Mehrfamilienhaus mit 13 Parteien und Tiefgarage

Abbildung Anschluss und Ladeinfrastruktur
Mehrfamilienhaus mit 13 Parteien (Wohnraum) und 13 Parkplätzen in Tiefgarage. Warmwasserbereitung über Zentralheizung, daher Hausanschlussleistung 55kW. 70kWp Solaranlage (PV) mit Einspeisung auf Sammelschiene.

13 Wallboxen a 22kW angeschlossen an die Sammelschiene. Es steht also 55kW Hausanschlussleistung zzgl. bis zu 52kW Photovoltaikleistung abzgl. Hausverbrauch aller Wohnungen / Allgemeinstrom zur Verfügung. Somit kann die Tiefgarage maximal 55kW plus 52kW ziehen, d.h. das Zuleitungskabel für den Verteilerschrank ist für gut 125kW ausgelegt. Eine Lastmessung vom Energieversorger im Haus ergab, dass das Haus überwiegend eine Leistung von 1,5kW bis 5kW zieht. Nur in Spitzenzeiten (ca. 16-19 Uhr) kann sich ein Leistungsbedarf von ca. 20kW ergeben. Daher war keine Erhöhung des Hausanschlusswertes und damit verbunden Kosten nötig.

In dem Verteilerschrank befinden sich für jede Wallbox ein Leitungsschutzschalter und ein Typ A FI. Die Wallboxen haben einen integrierten DC Fehlerschutz, weswegen teurere FIs nicht nötig sind. Die Wallboxen sind sternförmig verkabelt.

Ein Zentraler bidirektionaler Netzbezugszähler am Hausanschlusspunkt misst die Belastung des Hausanschluss. Dieser ist ein ABB B24 Wandlerzähler (Modbus) mit Wandlerspulen in einem NH-Verteiler. Alternativ könnte ein Eastron SDM630 MCT eingesetzt werden. So sieht der cFos Charging Manager den Verbrauch aller Wohnungen, sowie die Einspeisung der Solaranlage und kann in Spitzenzeiten die Ladeleistung herunterregeln.

Für jede Wallbox gibt es einen geeichten ABB B23 Zähler (Modbus) zu Abrechnungszwecken und zur Ermittlung der Phasennutzung der ladenden Elektroautos. Alternativ könnten auch Eastron SDM72DM-V2, Orno WE 516/517 oder YTL DTS353F-2 eingesetzt werden. Die Zähler sind in den Wallboxen eingebaut, könnten aber auch im Verteilerschrank installiert werden.

Jährlich werden die Zählerstände im Webinterface des cFos Charging Managers abgelesen und die Nebenkostenabrechnung für die Parkplatzmieter erstellt. Die Nutzer können vor Ort jederzeit das Display des Zählers ablesen. Im cFos Charging Manager kann der Administrator eine Log-Datei aller Transaktionen als CSV Datei herunterladen, die dann z.B. mit Excel weiterverarbeitbar ist. Optional gibt es auch ein Transaktionslog pro Benutzer. Pro Ladevorgang wird Start- und Endzeitpunkt, geladene kWh, Gesamtverbrauch und die RFID des Benutzers protokolliert.

Lastmanagement findet über den cFos Charging Manager auf einen Raspberry PI statt. Alle Wallboxen sind per Zweidraht (Modbus RTU) angebundene cFos Power Brain Wallboxen 22kW. Alternativ und oder in Mischbetückung könnten auch ABL eMH1, Heidelberg Energy Control oder Wallboxen mit dem EVRacing WB DIN Modbus controller (z.B. Stark in Strom) eingesetzt werden. Auch eine Mischbestückung dieser Geräte ist möglich.

Der Raspberry PI ist mit dem im Haus befindlichen Router mit dem Internet verbunden. Alternativ könnte er auch ein einen LTE Router angeschlossen werden. Am Raspberry befinden sich 2 Modbus Adapter, mit denen 2 getrennte Modbusse realisiert werden. Wegen der Kabellängen von ca. 60m empfehlen sich gedrillte Leitungen (z.B. Adernpaare von Cat5 oder Cat7 Kabeln) und Abschlusswiderstände an den Bus-Enden. Zum Schutz des Raspberry werden die RS 485 Adapter mit USB Isolatoren betrieben. An Bus 1 befinden sich alle Zähler (1x ABB B24 + 13x ABB B23), an Bus 2 befinden sich alle cFos Power Brain Wallboxen.

Parallel zu den beiden Modbus RTU Verbindungen könnte man noch zu allen Parkplätzen LAN verlegen und dann Wallboxen, die mit OCPP oder Modbus TCP betrieben werden, verwenden, wie z.B. ABB Terra AC 22, ABL eMH2, Innogy eBox Professional, Keba KeContact P30 c- oder x-series, Webasto Live, Mennekes Amtron, Wallbe Eco verwenden. Bei zusätzlicher WLAN-Ausleuchtung mittels WLAN Access Points könnte man die cFos Power Brain Wallboxen auch im Modbus TCP Betrieb anschliessen, sowie andere Wallboxen mit WLAN einbinden, wie go-e charger. Hier wurde ein Reserve WLAN Access Point in der Garage installiert, um Software-Updates der cFos Power Brain Wallboxen zu vereinfachen.

Zur Ladeautorisierung ist am Eingang der Tiefgarage ein zweiter Raspberry PI mit USB RFID Leser für 13,56Mhz Mifare Karten angebracht. Dies erlaubt Wallboxen zu betreiben, die keinen RFID Leser haben. 13,56 Mhz ist praktisch, weil viele "Scheckkarten", die man sowieso dabei hat diesen Standard unterstützen (ausgenommen EC- und Kreditkarten). Man könnte aber auch einen RFID Leser mit 125kHz verwenden (das wird oft in Verbindung mit Alarmanlagen verwendet). Der cFos Charging Manager berücksichtigt die von der Wallbox übertragene RFID, so dass ein zentraler Leser nicht unbedingt erforderlich ist.

