E-Mobility-LAB Hessen – Intelligente Ladeinfrastruktur für die E-Mobilität

Projektdauer: Oktober 2018 – September 2021
Projektvolumen: rund 4 Millionen Euro

Das Laden von E-Flotten wird für Unternehmen immer bedeutsamer. Im Verbundprojekt E-Mobility-LAB Hessen mit den Industriepartnern Opel, FLAVIA IT und Plug’n Charge sowie dem House of Energy wurde auf dem Opel-Gelände eine intelligente Ladeinfrastruktur mit mehr als 120 Ladepunkten aufgebaut. Das Reallabor auf dem Opel-Campus bildet die Mobilitätssituation im Jahr 2035 in Hessen ab. Die smarte Infrastruktur soll es ermöglichen, die gesamte Flotte trotz hohem Energiebedarf jederzeit bedarfsgerecht zu laden. Gefördert durch die Mittel des europäischen EFRE-Programms, ist dieses Projekt ein gutes Bespiel einer gelungenen Zusammenarbeit zwischen Industrie und Forschung in Hessen. Die Daten des Aufbaus dienen den Forschungspartnern, den Lade­infrastrukturbedarf der nächsten Jahre hinsichtlich bedarfsgerechten und netzentlastenden Ladeverhalten abzuschätzen.

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Die Herausforderung des Projekts lag zum einen in einer Vielzahl an Elektrofahrzeugen, die alle zum gleichen Zeitpunkt geladen werden sollen und so das Stromnetz zeitweise stark belasten. Zum anderen sollen die Fahrzeuge mit unterschiedlicher Priorität geladen wenden. So werden Prototypen beispielsweise priorisiert geladen und Dienstwagen, die über Nacht stehen, haben eine langsamere Ladezeit. Der Standort des Opel Campus in Dudenhofen wird nur durch eine 24 kV-Leitung mit geringer Leistung versorgt, was die Komplexität der Auslastung ebenfalls erhöht. Für die intelligente Steuerung der Ladevorgänge haben wir das zentrale Steuerungssystem entwickelt, dass die priorisierte und flexible Ladung ermöglicht. Schwankende Leistungen des Netzes konnten bestmöglich ausgenutzt und ein größtmöglicher Komfort für den Nutzer sichergestellt werden. Mit Gridware wird ein dynamischen Lastenmanagement ermöglicht, bei dem die Energieverfügbarkeit und Belastbarkeit an den jeweiligen Standorten berücksichtigt wird. Ladestrom, Priorität und Zeitpunkt wird zudem an die Fahrzeuge angepasst. Erreicht werden kann das beispielsweise durch eine Reduzierung der absoluten Ladeleistung oder durch zeitliche Verschiebung der Ladevorgänge. Ein modularer Batteriespeicher aus gebrauchten Fahrzeugbatterien kann Verbrauchsspitzen zudem ausbalancieren und so das Stromnetz stabilisiert. Eine besondere Herausforderung be­stand in der geforderten Umsetzungsgeschwindigkeit, der hohen Anzahl an Ladepunkten sowie im Einsatz unterschied­licher Hardwarehersteller. Hierfür mussten unter anderem die Konfigurationsaufwendungen während der Inbetriebnahme reduziert werden. Die gesamte Ladeinfrastruktur wurde unter Einsatz einer Mobilfunk-Security Lösung der Telekom an das zentrale System angebunden.

Mit Opel hatten wir einen Entwicklungspartner, der unter konsequenter Anwendung des definierten Standards (Smart Charging Profile innerhalb von OCPP) die technischen Möglichkeiten ausgereizt und erstmalig ein cloudbasiertes Lastmanagement zur Produktionsreife entwickelt hat. Die gesamte Projektdauer hinweg haben unsere Entwickler eng mit dem Opel Projektteam zusammengearbeitet, um sicherzustellen, dass die Entwicklung immer in enger Abstimmung stattfindet. Die Softwareentwicklung wurde unter einer agilen Projektsteuerung in drei- bis vierwöchigen Sprints umgesetzt. Zu Beginn des Projektes gab es einige unklare Variablen, wie das zukünftige Nutzungsverhalten. Zudem lagen keine Erfahrungswerte über den externen Energieverbrauch vor. Flexible und konfigurierbare Lösungen waren daher von Anfang an das Ziel. Die Topologie wurde in einer vierstufigen Struktur (Ladepunkt, Ladestation, Ladecuster und Ladefam) abgebildet. Dies ermöglicht konkrete Aussagen über die Energieversorgung. Innerhalb dieser geschaffenen Topologie ermöglicht das System an jedem Knoten­punkt die Begrenzung der zur Verfügung stehenden Energie durch Vorgabe von statischen oder dynamischen Maximalwer­ten. Die definierte Energiemenge wird dann durch Algorithmen an die einzelnen Fahr­zeuge verteilt. Diese Vorgehensweise hat sich im Laufe des Projektes bewährt, denn damit kann flexibel auf verändertes Nutzerverhalten reagiert werden.

Die Universität Kassel war mit drei Fachbereichen an dem Projekt beteiligt. Neben einem Simulationsmodell für zukünftige Ladeinfrastrukur-Ausbauszenarien wurde von der Uni auch der energiewirtschaftliche Kontext betrachtet, wobei ein Ergebnis die Bedeutung von Anreizmechanismen zur Nutzung netzdienlicher Flexibilität war. Zudem wurde die Voraussage der benötigten Ladungs­menge und der verfügbaren Ladezeit untersucht. Das dreijährige, sehr spanende Projekt wurde im September diesen Jahres beendet. Viele nützliche Erkenntnisse haben sich aus den Untersuchungen gewinnen lassen und helfen sowohl der Forschung als auch den Industriepartnern, die Energiewende weiter mit zu gestalten.

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