Charge Controller Documentation

Diese Seite ist nicht editierbar. Sie können den Quelltext sehen, jedoch nicht verändern. Kontaktieren Sie den Administrator, wenn Sie glauben, dass hier ein Fehler vorliegt.
====== Allgemeines =====
Das **D**ynamische **L**astmanagement (**DLM**) von Bender/Ebee bietet die Möglichkeit die Ladeströme von mehreren Ladepunkten optimal an den verfügbaren Strom anzupassen.
Das DLM ist als lokales Lastmanagement konzipiert. Die Ladepunkte sind hierfür über eine Netzwerkverbindung miteinander vebunden und werden entsprechend den Anforderungen über ihr Webinterface konfiguriert.

Zusätzliche Geräte wie Gateways, Controller oder Schnittstellenadapter sind nicht notwendig. Das Lastmanagement ist somit einfach erweiterbar. Zusätzliche Ladepunkte können einfach hinzugefügt und in das Netzwerk integriert werden.
Zudem können alle Ladepunkte, die den Bender Controller verwenden genutzt werden. Dies bedeutet, dass auch herstellerübergreifend Ladepunkte genutzt werden. Durch die Kompatibilität der Geräte ist somit auch nach Jahren eine Erweiterung ohne Eingriff in die vorhandene Technik möglich.

Das lokale Lastmanagement kann zudem in bereits vorhandene oder später vorgesehene Energiemanagementsystem über Standardschnittstellen wie EEBus, Modbus-TCP/IP oder auch OCCP integriert werden. Somit ist Überschussladen an der PV-Anlage oder die Integration in die Gebäude-/Leittechnik leicht umsetzbar.
Auch kann der Backend-Betreiber via OCPP-Kommunikation eingreifen. Ebee unterstützt OCPP-Smartcharging-Profile und auch das sogenannte Backend-Lastmanagement, bei denen der Betreiber bzw. CPO zusätzlich zum lokalen Lastmanagement steuernd eingreifen kann.

Das lokale Lastmanagement kann alternativ auch um eine lokale Lastmessung ergänzt werden. Dies wird häufig gewünscht, wenn die neu zu beschaffende Ladeinfrastruktur an den bereits existierenden Hausanschluss einer z.B. Liegenschaft angebunden und der HAK gemeinsam genutzt werden soll. Meist sind aber die möglichen Leistungsreserven des Stromanschlusses für die Ladeinfrastruktur nicht bekannt. Oder der Stromanschluss soll optimal genutzt werden und keine zusätzliche Kosten zu verursachen (Peak-shaving).

Hierfür wird einfach ein (zusätzlicher) Energiemesser am HAK via Modbus-TCP in das Netzwerk des Ladepunkt integriert und bei der Berechnung der Ströme berücksichtig.

===== Technische Anforderungen =====
Der Hausanschluss, die Zuleitung oder der Abzweig einer Unterverteilung können limitierende Faktoren des Ladestromes an Ladepunkten sein. Diese Limitierung stellt zunächst die Obergrenze des zu verteilenden gesamten Stromes dar. Somit könnten in einer Unterverteilung an einem Ladepunkt, dem zum Beispiel **32 Ampere (22 kW) zur Verfügung** stehen, nur folgende Installationen **ohne** dynamisches Lastmanagement umgesetzt werden:
 
Ohne ein Lastmanagement würde der Ladepunkte immer den maximalen Ladestrom reservieren. Das bedeutet, jedes elektrische Fahrzeug könnte garantiert über die gesamte Zeit des Ladevorgangs mit dem Maximalstrom geladen werden. Aber die wenigsten Fahrzeuge tun dies. Auch wird ein Strom von 32A nicht die gesamte Ladezeit bzw. Parkdauer, in der das Fahrzeug angesteckt ist, genutzt. Aber der Maximalstrom von 32 A wird für den Ladepunkt dauerhaft reserviert, wenn es am LP angesteckt ist.

Durch die andauernde Vorhaltung des Ladestroms, kann theoretisch nur ein 22-kW-Ladepunkt an die Unterverteilung angeschlossen werden, ohne die Anschlussleistung zu überschreiten. Falls der Bedarf an Ladeinfrastruktur steigen sollte, müsste die Unterverteiölung erweitert oder erneuert werden. 

