Eine der größten E-Tankstellen Deutschlands: Bei der Bechtle AG in Neckarsulm können 50 E-Mobile mit einem für Parkhäuser optimierten Konzept betankt werden.
Foto: Phoenix Contact

Elektrotechnik

Parkraum-Bewirtschaftung für die Elektromobilität

Ladekonzept für eine der größten E-Tankstellen Deutschlands - Komponenten von Phoenix Contact.

Nachhaltigkeit konsequent umgesetzt - so entstand am Hauptsitz der Bechtle AG in Neckarsulm eine der größten E-Tankstellen Deutschlands. Die Herausforderung dabei: 50 Ladepunkte in ein Parkhaus mit seinen spezifischen baulichen Gegebenheiten zu integrieren und mit der PV-Anlage auf dem Dach zu versorgen. Die Wahl fiel auf das wartungs¬freundliche Ladesystem „Zorro“ von RTB. Der Spezialist für Parkhaustechnik setzt dabei auf Komponenten von Phoenix Contact.

Immer mehr Unternehmen in Deutschland wollen ihre Fahrzeugflotten elektrifizieren. Auch die Bechtle AG, größtes IT-Systemhaus in Deutschland, hat dieses Thema in seine Nachhaltigkeitsstrategie mit aufgenommen. „Unser Ziel ist die signifikante Steigerung des Anteils von Elektro- und Hybrid-fahrzeugen bei den Dienstwagen unserer Mitarbeiter auf mittelfristig 10 Prozent“, erläutert Rainer Kury (Bild 2) von der Unternehmenskommunikation der Bechtle AG in Neckarsulm. „Unsere Mitarbeiter entscheiden selbst, ob sie auf ein Auto mit alternativem Antriebskonzept umsteigen. Das Interesse an einem Wechsel wächst dabei stetig.“ Konsequenterweise wurden in der Ausschreibung für ein neues Mitarbeiterparkhaus Lademöglichkeiten für 50 E-Fahrzeuge gefordert.

Herausforderung Parkhaus

Für den Betreiber der E-Tankstelle kam es darauf an, die Anlage auch für künftige Anforderungen hinrei¬chend zu dimensionieren: leichte Erweiterbarkeit für mehr Fahrzeuge, eine eichrechtskonforme Abrechnung sowie ein Energiemanagementsystem für die optimale Ausnutzung regenerativer Energien. „Insgesamt nehmen wir über 1900 zusätzliche PV-Module auf dem Dach des Parkhauses in Betrieb“, erläutert Torsten Kocher vom Facility Management der Bechtle AG in Neckarsulm. „Deren Strom wird maßgeblich zum Laden der Fahrzeuge genutzt.“

Zeitgemäße Parkhäuser in Stahlskelettbauweise sind nicht von tragenden Wänden durchzogen, die senkrechten Stahlstützen und Querverstrebungen zeichnen die offene Bauweise aus. Dabei wird die Integration und Installation der Ladepunkte zur echten Herausforderung. Bei einer Standsäule auf dem Boden wäre ein Anfahrschutz erforderlich, der wertvollen Platz benötigt und zusätzliche Kosten verursacht. Zur Montage einer klassischen Wallbox fehlt die tragende Wand. So bieten sich lediglich die schlanken Stahlstützen zur Montage der Lade-punkte an. Die Ladepunkte müssen ebenfalls eine kompakte Bauform ohne überstehende Kanten auf-weisen. Dabei müssen sie sicher und zuverlässig sein und sich auch ästhetisch in das architekto-nische Gesamtbild einfügen. Es gab noch eine weitere Anforderung des Betreibers: Elektrische Anlagen im gewerblichen Bereich müssen regelmäßig überprüft werden, und die Kosten hierfür sollten nicht linear mit der Anzahl der Ladepunkte steigen.

