Was ist dynamisches Lastmanagement beim Laden von Elektrofahrzeugen?

Dynamisches Lastmanagement für das Laden von Elektrofahrzeugen misst die tatsächliche Last des Standorts am Netzanschluss, meist je Phase und alle paar Sekunden, und gibt den Ladepunkten die Kapazität, die in diesem Moment frei ist. Es hält die Ladepunkte zusammen mit allen anderen Verbrauchern innerhalb des Stroms, den der Netzanschluss führen kann. Ein statisches Lastmanagement weist der Ladegruppe dagegen ein Budget zu, das sich nie ändert. In beiden Fällen werden die Ladepunkte gedrosselt, pausiert oder geteilt, statt die Hauptsicherung auszulösen oder die vereinbarte Anschlussleistung zu überschreiten.

Lastmanagement ermöglicht es, auf einem Parkplatz acht 22-kW-Ladepunkte an einem Anschluss zu betreiben, der neben einem ausgelasteten Gebäude nicht einmal zwei davon mit voller Leistung versorgen könnte. Es schafft keine Kapazität. Es verlagert das Laden in die Kapazität, die gerade nicht genutzt wird.

Statisches und dynamisches Lastmanagement

Statisches Lastmanagement ist eine Gruppenbegrenzung: Die Ladepunkte teilen sich zum Beispiel 32 A je Phase, ganz gleich, was das Gebäude gerade tut. Eine Master-Wallbox oder die Ladeplattform verteilt dieses Budget auf die angeschlossenen Fahrzeuge. Das ist einfach und braucht keine Messung außerhalb der Ladegruppe. Das Budget muss aber zur Höchstlast des Gebäudes passen, ist also gerade dann klein, wenn das Gebäude wenig verbraucht und die Fahrzeuge mehr aufnehmen könnten.

Dynamisches Lastmanagement ergänzt einen Zähler am Netzanschluss. Der Lastmanager liest ihn aus, zieht die Last des Gebäudes von der nutzbaren Kapazität ab und gibt den Rest an die Ladepunkte. Hat eine Wallbox laut Hersteller "dynamisches Lastmanagement", heißt das meist, dass sie einen solchen Zähler direkt oder über ihre Master-Einheit auslesen kann.

So funktioniert dynamisches Lastmanagement

Jeder Regelzyklus macht dieselben vier Schritte:

1. Messen des Stroms auf jeder Phase am Netzanschluss des Standorts, Bezug positiv und Einspeisung negativ. Der Zähler muss alles hinter dem Anschluss erfassen, auch die Ladepunkte selbst.
2. Abziehen des Stroms der Ladepunkte, den der Lastmanager aus deren Zählern oder aus den gesendeten Grenzen kennt. Das Ergebnis ist die Last des Gebäudes je Phase.
3. Berechnen des verfügbaren Stroms je Phase: nutzbare Kapazität minus Gebäudelast. Die nutzbare Kapazität ist die Anschlussleistung abzüglich einer Sicherheitsreserve.
4. Verteilen dieses verfügbaren Stroms auf die angeschlossenen Fahrzeuge und Senden der neuen Grenze an jeden Ladepunkt.

Die Verteilregel entscheidet, wer lädt:

Die Grenzen, die die Verteilung bestimmen

Die 6-A-Untergrenze

Ein AC-Ladepunkt teilt dem Fahrzeug über das Control-Pilot-Signal nach IEC 61851-1 mit, wie viel Strom es ziehen darf. Der kleinste Strom, den das Signal anzeigen kann, ist 6 A je Phase. Bei 230 V sind das 1,38 kW einphasig und 4,14 kW dreiphasig. Unter 6 A lässt sich ein Fahrzeug nur noch pausieren. Ein Lastmanager teilt den verfügbaren Strom deshalb nie in Anteile unter 6 A: Er entscheidet, wie viele Fahrzeuge laden können, und teilt den verfügbaren Strom dann zwischen diesen auf.

Manche Fahrzeuge beenden nach einer langen Pause den Ladevorgang oder brauchen ein erneutes Einstecken. Testen Sie Pausieren und Fortsetzen mit den Fahrzeugen, die den Standort tatsächlich nutzen.

