ladeleistung über das Gateway, um die Maximalkapazität nicht zu überschreiten, wie es bereits für die allgemeine Einspeisung der Fall ist.

Es wird auch ein Zähler an den Abgängen jeder Zone sowie an der Photovoltaikanlage, falls vorhanden, hinzugefügt. Der Verbrauch der Allgemeinflächen wird dann über einen Regelzähler abgezogen.

Bei der Abrechnung ist es somit möglich, den mit dem Fahrzeugladen verbundenen Verbrauch zu unterscheiden und gegebenenfalls zwischen dem Strom aus dem Netz und dem aus der Solaranlage zu differenzieren.

Anschluss mit zwei oder mehr Einspeisungen und hinter dem GRD-Zähler der Allgemeinflächen

Wenn für denselben Parkplatz mehrere Netzanschlüsse zur Verfügung stehen, kann jeder Flachbandkabelabgang (63A) von jedem der Anschlüsse entnommen werden.

Es wird nur ein Gateway und ein 4G-Router benötigt. Die Regelzähler für die Leistungsregelung werden über einen RS485- oder IP-Ethernet-Bus mittels RS485-Ethernet-Wandlern an das Gateway angeschlossen.

Wenn die Ladestationen hinter dem GRD-Zähler der Allgemeinflächen angeschlossen sind, muss ein Zähler am Abgang der Allgemeinflächen und ein weiterer am Abgang der Ladestationen installiert werden, aus denselben Gründen der dynamischen Lastverwaltung, die zuvor erläutert wurden.

Anschluss mit zwei oder mehr Einspeisungen und dediziertem GRD-Zähler

Wenn die Abgänge der Flachbandkabel hinter einem für Ladestationen dedizierten GRD-Zähler für jedes Gebäude angeschlossen werden, ist die Installation von privaten Climkit Zählern nicht erforderlich.

Anschluss hinter den Wohnungszählern (nicht empfohlen)

Der Anschluss einer Ladestation hinter dem individuellen Wohnungszähler wird dringend abgeraten, da dies die dynamische Lastverwaltung basierend auf der verfügbaren Energie des Gebäudes verhindert und die Trennung des Verbrauchs der Ladestation von dem der Wohnung unmöglich macht.

Diese Konfiguration blockiert auch die gemeinsame Nutzung der Ladestation oder die Vermietung des Platzes an einen anderen Benutzer, was die langfristige Flexibilität des Managements einschränkt.

Aus diesen Gründen bietet Climkit keine Lösung für diese Art von Anschluss an und empfiehlt die Anwendung der Norm SIA 2060 sowie eine zentrale Anbindung der Ladestationen, selbst an kleinen Standorten mit nur wenigen Plätzen.

Drittanbieter-Ladestationssysteme und OCPP Remote Server

Wenn ein Drittanbieter-Ladestationssystem installiert ist und sowohl die Ladestationen als auch die dynamische Lastverwaltung steuert, ist die Installation der Climkit Hardware nicht erforderlich, da die gesamte Netzwerkkommunikation und Leistungsregelung von diesem System übernommen wird.

In diesem Fall verwaltet Climkit nur die Benutzerzugänge über ihre RFID-Karten und überträgt die Transaktionen zur Abrechnung auf die Plattform.

Um die Kommunikation zwischen dem Drittsystem und Climkit zu ermöglichen, müssen die OCPP-Parameter des Drittsystems so konfiguriert werden, dass es mit dem Climkit OCPP Remote Server kommuniziert.

Zu den gängigen Systemen dieser Art gehören

• Easee
• Zaptec
• Schneider EcoStruxure EV Charging Expert

4. Nächste Schritte