Zentrale Leistungsverteilung als Lösung

„Als Generalunternehmer für den Parkhausbau haben wir das Bielefelder Bauunternehmen Goldbeck beauftragt, das hauptsächlich im gewerblichen und kommunalen Hochbau tätig ist“, so Rainer Kury. „Im Rahmen des Projekts entschied sich Goldbeck für ein Ladesystem des Parkleitspezialisten RTB.“ Das Unternehmen RTB GmbH & Co. KG aus dem ostwestfälischen Bad Lippspringe folgte einer einfachen Philosophie: Nur das Nötigste kommt in den Parkraum, alle weiteren Systembestandteile gehören in den zentralen Schaltschrank.

Dieser Maxime folgend besteht der Ladepunkt selbst nur aus der - in einem schlanken Gehäuse untergebrachten – Typ-2-Ladesteckdose, einem RFID-Lesegerät zur Identifizierung des Nutzers sowie den lokalen LEDs zur Statusanzeige. So können auf der Breite einer Stahlstütze zwei Ladepunkte nebeneinander montiert werden. Alle weiteren Komponenten sind in einem zentralen Schaltschrank untergebracht: Schutz- und Schalt-geräte, Ladesteuerungen und Energiezähler. So werden bei Bechtle in Neckarsulm modular jeweils acht Ladepunkte aus einem Schaltschrank versorgt und angesteuert. Mehrere dieser Schaltschränke können in einem zentralen, verschließbaren Technikraum untergebracht werden - bei zukünf-tigen Erweiterungen idealerweise in zusätzlichen Schritten von jeweils acht Ladepunkten.„Für uns als Betreiber ist dieser Ansatz vorteil-haft“, erläutert Torsten Kocher. „Da am Ladepunkt selbst keine aktiven leistungsführenden Komponenten verbaut sind, beschränkt sich die Wartung der einzelnen Ladepunkte auf eine reine Sicht- und Funktionsprüfung.“ Die einzelnen Gehäuse am Ladepunkt müssen dann nicht mehr geöffnet werden. Sofern kein Fahrzeug lädt, sind am Ladepunkt selbst keine Spannungen über 12 V vorhanden. Die Überprüfung der kritischen Schutz- und Schaltgeräte erfolgt im zentralen Technikraum, in dem einzelne Segmente oder Schaltschränke gezielt spannungsfrei geschaltet werden können. Lade-punkte, die aus einem anderen Modul gespeist werden, können während der Wartung regulär betrieben werden.

Steuerung der Ladevorgänge

Bei der Ladesteuerung hat sich der Elektromobi-litäts-Spezialist RTB für den Einsatz der Lade-steuerung EV CC Basic von Phoenix Contact ent-schieden - in einer Kombination mit der DC-Fehlerstromüberwachung EV-RCM. Diese Kombination sorgt für eine hohe Verfügbarkeit und verhindert unnötige Service-Einsätze durch eine automatische Rücksetzfunktion nach einem vom Fahrzeug verur-sachten Fehlerstrom. Über die serienmäßige RS485-Schnittstelle und das darüber-liegende Modbus-RTU-Protokoll können die jewei-ligen Ladevorgänge nach erfolgreicher Identifi-zierung freigeschaltet werden. Auch die Lade-leistung kann - künftig sogar in Abhängigkeit der verfügbaren PV-Leistung auf dem Parkhausdach - nach dem Standard IEC 61851-1 variiert werden.

Die Erfassung der aktuellen Ladeströme und –leistungen sowie der bereits geladenen Energie erfolgt dabei über die Energiezähler EEM-350, die eben¬falls von Phoenix Contact kommen. Vorteilhaft ist auch, dass die Geräte MID-zertifiziert sind. MID ist eine vom Europäischen Parlament herausgegebene Richtlinie, die grundlegende und mess-gerätespezifische Anforderungen für bestimmte Gerätegruppen festlegt und dem Hersteller die Verantwortung für das erstmalige Inverkehrbringen der Messgeräte zuweist. So eignen sich die Energiezähler für die eichrechtskonforme Abrechnung von Ladevorgängen. Sowohl Ladesteuerungen als auch Energiezähler werden über ein „Embedded System“ von RTB ausgelesen und angesteuert, auf dem die entsprechende Software zum Lastmanagement und künftig auch zur eich-rechtskonformen Abrechnung der Ladevorgänge implementiert ist. Die Kombination aus Hardware und Software wurde bei den zuständigen Behörden zur Zulassung für eichrechtskonforme Abrechnungen eingereicht.

