Magazin 50,2 6-2022

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Elektromobilität

Elektromobilität

50,2 Magazin | 06.2022

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C++, Python oder NodeRed arbeiten oder Funktionen einfach via Docker implemen tieren. „Wir können damit eine Vielzahl von Schnittstellen adaptieren und die daraus re sultierenden Datenflüsse visualisieren, ana lysieren und verarbeiten“, erläutert Fehrin ger. Somit entstehe eine Datendrehscheibe, die komplexe Systeme mit einer seit über zwanzig Jahren etablierten Industrie-Hard wareplattform vernetzt. Abgerundet wird das Ganze durch die Möglichkeit, diese Pro zesse nutzerfreundlich – beispielsweise in HTML5 oder Grafana dezentral auf dem PFC-Controller – zu visualisieren. Nikolaj Fehringer: „Genau diese gesammelten und aufbereiteten Daten werden uns helfen, das Laden der Busse über das 10kV-Netz bzw. das Batterie- und Energiemanagementsys tem noch weiter zu optimieren – je nach An forderung und Verfügbarkeit.“ In diesem komplexen System muss der Strom zweimal gewandelt werden: von Gleichstrom (DC) der Bremsenergie in Wech selstrom (AC) der Batteriespeicher, um im Ladepunkt wieder den Gleichstrom (DC) bereitzustellen, mit dem die E-Busse Strom auftanken können. „Dennoch bleibt der Wirkungsgrad der Elektromobilität größer als der von benzinbetriebenen Fahrzeu gen“, ist Nicolaj Fehringer überzeugt. Hinzu kommt, dass mit der genutzten Bremsener gie eine bisher verschwendete Energiequelle nutzbar gemacht wird und ausgemusterte E-Auto-Batterien ein zweites Leben erhalten. Diese E-Bus-Ladestation mit ihrem innovati ven Batterie- und Energiemanagementsys tem sei daher ein Leuchtturmprojekt für die nachhaltige Dekarbonisierung des Verkehrs. Genau das bestätigt auch Jeff Witting vom Auftraggeber RheinEnergie AG: „Wir sind begeistert. Diese multimodale E-Bus-La destation ist einmalig in Deutschland und steht für Forschung, Innovation, technisches Know-how und Nachhaltigkeit für die Ener giewirtschaft.“ (pq) www.wago.com www.ibfdo.de „Leuchtturmprojekt für nachhaltige Mobilität“

Foto: Kölner Verkehrs-Betriebe AG

Umgewandelte Bremsenergie, zwischengespeichert in 288 Second-Life-Batterien, liefert den Ladestrom für E-Busse und DC-Ladesäulen für E-Autos im gegenüberliegenden Parkhaus. (Fotos: Holger Jacoby/vor-ort-foto.de)

Bremsen, Speichern, Laden Eine Ladeinfrastruktur für E-Busse und -Autos, die Bremsenergie von Straßenbahnen und

lung zu nutzen“, sagt Nicolaj Fehringer. Sie sei wichtig, „um unser auf Linux basieren des Datenbanksystem an den Energiespei cher anzubinden“. WAGO PFC200 Mit dem WAGO PFC200 werden die Ener giedatenflüsse des Energiespeichers der E-Bus-Ladestation dirigiert. Mit der spei cherprogrammierbaren Steuerung von WAGO lassen sich nicht nur komplexe Algorithmen und Schnittstellen in klassi scher IEC-61131-Programmierung umset zen, zudem können Entwickler mit offenen Programmiersprachen wie beispielsweise

erklärt Fehringer. Für das funktionale Zu sammenspiel aller technischen Komponen ten in der Ladeinfrastruktur sorgt das über geordnete Energiemanagementsystem, welches ebenfalls vom Ingenieurbüro Feh ringer neu entwickelt wurde. Die dafür notwendigen Algorithmen hat ein 8-köpfiges Team des Ingenieurbüros Fehringer in eineinhalb Jahren aufwän diger Entwicklungsarbeit programmiert – auf in Linux speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) von WAGO. „Genau diese offene und einfache Linux-Programmier barkeit hat den Ausschlag gegeben, WAGO Technik für die Kommunikation und Rege