Phasen und einphasige Fahrzeuge

Ein dreiphasiges Fahrzeug an einem dreiphasigen Ladepunkt zieht auf jeder Phase denselben Strom, also bestimmt die am stärksten belastete Phase die Grenze für alle drei. Ein einphasiges Fahrzeug zieht nur auf einer Phase. Führt jeder Ladepunkt seine einphasige Versorgung auf L1, belastet ein Parkplatz voller einphasiger Fahrzeuge nur L1, während L2 und L3 ungenutzt bleiben. Installateure drehen deshalb die Phasenfolge von Ladepunkt zu Ladepunkt (L1-L2-L3, dann L2-L3-L1, dann L3-L1-L2), damit sich einphasige Fahrzeuge auf alle drei verteilen. Ein phasenbezogener Lastmanager muss dann wissen, auf welcher Phase der erste Leiter jedes Ladepunkts liegt.

Rechnen Sie den verfügbaren Strom immer je Phase, mit dem Rechner für Drehstromleistung oder dem Rechner von kW in Ampere für die Umrechnung zwischen kW und Ampere. Eine über drei Phasen summierte freie Leistung in kW verdeckt die Phase, die voll ist.

Einspeisung aus der PV-Anlage

Hat der Standort eine PV-Anlage, kann der Strom am Netzanschluss negativ sein: Der Standort speist ein. Dynamisches Lastmanagement kann diese Einspeisung als freie Leistung zählen und mit PV-Überschuss laden. Ein Fahrzeug braucht mindestens 1,38 kW Überschuss, um einphasig zu laden, oder 4,14 kW dreiphasig, bevor die 6-A-Untergrenze den Start erlaubt. Ladepunkte mit Umschaltung zwischen ein- und dreiphasigem Laden nutzen an bewölkten Tagen die niedrigere Schwelle. Der Leitfaden zum PV-Eigenverbrauch erklärt, wie die dafür genutzte Einspeisung gemessen wird.

Regelzeit und Sicherheitsreserve

Der Lastmanager reagiert nur so schnell wie sein langsamster Schritt: das Aktualisierungsintervall des Zählers, die Berechnung, der Befehl an den Ladepunkt, dessen Umsetzung und das Fahrzeug, das dem neuen Pilotsignal folgt. Solange die Regelung nachzieht, kann das Gebäude Last zuschalten. Bemessen Sie die Sicherheitsreserve so, dass sie den größten Lastsprung abdeckt, den der Standort innerhalb eines Regelzyklus machen kann: Dauert der Zyklus 30 s und kann in dieser Zeit ein Kompressor mit 40 A anlaufen, beträgt die Sicherheitsreserve mindestens 40 A. Messen Sie die Regelzeit bei der Inbetriebnahme, indem Sie die Grenze schrittweise senken und den Abfall am Zähler des Ladepunkts stoppen.

Rechenbeispiel: acht Fahrzeuge an einem 100-A-Anschluss

Ein Betrieb hat einen dreiphasigen 400-V-Anschluss mit einer Anschlussleistung von 100 A je Phase (69 kW bei 230 V Strangspannung). Der Lastmanager hält 10 % Sicherheitsreserve, nutzbar sind also 90 A je Phase. Er steuert acht 22-kW-Ladepunkte mit je 32 A je Phase.

Um 11:00 Uhr zieht das Gebäude 55 A auf L1, seiner am stärksten belasteten Phase. Der verfügbare Strom beträgt 90 − 55 = 35 A je Phase, etwa 24,15 kW freie Leistung.

Eine Gleichverteilung auf alle acht Fahrzeuge ist nicht möglich: 4,375 A liegt unter der 6-A-Untergrenze. Der Lastmanager muss entscheiden, wie viele Fahrzeuge laden. Fünf Fahrzeuge mit 7 A nutzen die vollen 35 A; die anderen drei warten oder rücken nach, wenn ein Ladevorgang endet.

