Flexible Ladetechnik soll Depots effizienter machen

Bei elektrischen Bus- und Lkw-Flotten entscheidet längst nicht nur die maximale Ladeleistung darüber, ob ein Depot wirtschaftlich betrieben werden kann.

Mindestens ebenso relevant ist, wie viele Leistungsmodule tatsächlich benötigt werden, wie viel Platz die Infrastruktur beansprucht und ob sich die vorhandene Technik über den Tag hinweg ausreichend auslasten lässt. Gerade bei größeren Betriebshöfen können sich unnötig viele einzelne Ladestationen schnell zu einem erheblichen Kostenfaktor entwickeln. Vector zeigte auf der Power2Drive Europe in München einen Ansatz, der deshalb nicht jeden Stellplatz mit einer eigenen vollständigen Ladesäule ausstattet. Stattdessen soll eine zentrale Ladeeinheit mehrere Ladepunkte versorgen können. Möglich wird das durch eine veränderte Kommunikationsarchitektur, die längere Kabelwege erlaubt und damit neue Freiheiten bei der Planung von Bus- und Truckdepots eröffnet.

Vector verlagert die Ladekommunikation auf Ethernet

Damit ein Elektrofahrzeug sicher geladen werden kann, müssen Fahrzeug und Ladesäule zahlreiche technische Informationen austauschen. Dazu gehören unter anderem Batteriespannung, zulässige Ladeleistung und Sicherheitsparameter. Hinzu kommen Daten für Authentifizierung und Abrechnung. Üblicherweise läuft ein Teil dieser Kommunikation über Powerline Communication, kurz PLC. Dabei werden Daten über die Ladeverbindung zwischen Station und Fahrzeug übertragen. Diese Technik stößt jedoch bei längeren Kabelwegen an Grenzen, weil Störungen die Signalqualität beeinträchtigen können. Für die vorgestellte Lösung verlagert Vector Teile der PLC-Technik und übersetzt die Kommunikation auf Ethernet. Dadurch sollen größere Entfernungen zwischen Leistungseinheit und eigentlichem Ladepunkt möglich werden. Die zentrale Ladetechnik muss also nicht unmittelbar neben dem Fahrzeug stehen. Das klingt zunächst nach einer Detailfrage der Datenübertragung, hat für die Gestaltung eines Depots aber weitreichende Folgen.

Zentrale Powermodule versorgen mehrere Ladeplätze

Powermodule gehören zu den teuersten Bestandteilen leistungsfähiger Ladeinfrastruktur. Werden an jedem Stellplatz vollständige Ladegeräte installiert, entsteht entsprechend viel Technik, die nicht zwangsläufig permanent genutzt wird. Ein Depot arbeitet schließlich nicht wie eine Autobahnraststätte. Busse und Lastwagen kommen zu unterschiedlichen Zeiten zurück, stehen unterschiedlich lange und benötigen abhängig von Batteriestand und Fahrplan verschiedene Energiemengen. Die Idee hinter der zentralen Architektur besteht darin, vorhandene Leistungsmodule stärker gemeinsam zu nutzen. Statt zahlreiche voneinander getrennte Stationen vorzusehen, kann eine zentrale Einheit über längere Kabel verschiedene Ladepositionen erreichen. Dadurch steigt im Idealfall die Auslastung der kostspieligen Leistungselektronik. Gleichzeitig sinkt die Zahl der Komponenten, die unmittelbar auf dem Betriebshof verteilt werden müssen.

Lange Ladekabel schaffen Platz im Bus- und Truckdepot

Gerade auf einem Bus- oder Lkw-Depot ist Platz kein Nebenthema. Große Fahrzeuge benötigen breite Fahrwege, ausreichend Rangierfläche und klar definierte Stellpositionen. Jede zusätzliche Säule kann die Planung erschweren oder muss gegen Anfahrschäden geschützt werden. Wenn am einzelnen Stellplatz lediglich die erforderliche Ladeverbindung ankommt, lässt sich die Technik stärker aus den Fahrbereichen heraushalten. Kabel können beispielsweise aus einer zentralen Installation herausgeführt oder konstruktiv an die örtlichen Bedingungen angepasst werden. Das eröffnet Spielraum für individuelle Depotkonzepte. Nicht jeder Betriebshof besitzt dieselben Abmessungen, dieselben Fahrzeugtypen oder identische Betriebsabläufe. Eine technische Architektur, die längere Distanzen zulässt, kann deshalb auch architektonisch flexibler eingesetzt werden. Ein weiterer Aspekt ist die Wartung. Je weniger komplexe Hardware auf den Stellflächen verteilt ist, desto weniger Komponenten sind dort mechanischen Belastungen oder möglichen Beschädigungen ausgesetzt.