Mithilfe des Lastmanagements können daw beschriebenen Probleme gelöst werden. Das Lastmanagement kann die Reserven von nicht genutzten Ladepunkten an andere Ladepunkte verteilen und ermöglicht die Installation von Ladepunkten, deren theoretische Gesamtleistung die tatsächlich zur Verfügung stehenden Leistung der Stromversorgung übersteigt.

Die Überwachung der Ströme erfolgt phasengenau. Das bedeutet, dass berücksichtigt wird, ob das Fahrzeug auf einer oder mehreren Phasen lädt. Ebenfalls wird die Phasenrotation der Ladepunkte zueinander berücksichtigt. Diese besonderen Details ermöglichen die zur Verfügung stehenden Ströme optimal zu verteilen.


===== Lastmanagement Betriebsarten =====
Das Lastmanagement hat verschiedene Betriebsarten und Optionen um die Last entsprechend der Verfügbarkeit und Verbrauch zu optimieren. Je nachdem wie ein System aufgebaut ist, gibt es manchmal neben den Ladepunkten auch Verbraucher, die nicht steuerbar sind (wie zum Beispiel Verbraucher in einer Liegenschaft bzw. Haus oder Gewerbe) und natürlich einen Einfluss auf die Gesamtmenge an verfügbaren Strom haben.

Die häufigsten Konfigurationen sind daher die Folgenden:
  * Ein Lastmanagement ohne zusätzlichen Verbraucher (und deswegen ohne externe Messung)
  * Ein Lastmanagement mit zusätzlichen teilweise unbekannten Verbrauchern und externe Messung

Beide Anwendungsfälle haben haben zum die Ladeströme optimal zu verteilen und eine definierbare Lastgrenze nicht zu übersteigen und Überlast zu vermeiden.


==== Anwendungsfall: Lastmanagement ohne externe Messung ====
Hierbei ist auf eine feste Obergrenze des zu verteilenden Stroms bekannt und eingestellt. Das Lastmanagement benötigt lediglich die momentanen Ladeströme der Ladepunkte. Es wird ein fester Wert des Stromes (zum Beispiel 63 A) der Gruppe von Ladepunkten zugeordnet. Die 63 A werden phasenindividuell auf die Ladepunkte aufgeteilt.

Folgende zwei Szenarien sollen veranschaulichen, wo die Verwendung eines solchen Lastmanagements sinnvoll ist:
  - Ein Hausanschluss mit 100 A versorgt ein Gebäude und die Ladeinfrastruktur
    - Der UV des Hauses stehen insgesamt 100 A zur Verfügung.\\ Die max. Last des Gebäudes ist bekannt, 37 Ampere (inkl. Reserve/Headroom) müssen hierfür reserviert werden.\\ Der Ladeinfrastruktur werden über das DLM die restlichen 63 A zugeteilt und dort vom Lastmanagement unter den Ladepunkten verteilt.
  - Ein Hausanschluss mit 63 A
    - Ein Parkplatz oder Parkhaus verfügt für die Ladepunkte über einen eigenen dezidierten Hausanschluss.\\ Es gibt keine weiteren Verbraucher an diesen Hausanschluss neben den Ladepunkten.
{{ :lastmanagement:slm.png |}}

==== Anwendungsfall: Lastmanagement mit externer Messung ====
Hierbei muss das DLM die gesamten Last am Hausanschlusses kennen, d.h. nicht nur die aktuellen Ladeströme der Ladepunkte sondern auch den Strom, der gerade durch sonstige Verbraucher fließt. Dies bedeutet, dass der Gesamtstrom des an die LP zu verteilenden Stroms dynamisch angepasst werden kann. Der "Verbrauch" des Gebäudesust ist nicht bekannt und Lasten können sich ändern. Auf diese teilweise spontanen und nicht regelbaren Laständerungen müssen die Ladepunkte, bzw. das DLM reagieren. 

Häufig gibt es auch HAK, die aufgrund der Auslegung "auf dem Papier" den zusätzlichen Anschluss und Betrieb von Ladestationen nicht erlauben würden. Für die Ladetechnik kann keine feste Leistung reserviert werden. Da aber auch die Last der Gebäudes nicht immer gleich ist kann mit einer  kontinuierlichen Leistungs- bzw. Lastmessung am HAK solche "Lasttäler" und Reserven gemessen werden. Und durch das DLM an die Ladestationen abgegeben werden.