Um 22:00 Uhr zieht das Gebäude 20 A. Der verfügbare Strom beträgt 70 A je Phase, und 70 ÷ 8 = 8,75 A je Fahrzeug: Alle acht Fahrzeuge laden mit je 6,04 kW, zusammen 48,3 kW.

Mit statischem Lastmanagement muss das Budget zur Höchstlast des Gebäudes passen. Liegt diese bei 75 A je Phase, erhalten die Ladepunkte rund um die Uhr 90 − 75 = 15 A je Phase: zwei Fahrzeuge mit 7,5 A, zusammen 10,35 kW. In einer Nacht von zehn Stunden sind das 103,5 kWh, gegenüber 483 kWh mit dynamischem Lastmanagement beim verfügbaren Strom von 22:00 Uhr.

Der Rechner für die Ladekapazität wiederholt die Zählung der Ladepunkte mit voller Leistung Stunde für Stunde. Es sind derselbe Standort und dieselben Ladepunkte, mit der Gebäudelast in kW für jede Stunde von 07:00 bis 14:00 Uhr (jedes Ampere je Phase entspricht 0,69 kW, der Wert von 37,95 kW um 11:00 Uhr ist also der Fall mit 55 A oben):

Der Rechner zählt nur Ladepunkte mit voller Leistung. Geteilter Strom unter 32 A, die 6-A-Untergrenze und die Phasensymmetrie sind Aufgabe des Lastmanagers, wie in der Tabelle oben.

Wenn Messung oder Verbindung ausfallen

Dynamisches Lastmanagement hängt an drei Verbindungen: Zähler zu Lastmanager, Lastmanager zu Ladepunkten und Ladepunkt zu Fahrzeug. Für jede muss festgelegt sein, was beim Ausfall geschieht.

• Zählerwert fehlt oder ist veraltet. Der Lastmanager darf den letzten Wert nach einem festgelegten Alter nicht mehr verwenden und muss auf eine Grenze zurückfallen, die auch bei Höchstlast des Gebäudes sicher ist. Im Beispiel sind das die statischen 15 A je Phase.
• Ladepunkt verliert den Lastmanager. Ein Ladepunkt, der seine letzte hohe Grenze behält, kann den Standort überlasten, wenn die Gebäudelast steigt. Über OCPP wird die Rückfallebene aus gespeicherten Ladeprofilen gebildet, etwa einem niedrigen TxDefaultProfile unter einem kurzlebigen dynamischen Profil. Der OCPP-Leitfaden erklärt die Profilregeln und wie sie getestet werden. Ladepunkte, die über Modbus TCP gesteuert werden, haben oft einen herstellerspezifischen sicheren Strom, der greift, wenn der Sollwert nicht rechtzeitig erneuert wird: Lesen Sie die Dokumentation des Ladepunkts und testen Sie ihn.
• Fahrzeug folgt nicht. Der Zähler des Ladepunkts zeigt, ob das Fahrzeug seinen Strom tatsächlich gesenkt hat. Ein Lastmanager, der seinen eigenen Befehlen vertraut, ohne das Ergebnis zu lesen, sieht kein Fahrzeug, das das Pilotsignal ignoriert.

Halten Sie Messung und Berechnung des verfügbaren Stroms am Standort. Eine Cloud-Plattform kann planen und abrechnen, aber eine Entscheidung, die die Hauptsicherung innerhalb von Sekunden schützen muss, sollte nicht von einem Umweg über das Internet abhängen. Liegt die Ladeplattform in der Cloud, sollte sie den verfügbaren Strom mit seinem Alter erhalten und auf eine Rückfallgrenze gehen, wenn der Wert zu alt ist.

Vorschriften, die steuerbares Laden verlangen

In Großbritannien gelten die Electric Vehicles (Smart Charge Points) Regulations 2021 für Ladepunkte, die seit dem 30. Juni 2022 für Wohnungen und Arbeitsstätten verkauft werden; öffentliche Ladepunkte und Schnellladepunkte ab 50 kW sind ausgenommen. Ein Ladepunkt muss seine Ladeleistung oder Ladezeit auf Signale hin ändern können, muss bei Verlust der Netzwerkverbindung weiter laden können und muss im Normalbetrieb eine zufällige Verzögerung von bis zu 600 s anwenden (technisch möglich sein müssen bis zu 1.800 s). Seine voreingestellten Standard-Ladezeiten müssen außerhalb der Spitzenzeiten von 8:00 bis 11:00 Uhr und 16:00 bis 22:00 Uhr an Werktagen liegen; der Eigentümer kann sie übersteuern.