wird, in sechs Batterie-Stacks gespeichert und für die Ladung von E-Bussen und Elektrofahrzeugen abgegeben. Die Zwischenspei cherung in Batterien sorgt nicht nur dafür, dass Ladestrom stets in ausreichender Menge verfügbar ist, sondern vermeidet zudem Spannungsschwankungen. Diese würden entstehen, wenn eine Stadtbahn anfährt, während gleichzeitig Straßenfahrzeuge im Schnellladeverfahren geladen werden. Vom Sondermüll zum Zwischenspeicher Das Besondere: Bei den eingesetzten Batterien handelt es sich um sogenannte Second-Life-Batterien, sprich: ausgemusterte E-Auto Batterien. Die Ford-Werke haben für das Projekt einen Speicher aus jeweils sechs Einheiten mit 48 Batteriemodulen (à 20 Einzelzellen) zusammengeführt. Jede für sich ist mittlerweile zu schwach, um als Antriebsbatterie eines E-Autos zu dienen, im Zusammenspiel kön nen sie jedoch als Zwischenspeicher für Ladevorgänge genutzt wer den. „Wir hauchen diesen Batterien wieder neues Leben ein“, bringt es Nicolaj Fehringer, geschäftsführender Gesellschafter des Dort munder Ingenieurbüros, auf den Punkt. „Andernfalls wären diese Batterien als umweltbelastender Sondermüll geendet, obwohl sie noch bis zu 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität aufweisen.“ Allerdings hat jede einzelne Batterie, wie Fehringer es ausdrückt, ihre „eigene Geschichte und ihren eigenen Charakter“. Das erschwert den Zusammenschluss der in Reihe geschalteten Second-Life-Bat terien zu einem stabilen Energiespeicher. Die Lösung besteht in ei nem speziell für den Anwendungsfall entwickelten Batteriemanage mentsystem: „Das von uns entwickelte Batteriemanagementsystem bringt diese Batterien auf ein gemeinsames Spannungslevel. Dafür wird jede einzelne Batteriespannung gemessen und ausbalanciert“,

ausgemusterte Autobatterien nutzt, hat das Ingenieurbüro Fehringer in Köln für die RheinEnergie und die Kölner Verkehrsbetriebe umgesetzt. Im Zentrum steht ein durchdachtes Batterie- und Energiemanagementsystem mit WAGO Automatisierungstechnik. A uch im öffentlichen Nahverkehr sollen elektrische Antriebe eine klimafreundliche Mobilität ermöglichen. Doch auch bei der Ladeinfrastruktur gibt es zusätzliche Stellschrauben für höhere Effizienz und Nachhaltigkeit. Das zeigt ein Forschungs vorhaben der RheinEnergie AG, der Kölner Verkehrs-Betriebe (KVB AG) und des Automobilherstellers Ford, das vom Bundesverkehrs ministerium und dem Projektträger Jülich gefördert wurde. Das praxistaugliche Ergebnis des Projekts unter dem Namen MuLi (Multimodale Lademodul-Integration) ist eine Ladeinfrastruktur, welche die Bremsenergie der einfahrenden Stadtbahnen nutzt, um über einen Lademast Batteriebusse der KVB mit einer Leistung von bis zu 500 kW zu laden und gleichzeitig zwei Ladesäulen für Elek troautos mit Strom zu versorgen. Das „Herz“ der Ladestation ist ein auf den ersten Blick wenig spektakuläres Gebäude, in dem sich ein Mittelspannungsschaltraum und ein Batterieraum befinden. Hier wird der Strom, der aus der Bremsenergie der Stadtbahnen erzeugt

Mit demWAGO PFC200 werden die Energiedatenflüsse des Energiespeichers der E-Bus-Ladestation dirigiert. (Foto: Holger Jacoby/vor-ort-foto.de)