Modulare Ladeinfrastruktur verteilt Leistung nach Bedarf

Mit dem Ausbau elektrischer Bus-, Lkw- und Pkw-Flotten steigen die Anforderungen an leistungsfähige Ladeparks. Dabei genügt es nicht, möglichst viele Ladesäulen aufzustellen.

Entscheidend ist, wie die verfügbare elektrische Leistung zwischen den angeschlossenen Fahrzeugen verteilt wird. Gerade an Depots, Betriebshöfen und öffentlichen Schnellladestandorten schwankt der Bedarf erheblich. Während ein Fahrzeug nur eine moderate Ladeleistung benötigt, muss ein anderes innerhalb kurzer Zeit große Energiemengen aufnehmen. Auf der Power2Drive Europe in München zeigte Kempower ein modulares Ladesystem, bei dem zentrale Leistungsschränke mehrere schlanke Ladepunkte versorgen. Die Leistung kann dynamisch zugeteilt und bei wachsendem Bedarf schrittweise erweitert werden. Neben klassischen CCS-Ladepunkten gehört inzwischen auch das Megawattladen für schwere Nutzfahrzeuge zum Konzept.

Kempower Power Cabinet bildet die Basis des Ladesystems

Das technische Zentrum der Lösung ist das sogenannte Power Cabinet. In diesem Schaltschrank befinden sich einzelne Leistungsmodule mit jeweils 50 Kilowatt. Ihre Energie lässt sich in Schritten von 25 Kilowatt auf verschiedene angeschlossene Ladepunkte verteilen. Ein einzelner Schrank erreicht eine Gesamtleistung von bis zu 200 Kilowatt. Drei kombinierte Schränke stellen bis zu 600 Kilowatt bereit. Werden zwei solcher Systeme parallel betrieben, steigt die verfügbare Leistung auf bis zu 1,2 Megawatt. Der modulare Aufbau soll Betreibern ermöglichen, zunächst mit einer überschaubaren Leistung zu beginnen. Werden später zusätzliche Fahrzeuge angeschafft oder weitere Ladepunkte benötigt, kann die Infrastruktur erweitert werden. Dadurch muss ein Standort nicht bereits bei der ersten Ausbaustufe auf den maximal denkbaren Bedarf ausgelegt werden. Gleichzeitig wird die vorhandene Anschlussleistung möglichst genau verteilt. Ein Fahrzeug erhält nur so viel Energie, wie es technisch aufnehmen kann oder entsprechend seiner geplanten Abfahrt benötigt. Freie Leistung steht damit anderen Ladepunkten zur Verfügung.

Satelliten trennen Ladepunkt und Leistungselektronik

Die eigentlichen Ladepunkte sind als schlanke Dispenser ausgeführt. Da die Leistungselektronik in den zentralen Schränken untergebracht ist, benötigen diese sogenannten Satelliten vergleichsweise wenig Platz. Das ist vor allem für Depots relevant, in denen Rangierflächen knapp sind. Große Ladesäulen zwischen abgestellten Bussen oder Lastwagen können den Verkehrsfluss beeinträchtigen. Schlanke Dispenser lassen sich dagegen näher an Stellplätzen installieren und flexibler in bestehende Betriebshöfe integrieren. Bis zu zwölf Satelliten können mit dem System verbunden werden. Je nach Anwendung stehen unterschiedliche Varianten zur Verfügung. Neben einfachen Ausführungen mit ungekühlten Kabeln gibt es Dispenser mit gekühlten Leitungen für höhere dauerhafte Ladeleistungen. Die wesentlichen Bestandteile der Ladeinfrastruktur sind:

• zentrale Power Cabinets mit modularen Leistungseinheiten
• dynamische Leistungsverteilung in Schritten von 25 Kilowatt
• bis zu zwölf schlanke Dispenser pro System
• ungekühlte und gekühlte Ladekabel für unterschiedliche Leistungen
• skalierbare Gesamtleistung bis in den Megawattbereich

