Success Story: MADELAINE – Innovative E-Ladetechnologie für flexibel verteilbare Ladeleistung

Eine neuartige Ladetechnologie, die aktuell im Projekt MADELAINE (AIT Austrian Institute of Technology, WEB Windenergie AG und ENIO GmbH) entwickelt wird, ermöglicht es, mehrere Ladeplätze für E-Fahrzeuge von wenigen, vernetzten Invertern bedarfsgerecht mit der gewünschten Ladeleistung zu versorgen.

Wer batteriebetrieben unterwegs ist, braucht die entsprechende Infrastruktur, damit er sein Elektro-Auto zuverlässig und bequem aufladen kann. Neben einem gut ausgebauten Netz an Ladestationen werden nutzerfreundliche Technologien für einen einfachen Betrieb benötigt. Optimale Lösungen für das bedarfsgerechte Aufladen von E-Fahrzeugen sind entscheidend für die breite Umsetzung der Elektromobilität.

Aktuell wird an Gleichstrom-E-Ladestationen jeder einzelne Stellplatz über einen eigenen Inverter versorgt, der den Wechselstrom (AC) aus dem Netz in Gleichstrom (DC) umwandelt. Teilweise kann eine Ladesäule auch von zwei Fahrzeugen gleichzeitig genutzt werden. Das Projekt MADELAINE basiert auf der Idee einer verteilten DC-Ladeinfrastruktur. Grundsätzlich sind dabei alle verwendeten Inverter AC-seitig mit dem Verteilnetz gekoppelt. Auf der DC-Seite sind die Inverter an ein eigenes Gleichstromnetz angeschlossen. Mit Hilfe eines zentralen Schaltnetzwerks wird die Ladeleistung über dieses Netz flexibel verteilt. So kann prinzipiell jeder Stellplatz von jedem Inverter aus versorgt werden.

Bedarfsgerechte Ladeleistung

Die Kopplung der Inverter sowie die Nutzung von mehreren Invertern im Parallelbetrieb bieten viele Vorteile. So kann zum Beispiel die Ladeleistung auf einzelnen Stellplätzen temporär deutlich angehoben werden, um damit Schnellladungen zu ermöglichen.  Mischszenarien in denen einzelne E-Fahrzeuge mit mehreren Invertern geladen werden und mehrere andere mit einzelnen sind ebenso denkbar. Ziel ist es, die jeweils benötigte Ladeleistung flexibel und dem Bedarf angepasst zur Verfügung zu stellen.

„MADELAINE setzt am Kern des Ladesystems an. Jedes E-Fahrzeug stellt unterschiedliche Anforderungen an den Ladeplatz und die Ladeleistung – mit unserer neuen DC-Ladetechnologie steht in Zukunft an jedem Stellplatz die gewünschte Leistung zur Verfügung“, erklärt Projektleiter Felix Lehfuss vom AIT, Center of Energy.

Testbetrieb am Standort der WEB Windenergie AG

Im ersten Projektjahr wurde die genaue Netzarchitektur und die damit verbundene Verschaltung entwickelt. Auch das optimale Verhältnis zwischen der Anzahl an Invertern und Stellplätzen wurde analysiert. Aktuell wird eine Demonstrationsanlage mit 5 Invertern und insgesamt 10 Ladepunkten am Gelände der WEB errichtet. Die derzeitige Plangröße für die Inverter zielt auf eine DC-Ausgangsleistung von 10 kW. Durch die Parallelisierung von 5 Invertern können also bis zu 50 kW auf einem einzelnen Stellplatz bereitgestellt werden. Im Rahmen des Demobetriebs liegt der Fokus auf Lastmanagement und Eigenbedarfsoptimierung am Standort.

Die eingesetzte Inverter-Technologie erlaubt darüber hinaus auch einen bi-direktionalen Leistungsfluss. Damit besteht die Möglichkeit, netzunterstützende Vehicle-to-Grid-Technologien und Services sowie die Ladesteuerung basierend auf Preissignalen in zukünftige Umsetzungskonzepte zu integrieren.

Komfortables Nutzer:innen-Portal

Die Firma ENIO bringt als Projektpartner wertvolles Know-how zum Thema Managementsysteme für E-Ladestationen ein. Ziel ist es, ein User-Interface (z. B. eine Handy-App) zu entwickeln, über das die Benutzer:innen ihre Ladewünsche und -bedürfnisse direkt eingeben können. Die verfügbare Leistung aller Inverter wird dann über das System automatisiert und bedarfsgerecht auf die Stellplätze am Standort verteilt.

Zukunftsweisendes Konzept

Die neuartige E-Ladetechnologie MADELAINE ist ein modular aufgebautes Konzept und kann sehr einfach und kostengünstig skaliert werden. Es bietet sich für den weltweiten Einsatz auf Parkplätzen, Shoppingcentern, Park & Ride-Stationen etc. an.

Im Bereich der Leistungselektronik werden im Vergleich zu herkömmlichen Ladestationen deutliche Kostensenkungen erzielt, da durch die Vernetzung der Inverter weniger sowie günstigere Komponenten benötigt werden.

Das System zeichnet sich durch seine Flexibilität und die gesteigerte Resilienz aus. Waren bisher E-Ladeplätze oft unterschiedlich hinsichtlich der Ladeleistung ausgestattet, macht MADELAINE jede gewünschte Leistung an allen Stellplätzen verfügbar. Das System ist robust und sicher: Sollte einmal ein Inverter ausfallen, bleiben dennoch alle Ladeplätze in Betrieb.

Projektpartner: AIT Austrian Institute of Technology GmbH (Projektleitung),
WEB Windenergie AG, ENIO GmbH