Für den Fall eines Ausfalls des Lastmanagement ist bei allen cFos Power Brain Wallboxen ein 3-Minuten fail-safe timer aktiviert, d.h. die Wallboxen gehen ab 3 Minuten Kommunikationsausfall auf den Mindestladestrom, damit bei einem Ausfall möglichst keine Sicherungen ausgelöst werden.

Konfiguration des cFos Charging Managers

Max. Gesamtleistung (W): 55000 Leistungsreserve (W): 5000 Diese wird von den 55kW als Regelreserve abgezogen Max. Gesamt-Wallboxleistung (W): 125000 Dies entspricht der Stärke der Leitung von der Sammelschiene in die Garage. Es ist gewünscht, die Spitzenleistung der Solaranlage zusätzlich zur Hausanschlussleistung zum Laden zu verwenden, weswegen die Leitung so dimensioniert wurde. Der cFos Charging Manager sorgt also dafür, dass weder der Hausanschluss noch diese Zuleitung überbucht wird.

USB1 des Raspberry PI hat die Modbus RTU Verkabelung der Wallboxen. D.h. als Adresse wird hier COM1 eingetragen. Da die cFos Power Brain Wallboxen auf 9600 Baud, 8 Datenbits, keine Parität und 1 Stopbit eingestellt sind, lautet die Adresse für alle COM1,9600,8,n,1. Für jede Wallbox muss eine eigene Modbus ID vergeben werden. Der Einfachheit halber ist die Modbus ID gleich der Parkplatz-Nummer: 1,2,3,...Die gleichen COM Parameter und die Modbus IDs werden in den jeweiligen Wallboxen eingetragen. Das Lastmanagement der Wallbox wird deaktiviert, da es hier vom Raspberry übernommen wird. Im cFos Charging Manager auf dem Raspberry trägt man die gleichen Modbus IDs entsprechend ein und als Geräte-Typ "cFos Power Brain".

USB2 des Raspberry PI hat die Verkabelung der ABB B23 Zähler und des ABB B24 Wandlerzählers. Hier wird im Display der Zähler ebenfalls 9600,8,n,1 eingestellt und als Modbus ID die Parkplatznummer vergeben. Es kann keine Kollision von Modbus IDs mit den Wallboxen auftreten, da sich diese ja auf dem anderen Bus befinden. Der ABB B24, erhält ebenfalls 9600,8,n,1 und als Modbus ID die 100. Das muss sowohl in den Zählern, als auch im cFos Charging Manager eingestellt werden, d.h. Adresse ist COM2,9600,8,n,1 und Modbus ID 1,2,3,... und 100. Als Geräte-Typ wählt man "ABB B23/24". Als Rolle erhalten alle ABB B23 Zähler "Verbrauch E-Auto" und der ABB B24 die Rolle "Netzbezug", da er ja am Netzübergabepunkt installiert ist.

Nun müssen alle ABB B23 Zähler im Konfigurations-UI der passenden Wallbox an die Wallbox angeheftet werden, damit der cFos Charging Manager weiss, welcher Zähler zu welcher Wallbox gehört.

Der cFos Charging Manager kann beide Busse parallel abfragen, kann aber pro Bus immer nur alle Geräte nacheinander pollen. Daher sollte man sich pro Bus lieber auf 15-20 Geräte beschränken und ggf. weitere Busse an den Raspberry mittels USB RS 485 Adapter anzuschliessen.

Da einzelne Autos evtl. einphasig oder zweiphasig laden, sollten alle Wallboxen jeweils mit einer Phasenrotation von 120 Grad zueinander installiert werden. Diese Phasenrotation kann man dem cFos Charging Manager in der jeweiligen Wallbox-Einstellung mitteilen. Dadurch kann der Charging Manager Phasenschieflagen erkennen und den Ladestrom begrenzen. Er kann ebenfalls zugunsten der ladenden Autos berücksichtigen, wenn mehrere einphasige Autos auf unterschiedlichen Phasen (bezogen auf den Hausanschluss) laden.

Da für alle Wallboxen Zähler verwendet werden, die die Ströme einzelner Phasen getrennt ausgeben, kann die Phasennutzung der Wallboxen auf "Ermitteln" gestellt werden, was optimale Nutzung der vorhanden Leistung bringt.

Um auf einen Blick bestimmte Leistungen im Webinterface sehen zu können, wurden noch mit Rolle "Anzeige" folgende "Software-Zähler" im cFos Charging Manager konfiguriert: Ein virtueller Zähler für die verfügbare Ladeleistung "Power avail. for EVSEs" ein virtueller Zähler für die tatsächlich genutze Ladeleistung "Consumed EVSE Power"

Außerdem ist die Solaranlage eingebunden, was eigentlich nicht nötig ist, da es ja einen Netzbezugszähler gibt: die Wechselrichter der Solaranlage als Zähler (hier SMA Sunny Tripower) ein virtueller Zähler für die Summe der Solarleistung "Produced Power"

Hier eine Übersicht über die verschiendenen Zählertypen.

Kosten für Ladepunkte: Da cFos Power Brain Wallboxen verwendet wurden, sind alle Ladepunkte kostenlos. Für Ladepunkte mit andere Wallboxen benötigt man pro Ladepunkt eine Lizenz. Hier die Preisliste. Es fallen keine weiteren "Abo"-Gebühren an.

Hinweis: Eine einzelne cFos Power Brain Wallbox kann bis zu 25 Geräte als cFos Charging Manager betreiben. In solchen Fällen ist ein Raspberry Pi nicht nötig.