Flex kombiniert CCS und MCS an einem Dispenser

Mit dem Flex-Dispenser verbindet Kempower zwei unterschiedliche Ladestandards in einer Einheit. Der Hybrid-Ladepunkt verfügt sowohl über einen CCS2-Anschluss als auch über einen MCS-Stecker. CCS ist heute im Bereich elektrischer Pkw und leichter bis schwerer Nutzfahrzeuge weit verbreitet. Der Megawatt Charging Standard richtet sich dagegen vor allem an elektrische Lastwagen und andere Fahrzeuge mit besonders großen Batterien. Sie benötigen hohe Ladeleistungen, wenn enge Fahrpläne oder kurze Standzeiten eingehalten werden müssen. Nach Unternehmensangaben sind entsprechende MCS-Lösungen bereits in Skandinavien und in der Schweiz im Einsatz. Der kombinierte Dispenser soll Betreibern ermöglichen, unterschiedliche Fahrzeugtypen über dieselbe Basisinfrastruktur zu versorgen. Für Flottenunternehmen ist das relevant, weil sich der Fahrzeugbestand schrittweise verändert. Während heute möglicherweise überwiegend CCS-Fahrzeuge eingesetzt werden, könnten künftig mehr Lastwagen mit MCS-Anschluss hinzukommen. Eine kombinierte Lösung reduziert das Risiko, früh installierte Ladepunkte später vollständig ersetzen zu müssen.

Dynamische Verteilung verbessert die Nutzung des Netzanschlusses

Der Netzanschluss begrenzt an vielen Standorten die maximal verfügbare Ladeleistung. Selbst wenn mehrere Ladepunkte installiert sind, können häufig nicht alle Fahrzeuge gleichzeitig mit voller Leistung versorgt werden. Die zentrale Steuerung verteilt die Energie deshalb nach dem tatsächlichen Bedarf. Steht ein Fahrzeug über Nacht im Depot, kann es über mehrere Stunden mit geringerer Leistung geladen werden. Ein Lastwagen, der kurzfristig wieder auf die Strecke muss, erhält dagegen vorübergehend einen größeren Anteil der verfügbaren Energie. Dieses Prinzip kann den Ausbau des Netzanschlusses begrenzen oder zeitlich verschieben. Statt jeden Ladepunkt dauerhaft auf seine maximale Leistung auszulegen, werden vorhandene Module gemeinsam genutzt. Für Betreiber verbessert sich dadurch auch die Wirtschaftlichkeit. Teure Leistungselektronik wird nicht fest einem einzelnen Ladepunkt zugeordnet, sondern steht dem gesamten System zur Verfügung. Wie viel Leistung ein Fahrzeug erhält, entscheidet die Software anhand der jeweiligen Situation.

Software steuert Ladepunkte und Flottenbetrieb

Kempower entwickelt nach eigenen Angaben nicht nur die Hardware, sondern auch das zugehörige Backend. Die digitale Plattform überwacht Ladegeräte, verteilt Leistungen und liefert Informationen über den Zustand der Infrastruktur. Gerade bei größeren Flotten reicht eine rein technische Steuerung einzelner Ladevorgänge nicht aus. Ladezeiten müssen mit Routen, Standzeiten und Abfahrtsplänen abgestimmt werden. Zudem benötigen Betreiber Daten über Energieverbrauch, Auslastung und mögliche technische Störungen. Die Verbindung aus Leistungsschrank, Dispenser und Software macht die Ladeinfrastruktur zu einem zusammenhängenden System. Dabei spielt es technisch nur eine untergeordnete Rolle, ob die Geräte auf einem privaten Betriebshof oder an einem öffentlichen Standort stehen.

Private Ladeparks öffnen sich zunehmend für Dritte

Die bisherige Trennung zwischen Depotladen, öffentlichem Schnellladen und Destination Charging verliert an Bedeutung. Unternehmen können ihre Ladeinfrastruktur nachts für die eigene Flotte nutzen und tagsüber anderen Fahrzeugen zur Verfügung stellen. Denkbar sind beispielsweise Kooperationen mit Taxiunternehmen, kommunalen Betrieben oder weiteren Logistikunternehmen. Dadurch steigt die Auslastung der installierten Technik. Gleichzeitig können zusätzliche Einnahmen entstehen, wenn freie Ladezeiten öffentlich oder für ausgewählte Partner vermarktet werden. Ein solcher gemischter Betrieb verändert den wirtschaftlichen Nutzen eines Ladeparks. Die gleichen Ladepunkte bedienen je nach Tageszeit unterschiedliche Nutzergruppen. Voraussetzung sind eine flexible Leistungsverteilung, eine zuverlässige Abrechnung und eine Software, die private und öffentliche Ladevorgänge voneinander trennt. Die auf der Messe vorgestellte Lösung zeigt damit eine grundlegende Entwicklung der Ladeinfrastruktur. Statt einzelne Säulen mit fest zugeordneter Leistung zu errichten, entstehen skalierbare Plattformen, bei denen Leistungselektronik, Ladepunkte und Software getrennt voneinander erweitert werden können. Das ermöglicht Betreibern, klein zu beginnen, vorhandene Netzkapazitäten besser auszunutzen und ihre Ladeparks schrittweise an wachsende elektrische Flotten anzupassen.