Anforderungen an eine Software für den Betrieb von Ladeinfrastruktur aus Sicht eines Stadtwerkes

Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge stellen eine wesentliche Grundlage für Elektromobilität dar. Aktuell gibt es jedoch kaum Softwarelösungen am Markt, die die notwendigen Anforderungen für den Betrieb der Ladeinfrastruktur abdecken. Diese Arbeit liefert für Entwickler aus den Bereichen der Mobilitäts-, Fahrzeug- und Infrastrukturkonzeption den erforderlichen Funktionsumfang. Hierbei wird die Perspektive von Stadtwerken als lokale Infrastruktur- und Versorgungsdienstleister gewählt

Abschlussbericht zum Verbundprojekt InKola: Infrastrukturkopplung - Platzierung und Betrieb von Ladestationen aus Verkehrs- und Energienetzsicht

Im Mittelpunkt des Vorhabens InKola „Infrastrukturkopplung – Platzierung und Betrieb von Ladestationen aus Verkehrs- und Energienetzsicht“ steht die infrastrukturübergreifende Planung und der Betrieb für Verkehr- und Energiesysteme. Das Ziel ist es, zusammen der Stadt Burg ein anwendungsorientiertes Konzept zur optimalen Platzierung, Versorgung und Betrieb von Ladeinfrastruktur aus Netz- und Verkehrssicht unter Einbindung erneuerbarer Erzeugung zu entwickeln, und an ausgewählten Standorten in der Stadt Burg Ladeinfrastruktur zu installieren

Bundes- und landespolitische Rahmenbedingungen der Elektromobilität - strukturräumliche Implikationen

Eine integrierte und nachhaltige Mobilitätsentwicklung stellt die Verkehrspolitik auch zukünftig vor zentrale Herausforderungen. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der Verknappung fossiler Energieträger wird es auch in Zukunft notwendig sein, Strategien und Konzepte zu entwickeln, die eine integrierte, vernetzte und nachhaltige Mobilität sicherstellen. Dazu bedarf es aus raumordnerischer Sicht einer Differenzierung nachstrukturräumlichen Unterschieden, um bedarfsgerechte Mobilitätsangebote zu schaffen und eine nachhaltige Mobilität in allen Landesteilen zu sichern.Providing integrated and sustainable mobility will remain a key challenge for transport policy in the future. Climate change and the increasing scarcity of fossil fuels will make it necessary to develop strategies and policies to ensure integrated, interconnected and sustainable mobility. From the perspective of spatial planning this requires consideration of differences in spatial structures in order to create or guarantee appropriate mobility offers in all parts of the country

A contribution to the grid integration of electric vehicles as flexible loads and mobile storages through an aggregator

Der stete Zuwachs des Erzeugungsleistungs- und Energieaufkommens aus erneuerbaren Energien (EE) wirkt sich immer deutlicher auf die elektrischen Energieversorgungsnetze aus. Die Folge: Hohe Leistungsgradienten der Erzeugung und kritische Auslastungsgrade der Übertragungs- und Verteilnetze. Räumlich verteilte Energiespeicher können helfen, die EE besser zu integrieren und resultierende negative Effekte zu egalisieren. Der durch die Bundesregierung proklamierte Entwicklungsplan der sog. Energiewende fordert eine deutliche Zunahme des Anteils der EE und der Elektromobilität. Diese auch zukünftig gewünschte Entwicklung könnte die gegenwärtig betriebenen Energieversorgungsnetze weiter stärker belasten. Die vorliegende Arbeit bietet einen möglichen Lösungsbeitrag der Elektrofahrzeuge als Speichertechnologie für die Bewältigung der Herausforderung der netzverträglichen Integration von EE und Elektromobilität. Hierzu wird ein Konzept zur Einbindung mobiler Speicher (Elektrofahrzeuge mit V2G-Fähigkeit) vorgestellt. Dieses Konzept wird in einem Reallabor an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg evaluiert. Insbesondere die Informations- und Kommunikationstechnologie zwischen Elektrofahrzeug, Ladesäule und einem Aggregator wird eingehend betrachtet, denn sie bildet einen Grundpfeiler der Nutzbarmachung mobiler Speicher. Hinsichtlich der eingesetzten prozessualen Intelligenz zur Bewältigung nötiger Verfahren und Methoden werden ein Lademanagementsystem für die Ladesäulen und ein Energiemanagementsystem für den Aggregator eingeführt. Beide lassen die externe Verwaltung der Prozesse durch einen Betreiber zu. Es folgt eine Untersuchung der empirischen Verfügbarkeit der Elektrofahrzeugflotte während eines mehrmonatigen Betrachtungszeitraumes. Die Auswertung und Analyse dieser Verfügbarkeit liefert konkrete Ergebnisse hinsichtlich einer Abschätzung zukünftiger Nutzungspotentiale eines mobilen Speichers. Abschließend werden zu erwartende Auswirkungen der Nutzung der mobilen Speicher auf die kalendarische sowie zyklische Alterung der Traktionsbatterie diskutiert.The constant growth of power generation and power supply capacities from renewable energies (EE) leads to more and more distinctive effects on the power system. The consequences are a high range of the level of efficiency concerning the generation and the critical degrees of utilization of the distribution and transmission network. Spatially distributed energy storage can be useful to integrate the EE even better and to equalize the resulting negative effects of the EE-facilities. The federal government proclaims and postulates in the so-called Energiewende a significant increase in EE and in electric mobility. Thus may strain the currently used electric energy networks even further. This paper offers a possible approach to solve the dilemma by using electrically powered vehicles as a storage technology in order to accomplish the challenge of a network-compatible integration of EE and electric mobility. Therefore, a concept will be presented to integrate mobile storage devices (electric vehicles with V2G-capability). This concept will be evaluated in a field laboratory at the BTU-Cottbus-Senftenberg. Especially the information and communication technology (ICT) between electric vehicle, charging station and aggregator will be thoroughly observed. The ICT generates the keystone in the utilization of mobile storages. Regarding the applied processual intelligence to accomplish necessary methods and techniques, a charging management system for charging stations and an energy management system for the aggregator will be introduced. Both of them allow the external administration of the processes through an operator. Continuing with an empirical analysis concerning the availability of the electric vehicle fleet during a period of several months. This survey provides precise results concerning the estimation of future utilization potentials of mobile storage devices. As a last point, there will be an examination of the anticipated effects relating to the usage of mobile storage considering the calendric and cyclic ageing