Standards bleiben Grundlage für sichere Ladetechnik

Die größere Freiheit bei der technischen Ausführung ändert nichts daran, dass sich Fahrzeug und Ladestation an definierte Standards halten müssen. Bereits unterschiedliche Spannungsbereiche könnten ohne abgestimmte Kommunikation erhebliche technische Probleme verursachen. Deshalb muss die zentrale Architektur weiterhin gewährleisten, dass sämtliche notwendigen Informationen korrekt zwischen Fahrzeug und Ladesystem übertragen werden. Dazu zählen neben den eigentlichen Ladeparametern zunehmend auch digitale Prozesse. Abrechnung, Authentifizierung und weitere Dienste machen moderne Ladestationen zu vernetzten Systemen. Die Kommunikationsstrecke ist damit ebenso wichtig wie das Kabel, das die elektrische Energie überträgt. Der Ansatz besteht also nicht darin, Standards zu umgehen. Vielmehr wird innerhalb der technischen Rahmenbedingungen nach einer anderen Möglichkeit gesucht, die Kommunikation über größere Entfernungen zuverlässig abzubilden.

Höhere Auslastung kann Ladeinfrastruktur günstiger machen

Für Betreiber dürfte vor allem die wirtschaftliche Seite interessant sein. Ladeparks für schwere Nutzfahrzeuge erfordern hohe Investitionen, und Leistungselektronik schlägt dabei erheblich zu Buche. Jede Verbesserung ihrer Nutzung kann sich deshalb auf die Gesamtkosten auswirken. Eine zentrale Ladeeinheit, die abhängig vom Bedarf mehrere Stellplätze bedient, kann gegenüber vielen selten gleichzeitig ausgelasteten Einzelstationen Vorteile bieten. Wie groß diese ausfallen, hängt allerdings stark vom jeweiligen Depot ab. Entscheidend sind unter anderem Fahrzeugzahl, Fahrpläne, Standzeiten, benötigte Ladeleistung und bauliche Gegebenheiten. Eine pauschale Lösung für sämtliche Anwendungen gibt es deshalb kaum. Auch Vector sieht die vorgestellte Technik vor allem bei Trucks und Bussen und nicht als allgemeines Konzept für private Wohngebäude. Damit wird ein Trend sichtbar, der sich in der Ladeinfrastruktur zunehmend abzeichnet: Die Systeme differenzieren sich nach ihrer Aufgabe.

Ladeinfrastruktur wird stärker auf den Einsatz zugeschnitten

Ein Elektroauto am Wohnhaus, ein Stadtbus im Betriebshof und ein Fernverkehrs-Lkw an einem Logistikzentrum stellen grundverschiedene Anforderungen. Während im privaten Umfeld häufig moderate Ladeleistungen und einfache Installation zählen, bestimmen bei Nutzfahrzeugen Flächeneffizienz, hohe Leistungen und eine intensive Nutzung der Hardware die Planung. Vector kommt aus dem Automotive- und Entwicklungsumfeld und beschäftigt nach eigenen Angaben rund 4.500 Mitarbeiter in Stuttgart. Rückmeldungen aus Kundenprojekten fließen dabei in neue technische Konzepte ein. Für die weitere Entwicklung der Ladeinfrastruktur bedeutet das vermutlich weniger Vereinheitlichung bei der konkreten Bauform, obwohl Kommunikationsstandards unverzichtbar bleiben. Unterschiedliche Einsatzfälle werden unterschiedliche technische Lösungen hervorbringen. Der entscheidende Wettbewerb dürfte deshalb nicht allein um immer höhere Ladeleistungen geführt werden. Ebenso wichtig ist, vorhandene Technik effizienter einzusetzen. Wenn wenige Powermodule mehr Fahrzeuge versorgen können, gleichzeitig Platz gespart wird und weniger Hardware auf dem Depot verteilt werden muss, verändert das die Wirtschaftlichkeit eines Ladeparks erheblich. Genau darin liegt der Kern der vorgestellten flexiblen Ladetechnik.