„An dieses System haben wir auch die Parkhaus-leittechnik gekoppelt, die zum Beispiel eine Stellplatzüberwachung sowie eine dynamische Nutzerführung beim Weg durch das Parkhaus zum nächsten freien Stellplatz ermöglicht“, so Torsten Kocher. „Dadurch wird das Parken für unsere Mitarbeiter erheblich komfortabler.“

Tücken im Detail

Der naheliegende Ansatz der abgesetzten Ladepunkte birgt weitere Herausforderungen. Wenn die Ladepunkte bis zu 50 m von der Ladesteuerung entfernt sind, können Störungseinkopplungen und Signalverschleifungen auf der für den Ladevorgang maßgeblichen Control-Pilot-Leitung zwischen Fahrzeug und Ladestation nicht ausgeschlossen werden. Im neuen Bechtle-Parkhaus schafft die Ladesteuerung EV CC Basic von Phoenix Contact hier Abhilfe, die diese Signalleitung gemäß der Norm IEC 61851-1 ansteuert und auswertet. Durch Erfahrungen in ähnlichen Applikationen konnte der Auswerte-Algorithmus dahingehend optimiert und so robust gestaltet werden, dass eine Ladung unter diesen speziellen Anforderungen möglich ist und dabei trotzdem die bestehenden normativen Anforderungen eingehalten werden.

Eine weitere Herausforderung ergibt sich hinsichtlich der Störfestigkeit auf den Signalleitungen, die zum Ladepunkt geführt werden. Die aktuell in der Erstellung befindliche Norm IEC 61851-21-2 sieht hier spezielle Anforderungen bei Leitungslängen über 30 m bei den sogenannten Surge- und Burst-Prüfungen vor. Diese werden bereits heute von der Ladesteuerung EV CC Basic erfüllt - eine wichtige Voraussetzung für eine robuste Lösung in diesem Umfeld.

Aus der Kombination der jeweiligen Kernkompe-tenzen der beteiligten Unternehmen in den Bereichen Parkhausleittechnik, Ladetechnik und Abrechnungsprozesse konnte eine Lösung umgesetzt werden, die optimal auf den Anwendungsfall „Flottenladung im Parkhaus“ passt. Dabei werden alle erforderlichen bau- und wartungsspezifischen Aspekte berücksichtigt. Auch die optimierte Nutzung regenerativer Energie wird mit umgesetzt. „Unsere Anlage lief vom ersten Moment an ohne Probleme“, resümiert Torsten Kocher. „Die von uns eingesetzte RTB-Lösung mit den Komponenten von Phoenix Contact hat einen Reifegrad, der den Ausbau unserer E-Flotte begünstigt.“

Servicekosten einsparen – durch DC-Fehlerstrom-Überwachung

Fehlerstrom-Überwachungsmodule vom Typ EV-RCM überwachen den Ladestrom auf DC-Fehlerströme über 6 mA und unterbrechen beim Auftreten dieser den Ladevorgang. So kann auf den Einsatz von kostspieligen FI-Schutzschaltern vom Typ B verzichtet werden, wie sie in den Normen IEC 61851-1 und IEC 60364-7-722 gefordert sind. Mittels der zweikanaligen Variante des EV-RCM können zwei Stromkreise mit einem Gerät überwacht werden, und zwei FI-Schutzschalter Typ B können durch zwei kostengünstige Typ-A-Schutzschalter ersetzt werden. Weiterer Vorteil: Die Über-wachungsmodule sind mit den Ladesteuerungen EV CC Basic verbunden. Wird das Elektrofahrzeug, das den Fehler verursacht, von der Ladestation getrennt, kann die Steuerung EV CC Basic automa-tisch das Monitoring-Modul EV-RCM zurücksetzen, und der Ladepunkt ist ohne weiteren Service-Einsatz bereit für den nächsten Ladevorgang.

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