Der Ladestrom eines elektrischen Fahrzeuges ist regelbar und der maximal verfügbare Ladestrom wird dem Fahrzeug vom Ladepunkt vorgegeben. Unter Berücksichtigung dieser Vorgabe steuert das Fahrzeug seinen maximalen Ladestrom. Je nach Ladedauer und Füllgrad des Akkus wird die maximal mögliche Leistung des Ladepunktes von z.B. 11 kW oder 22 kW selten ausgeschöpft. Das Lastmanagement berücksichtigt dies und kann daher den Überschuss auf andere Ladepunkte verteilen.

Der in diesem Szenario benötigte zusätzliche Zähler kann direkt hinter den Zähler des Netzbetreibers eingebaut werden (Including EVSE Sub-Distribution) oder in die Unterverteilung hinter den Abzweig der Ladepunkte (Excluding EVSE Sub-Distribution). Dies ist teilweise auch von den Einbaubedingungen bzw. dem Aufbau der UV abhängig.
Somit kann die Last der zusätzlichen Verbraucher gemessen werden und in die Berechnung des DLM berücksichtigt werden.

Folgende Bilder ((HAK: Hausanschlusskasten; UV: Unterverteilung; VNB: Verteilnetz-Betreiber)) sollen den Aufbau anschaulich machen:

=== Lastmanagement mit External Meter Support (DLM) ===
== Excluding EVSE Sub-Distribution (Empfohlene Variante) ==
{{ :lastmanagement:exkl.png |}}
== Including EVSE Sub-Distribution ==
{{ :lastmanagement:inkl.png |}}


==== Phasenindividuelles Lastmanagement =====

=== Was bedeutet Phasenindividuell? ===
Ein aufladbares elektrischen Fahrzeug verfügt in der Regel über einen sogenannten „on-board charger“. Dieses Ladegerät, welches fest im Auto verbaut ist, wird mit Hilfe eines Kabels an eine geeigneten Ladepunkt angeschlossen. Der on-board charger wird meistens ein-phasig oder drei-phasig ausgeführt. Somit werden in einem Dreileiternetz (Drehstrom oder Kraftstrom) entweder eine Phase (Außenleiter) oder drei Phasen belastet.

Der vom Ladepunkt kommunizierte Ladestrom gilt stets für alle Phasen, egal ob das Fahrzeug nur eine oder mehrere Phasen belastet.

Lastmanagementsysteme von Mitbewerbern gehen häufig davon aus, dass immer alle Phasen gleich belastet werden, ungeachtet der tatsächlich auftretenden Last jeder einzelnen Phase. Somit werden an einem Ladepunkt, an dem ein Fahrzeug einphasig mit 1 x 16 Ampere lädt, die übrigen 2 Phasen ebenfalls mit jeweils 16 Ampere reserviert, obwohl die zweite und dritte Phase in Wirklichkeit nicht belastet werden. Das DLM verfügt über eine automatische Erkennung, ob das angeschlossene Fahrzeug einphasig oder dreiphasig das Netz belastet. Falls es ein Fahrzeug mit einphasigem Ladegerät ist, wird die Last nur an der entsprechenden Phase reserviert, der Rest bleibt für andere Ladegäste verfügbar. Hierbei wird eine eventuelle Phasenrotation mitberücksichtigt. Näheres hierzu im Kapitel „Phase rotation of the ChargePoint“.

===== Schieflast =====

==== Was bedeutet Schieflast und Schieflastvermeidung? ====

Von vielen Netzbetreibern in Deutschland wird durch deren Technische Anschlussbedingungen (TAB) verlangt, die Scheinleistung eines Außenleiters (Phase) nicht über mehr als 4,6 kVA steigen zu lassen im Vergleich zu den beiden benachbarten Außenleitern. Das bedeutet; einphasige Lasten dürfen in Summe einen maximalen Strom von 20 Ampere aufnehmen, wenn die beiden anderen Phasen nicht belastetet werden.\\
Eine Schieflast tritt also auf, wenn in einem Dreileiternetz ein Außenleiter um mehr als 20 Ampere belastet wird als die anderen beiden Außenleiter.