In Deutschland muss nach § 14a EnWG und der Festlegung BK6-22-300 der Bundesnetzagentur eine Wallbox mit mehr als 4,2 kW, die seit dem 1. Januar 2024 in Betrieb genommen wurde, eine Reduzierung durch den Netzbetreiber zulassen, der sie auf nicht weniger als 4,2 kW begrenzen darf. Bei einer 11-kW-Wallbox sind das 6,1 A je Phase, in der Praxis also 6 A. Ein Standort mit mehreren steuerbaren Verbrauchseinrichtungen kann die Vorgabe des Netzbetreibers über ein Energiemanagementsystem umsetzen, das sie dann auf die Geräte verteilt. Der Leitfaden zu § 14a EnWG enthält die Formel für die Mindestleistung.

In der EU erfasst Artikel 14 Absatz 1 der Neufassung der Gebäudeeffizienzrichtlinie, Richtlinie (EU) 2024/1275, neue Nichtwohngebäude mit mehr als fünf Stellplätzen und solche, die einer größeren Renovierung unterzogen werden. Sie brauchen mindestens einen Ladepunkt je fünf Stellplätze (je zwei Stellplätze bei Bürogebäuden), eine Vorverkabelung für mindestens 50 % der Stellplätze und Leerrohre für die übrigen. Vorverkabelung und Leerrohre sind so zu bemessen, dass die geforderten Ladepunkte gleichzeitig genutzt werden können und gegebenenfalls ein Last- oder Lademanagementsystem unterstützt wird, soweit dies technisch und wirtschaftlich machbar und vertretbar ist. Nach Artikel 14 Absatz 6 müssen die Ladepunkte intelligentes Laden und gegebenenfalls bidirektionales Laden ermöglichen. Die Einzelheiten regelt die nationale Umsetzung.

Lastmanagement wirkt sich auch auf die Rechnung aus. Ein Standort mit Leistungs- oder Kapazitätsentgelt kann seine monatliche Spitze niedrig halten, indem er die Ladepunkte unter einem Zielwert statt unter der Anschlussleistung hält: siehe Peak Shaving und Lastverschiebung. Flotten, die das Laden in günstige Stunden verlagern oder diese Flexibilität vermarkten, nutzen dieselbe Steuerung, beschrieben in Elektrofahrzeuge als Netzressource.

Wo EpiSensor passt

EpiSensor misst den Standort, den sich die Ladepunkte teilen. Ein ZEM-Strommonitor am Netzanschluss meldet Strom und Leistung je Phase, und ein zweiter ZEM in der Ladeverteilung trennt die Ladelast vom Gebäude. Edge auf dem Gateway berechnet den verfügbaren Strom aus der am stärksten belasteten Phase, mit seinem Alter, vor Ort und ohne Umweg über die Cloud.

Edge ist kein Ladepunkt-Managementsystem und spricht kein OCPP. Es veröffentlicht den verfügbaren Strom über MQTT, HTTP oder Modbus TCP. Nimmt ein Ladepunkt oder seine Lastmanagement-Einheit eine Stromgrenze über Modbus an, kann eine Edge-Automation die Grenze selbst schreiben; die Rückfallebene liefert dann das eigene Timeout des Ladepunkts. Andernfalls liest die Ladeplattform oder der eigene Lastmanager der Ladepunkte den verfügbaren Strom und setzt ihn um. Klären Sie vor der Auswahl, ob sie eine externe Standortgrenze annimmt (in kW oder in Ampere je Phase), wie oft sie diese liest, was sie bei einem alten Wert tut und wie sie mit einem verfügbaren Strom unter 6 A je wartendem Fahrzeug umgeht. Die Anwendung zum Lastmanagement für Ladeinfrastruktur beschreibt Zähler, Berechnung und Übergabe im Detail.