Aufteilung der Leistung: Wie Doppelstecker-EV-Ladegeräte die Last verteilen (CCS1/CCS2)

Mit der weltweit zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen (EVs) stehen Ladepunktbetreiber (CPOs) und Fuhrparkmanager vor einer entscheidenden Herausforderung: den Durchsatz der Stationen zu maximieren, ohne die Netzinfrastruktur zu überarbeiten. Hier kommt der Doppelstecker-DC-Schnelllader ins Spiel – ein Eckpfeiler der modernen Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, der dafür konzipiert ist, mehrere Fahrzeuge gleichzeitig über eine einzige Netzverbindung zu versorgen.

Doch wie genau „weiß“ eine einzelne Ladestation, wie sie ihre Leistung zwischen zwei hochkapazitiven Fahrzeugen mit CCS1- oder CCS2-Anschlüssen aufteilen soll? Das Geheimnis liegt in der dynamischen Lastverteilung und fortschrittlichen Leistungselektronik.

Der Aufbau eines Doppelstecker-DC-Schnellladers

Bevor wir uns mit der Lastverteilung befassen, ist es wichtig, die Hardware zu verstehen. Doppelstecker-Lader verfügen typischerweise entweder über zwei CCS1- (Combined Charging System) Kabel für den nordamerikanischen Markt, zwei CCS2-Kabel für Europa und den globalen Markt oder eine Kombination aus beiden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen AC-Ladern, die auf den Onboard-Wandler des Fahrzeugs angewiesen sind, liefern DC-Schnelllader Gleichstrom direkt an die Batterie des E-Fahrzeugs. Um dies zu erreichen, beherbergt die Ladestation eine Reihe interner Leistungsmodule.

Im Kern dieses Leistungsumwandlungsprozesses stehen industrietaugliche Halbleiter. Aufbauend auf PandaExos tief verwurzelter Expertise in der Leistungselektronik kommen hocheffiziente Komponenten wie Brückengleichrichter und IGBT/SiC-Module zum Einsatz, um den Netz-Wechselstrom in stabilen, hochvoltigen Gleichstrom umzuwandeln. Diese internen Module sind die Bausteine, die eine Leistungsteilung erst ermöglichen.

Die Funktionsweise der Leistungsaufteilung

Wenn ein E-Fahrzeug an einen Lader angeschlossen wird, erhält es nicht einfach blind Leistung. Das Batteriemanagementsystem (BMS) des Fahrzeugs baut eine Kommunikationsverbindung zum Lader auf (über Protokolle wie ISO 15118) und verhandelt die maximale Spannung und den maximalen Strom, die die Batterie basierend auf ihrem aktuellen Ladezustand (SoC), ihrer Temperatur und Kapazität sicher aufnehmen kann.

Wenn zwei Fahrzeuge an eine Doppelstecker-DC-Schnellladestation angeschlossen sind, muss das System entscheiden, wie es seine gesamte verfügbare Leistung zuweist. Dies geschieht im Allgemeinen auf eine von zwei Arten:

1. Statische Leistungsaufteilung (Feste Aufteilung)

In älteren oder einfacheren Architekturen teilt der Lader seine Gesamtleistungsabgabe gleichmäßig auf, sobald ein zweites Fahrzeug angeschlossen wird.

• Beispiel: Wenn an einem 120kW-Lader zwei E-Fahrzeuge angeschlossen sind, weist er Stecker A strikt 60kW und Stecker B 60kW zu.
• Der Nachteil: Wenn E-Fahrzeug „A“ einen SoC von 90% hat und nur 20kW anfordert, bleibt die Stecker A zugewiesene Restleistung von 40kW völlig ungenutzt, während E-Fahrzeug „B“ trotz Aufnahmefähigkeit für mehr auf 60kW limitiert ist.

2. Dynamische Leistungsaufteilung (Intelligente Steuerung)

Moderne Hochleistungslader nutzen eine dynamische Matrix aus Leistungsmodulen. Anstatt einer fest verdrahteten 50/50-Aufteilung bewertet der intelligente Energiemanagement-Controller der Station kontinuierlich die Echtzeitanforderungen beider Fahrzeuge und schaltet Leistungsmodule physisch auf das Kabel um, das sie am dringendsten benötigt.

• Beispiel: Ein 120kW-Lader ist mit vier 30kW-Leistungsmodulen ausgestattet.
• Minute 1: E-Fahrzeug „A“ trifft mit niedrigem Batteriestand ein und fordert maximale Leistung an. Der Lader weist alle vier Module (120kW) E-Fahrzeug „A“ zu.
• Minute 15: E-Fahrzeug „B“ trifft ein. Der Lader weist sofort zwei Module E-Fahrzeug „B“ zu, was zu einer 60kW / 60kW-Aufteilung führt.
• Minute 30: E-Fahrzeug „A“ erreicht 80% SoC und seine Nachfrage sinkt auf 25kW. Der Lader weist eines der Module von E-Fahrzeug „A“ an E-Fahrzeug „B“ um. Nun erhält E-Fahrzeug „A“ 30kW (was seine 25kW-Nachfrage deckt) und E-Fahrzeug „B“ erhält 90kW, was den gesamten Ladevorgang erheblich beschleunigt.

Kommerzielle Vorteile für Ladepunktbetreiber

Die Implementierung von Doppelstecker-Ladern mit dynamischer Lastverteilung bietet deutliche kommerzielle Vorteile für CPOs, Einzelhandelsstandorte und Fuhrparkdepots:

• Maximierte Netznutzung: Durch intelligente Lenkung jedes verfügbaren Kilowatts stellen Betreiber sicher, dass sie die maximale Rendite aus ihrer verfügbaren Netzkapazität erzielen, ohne kostspielige Netzausbauten zu benötigen.
• Geringere Anschaffungskosten pro Port: Die Installation eines 120kW-Doppelstecker-Laders erfordert weniger Grabungsarbeiten, Verkabelung und Platzbedarf als die Installation von zwei eigenständigen 60kW-Ladern, was die Installationskosten effektiv halbiert.
• Erhöhter Stationsumschlag: Dynamisches Teilen stellt sicher, dass Fahrzeuge weniger Zeit mit Warten auf eine Ladung verbringen. Schnellere Ladesitzungen bedeuten höheren täglichen Durchsatz und erhöhte Einnahmen.
• Zukunftssichere Skalierbarkeit: Stationen mit modularen Leistungsarchitekturen können oft nachgerüstet werden. Ein CPO könnte später potenziell weitere Leistungsmodule zum Gehäuse hinzufügen, um die Gesamtleistung zu erhöhen, wenn die Batteriekapazitäten von E-Fahrzeugen wachsen.

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