| Beispiel 1      ^     L1=>10 A       ^      L2=>15 A          ^    L3=>20 A      ^
| Keine Differenz zwischen allen Außenleitern um mehr als 20 Ampere. Somit besteht keine Verletzung der maximal erlaubten Asymmetrie.||||
| Beispiel 1      ^     L1=>10 A       ^      L2=>15 A          ^       L3=>36 A     ^
| L3 wird um 21 Ampere mehr belastet als L2 und um 26 Ampere mehr belastet als L1. Dadurch wird die max. zulässige Schieflast von 20 A überschritten.||||
Vor allem durch unterschiedliches Aufladeverhalten von elektrischen Fahrzeugen, kann beispielsweise an einen 3 x 32 Ampere Ladepunkt ein einphasiges Auto mit mehr als 20 Ampere laden. Der vom Ladepunkt signalisierte Strom gilt zwar für alle Phasen, jedoch wird keine Information zwischen der Phasenanzahl des on-board chargers vom Fahrzeug und der Phasenanzahl des Ladepunktes ausgetauscht. Somit kann es zu einer unerlaubten Schieflast kommen. Außerdem können auch keine Ladepunkte aufgebaut werden, die einphasig über 20 Ampere Ladestrom anbieten. Beispielsweise ein Ladepunkt mit 1 x 32 Ampere ≈ 7,4 kW der eine schnellere Ladegeschwindigkeit für Autos mit stärkeren einphasigen on-board charger möglich machen würde; beispielsweise Opel Ampera-e, Nissan e-NV200 und teilweise BMW i3.\\
Das Lastmanagement von Bender / ebee hat hierfür eine Lösung.\\
Im Rahmen des Lastmanagements kann die „Current Imbalance Prevention“ aktiviert werden. Dieses Feature prüft, ob eine Asymmetrie zwischen den drei Phasen von über 20A besteht. Die maximal erlaubte Asymmetrie kann in Ampere angegeben werden.

Die Schieflast-Grenze des Systems berücksichtigt alle in das Lastmanagement eingebundenen Ladepunkte. Da die Asymmetrie am Hausanschluss bzw. Netzübergabepunkt eingehalten werden muss, können einphasige Lasten von über 20 Ampere durchaus zulässig sein.\\
Beispielsweise können drei Fahrzeuge, mit einen einphasigen 32 Ampere on-board charger ohne Verletzung der maximalen Schieflast laden, indem jedes Fahrzeug auf einer anderen Phase lädt. Welches Fahrzeug auf welcher Phase lädt erkennt das Lastmanagement und kann somit den erlaubten Ladestrom anpassen.\\
In einem solchen System sind Ladepunkte mit 1 x 32 Ampere möglich bzw. wird bei 3 x 32 Ampere Ladepunkten die Schieflast begrenzt.

----------------

===== Phasenrotation =====
==== Was bedeutet Phase rotation of the ChargePoint? ====

Ladepunkte sind in der Regel ein- oder dreiphasig ausgelegt. Das bedeutet; ein Auto kann an solchen Ladepunkten über den Außenleiter L1 (einphasig) laden oder über die Außenleiter L1 L2 L3 (dreiphasig). Die Phasenlage ist zueinander immer 120°.
Damit das Lastmanagement den Ladestrom optimal verteilen und Schieflast vermeiden kann, muss die Information der Phasenlage oder Phasenrotation je Ladepunkt eingestellt bzw. mitgeteilt werden.
Um Lasten besser verteilen zu können, werden in der Unterverteilung die Phasen rotiert.
Beispiel:

=== Ladepunkt 1 ===
^  Ladepunkt^Netz^
|  L1 => |L1  |
|  L2 => |L2  |
|  L3 => |L3  |

=== Ladepunkt 2 ===
^  Ladepunkt^Netz^
|  L1 => |L2  |
|  L2 => |L3  |
|  L3 => |L1  |

=== Ladepunkt 3 ===
^  Ladepunkt^Netz^
|  L1 => |L3  |
|  L2 => |L1  |
|  L3 => |L2  |

Diese Rotation wird gemacht, um die Last, die durch einphasig ladende Autos entsteht, auf alle Phasen möglichst gleichmäßig zu verteilen.\\
Der Parameter “Phase rotation of the ChargePoint” wird im Ladepunkt selbst so eingestellt, wie es der Installateur für diesen Ladepunkt vorgesehen hat.

Beispielhaft können Sie im verlinkten Dokument nachlesen, wie die Phasenrotation für den Ladepunkt "Berlin" empfohlen wird.

{{ :wiki:power:phasenrotation.pdf | Phasenrotation}}



==== Zeitabhängiges Lastmanagement ====

=== Die Funktion "Maximum Current Scheduler" ===
{{ :lastmanagement:time_table2.png?400|Beispiel "Time Profile"}}
 Neben der Funktion des Lastmanagements, ohne bzw. mit einer externen Zählung auszustatten, gibt es eine weitere Funktion, das Lastmanagement ohne externen Zählung (semi-)dynamisch zu regeln.\\
Die Funktion ''Maximum Current Scheduler'' ermöglicht es über eine Uhrzeit-Tabelle die Parameter des ''Operator EVSE Sub-Distribution Limit'' in Abhängigkeit der Uhrzeit zu bestimmen.\\
Bei bekannten und wiederkehrenden Lastprofil können somit zu Zeiten, zu denen immer hinreichend Reserven verfügbar sind, die Ladeströme erhöht bzw. gesenkt werden. Beispielsweise könnte in einem Einfamilienhaus, in dem nachts immer 60% Reserve am Hausanschluss verfügbar ist, genau zu diesen Zeiten die verfügbaren Ladeströme hochfahren.\\
Das ''24h Time Profile (UTC)'' lässt sich mit einen Klick auf "Configure" konfigurieren. ({{ :lastmanagement:time_table.png?linkonly |Beispiel Konfiguration}})
Es sind mindestes zwei Einträge notwendig. Die eingestellten Ströme sind immer ab dem eingestellten Zeitpunkt gültig. Das bedeutet, ab dem eingetragenen Zeitpunkt bis zum nächstfolgenden Zeitpunkt gilt dieser Ladestrom für das DLM. Dies gilt auch wenn die Uhrzeiten nicht in der chronologischen Reihenfolge dargestellt werden. Im Beispiel rechts bedeutet das, dass von 1 Uhr bis 4 Uhr kein Ladestrom zur Verfügung steht. Hier ist es nicht von Belang, dass der Zeitpunkt ''1 Uhr'' ganz oben und der Zeitpunkt ''4 Uhr'' ganz unten steht.\\
Die Zeitpunkte werde nach ''Coordinated Universal Time (UTC)'' eingegeben. Die Zeit in Deutschland ist daher im Winter eine Stunde später ''UTC + 1 = CET – Central European Time'' und im Sommer zwei Stunden später ''UTC + 2 = CEST – Central European Summer Time''.\\
Das vollständig aufgelöste und chronologisch geordnete ({{ :lastmanagement:time_table2.png?400&linkonly|Beispiel "Time Profile"}}) würde sich in folgende Tabelle übersetzen:\\ 

^  Zeit:\\ von - bis  ^  DLM Strom Limit\\ (L1/L2/L3)  ^
|  01:00 - 04:00  |  0/0/0  |
|  04:00 - 18:00  |  90/90/90  |
|  18:00 - 23:00  |  100/100/100  |
|  23:00 - 01:00  |  150/150/150  |


{{ :lastmanagement:time_table.png |Beispiel Konfiguration}}




===== Fehlerfälle =====
==== Ausfall des DLM Masters ====
Mögliche Ursachen, die zum Ausfall des Masters führen:
  * Spannungsabfall am Laderegler der die DLM Master Software beherbergt.
  * Verbindungsausfall zum Netzwerk (LAN, WLAN, GSM, USB) am Ladepunkt, der den DLM Master beherbergt.

Das Eintreten der oben genannten Ereignisse kann umgangen werden, indem die DLM Master Software auf einen Laderegler betrieben wird, welcher separat in einem Verteilerschrank oder in einer Netzwerkinstallation betrieben wird. Dieser Laderegler wird dann als Stand-Alone Variante betrieben und steuert keinen Ladepunkt.
Durch die Spannungsversorgung über die Installation der Niederspannungsunterverteilung oder der Netzwerkinstallation, minimiert sich die Ausfallwahrscheinlichkeit der Spannung und der Verbindung zum Netzwerk.

== Bei Spannungsabfall ==

Falls die Spannungsversorgung des Ladereglers, der die DLM Master Software beherbergt ausfällt, werden die DLM Slaves auf ihr individuell eingestelltes //Disconnected Limit [A]// zurückfallen. Die Ladeströme sind dann statisch.\\
In Summe sollten die Disconnected Limits der DLM Slaves nicht den Wert des maximal verfügbaren Stroms übersteigen.

Ein Spannungsabfall an jenen Ladepunkt, der die DLM Master Software beherbergt, kann bei Eichrechtskonformen Ladepunkten in der Regel nicht durch einen Fehler am Fahrzeug oder durch mangelhafte Bedienung des Ladegastes auftreten. Dies ist dahingehend zu begründen, dass der Laderegler über eine separate Spannungsversorgung verfügt. Somit kann die DLM Master Software auch weiterhin betrieben werden, wenn durch das Fahrzeug ein RCD/MCB (FI/LS) ausgelöst wurde.

 
== Bei Verbindungsausfall ==

Bei einer Unterbrechung der Netzwerkverbindung des Ladereglers, der die DLM Master Software beherbergt, werden sich die DLM Slaves analog zum Spannungsabfall verhalten.\\
Sobald die Netzwerkverbindung wieder aufgebaut wurde, erholt sich das System automatisch und wird wieder vom DLM-Master geregelt.

==== Ausfall des DHCP Server ====
Bei einem Ausfall des DHCP Servers funktioniert das Netzwerk zunächst weiter. Bis zum Ablauf des Gültigkeitszeitraumes [leasetime] werden alle Ladepunkte weiterhin kommunizieren.

  Version 4.63
  Die Gültigkeitsdauer [leasetime] beträgt 12 Stunden.
  
  Version 5.11
  Die Gültigkeitsdauer [leasetime] beträgt 7 Tage (168 Stunden).

Nach dem Ablauf kann es zum Rückfall auf den Disconnection Limit Ladestrom kommen.

Falls der DHCP Server auf dem Laderegler aktiviert worden ist, der ebenfalls den DLM-Master beherbergt, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass der DLM-Master ebenfalls ausgefallen ist. Dahingehend ist der Ausfall des DHCP Servers zweitrangig, da der Ausfall des DLM-Masters den schwerwiegenderen Ausfall darstellt. Durch die Behebung des DLM-Master Ausfalls wird höchstwahrscheinlich auch der Ausfall des DHCP Servers behoben.


==== Empfehlung zur Positionierung des DLM-Master, des DHCP-Server, WAN-Router ====
Wie bereits unter [[Lastmanagement # Ausfall des DLM Master|Ausfall des DLM-Masters]] beschrieben wurde, kann es sinnvoll sein, den DLM-Master, den WAN-Router oder den DHCP-Server nicht auf einem Laderegler zu betrieben, der selbst ein Ladepunkt ist.\\
Am einfachsten kann ein zusätzlicher Laderegler außerhalb des Parkplatzes betrieben werden. Beispielsweise in der Netzwerk- oder Elektro-Verteilung der Ladepunkte.\\
Falls dies aber nicht möglich sein sollte, stellt sich die Frage nach dem optimalen Ladepunkt, der die Dienste ausführen soll. Je nach Topologie des Parkplatzes, welcher über mehrere Ladepunkte verfügt, ist der Ladepunkt mit der kürzesten Zuleitung ideal, da hier die Stecker der Leitung, welche Schaden nehmen könnte, am geringsten ist. Dies gilt jedoch für Verteilungen, die im Stern aufgebaut sind. Falls die Ladepunkte nach dem "Daisy-Chain" Prinzip miteinander verbunden sind, ist die kürzeste Zuleitung nicht zwangsweise ein Garant für Ausfallsicherheit.\\
Hier könnte je nach Aufbau der "mittlere" Ladepunkt im Fehlerfall noch mehrere Ladepunkte mit seinen Diensten versorgen als der "erste" oder der "letzte" Ladepunkt in der Kette.\\
Des Weiteren kann es sinnvoll sein die Dienste ''DHCP Server'', ''DLM Master'' und ''WAN Router'' auf unterschiedlichen Ladereglern zu betreiben.
Charge Controller Documentation

Benutzer-Werkzeuge

Webseiten-Werkzeuge

Seiten-Werkzeuge