Lademanagement für Elektrofahrzeuge

The present work describes a charging management with integrated charging optimization for electric vehicles that can be provided to a fleet by a fleet operator or to a group of private customers by a loading infrastructure operator. Aim of this charging optimization is the calculation of an optimized charging plan by considering the electricity price as well as hard capacity boundaries and user requirements. This charging optimization is designed and implemented within the scope of this work

Lademanagement für Elektrofahrzeuge

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Lademanagement mit eingebetteter Ladeoptimierung für Elektrofahrzeuge, das ein Flottenbetreiber einer Flotte bzw. ein Ladeinfrastrukturbetreiber einer Gruppe von Privatkunden zur Verfügung stellt. Ziel der Ladeoptimierung ist die gegen den Strompreis sowie feste Lastgrenzen optimierte Berechnung der Ladepläne bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Nutzeranforderungen. Diese Ladeoptimierung wird im Rahmen dieser Arbeit konzipiert und implementiert

Aspekte zur Integration stationärer und mobiler Batteriespeicher in die Verteilnetze

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Fragestellungen, die mit der Integration stationärer und mobiler Batteriespeicher in die Verteilnetze einhergehen. Konkret werden planungs-, auslegungs- und betriebsrelevante Aspekte aus Sicht der Endkunden sowie der Betreiber von Ladeinfrastrukturen und Verteilnetzen in zwei wesentlichen Schwerpunkten behandelt. Im ersten Teil wird die Integration mobiler Batteriespeicher in die Verteilnetze am Fallbeispiel der Elektromobilität in Parkhäusern untersucht. Basierend auf einem Ansatz zur Modellierung des Lastgangs von in Parkhäusern ladenden Elektrofahrzeugen, werden als Planungsgrundlage der Lade- und Netzinfrastruktur, technische Richtwerte und Berechnungsparameter erarbeitet und durch wirtschaftliche Betrachtungen ergänzt. Weiterhin wird das Potential zur systemdienlichen Nutzung der aus der Verweildauer resultierenden Freiheitsgrade im Parkhaus ladender Elektrofahrzeuge beziffert und ein Ansatz zur Einhaltung von Leistungsbeschränkungen präsentiert. Im zweiten Teil wird zunächst ein Ansatz zur Nachbildung der Wirkleistungsprofile von Haushalten mit Elektrofahrzeug und Wärmepumpe vorgestellt. Darauf aufbauend wird die Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern in privaten Haushalten unter Beachtung verschiedener Einflussfaktoren untersucht und ein Ansatz zur analytischen Berechnung einer wirtschaftlich optimalen Batteriespeicherkapazität in Abhängigkeit von der installierten PV-Leistung und des Jahresenergiebedarfs eines Haushaltes vorgestellt. In Ergänzung dazu wird das Marktpotential privater Batteriespeicher in Deutschland bis 2030 berechnet und das Potential einer prognosebasierten Optimierung der Strombeschaffungskosten am Beispiel eines Haushaltes mit Batteriespeicher und zusätzlich vorhandenem Elektrofahrzeug und Wärmepumpe unter Berücksichtigung der Degradationskosten des Batteriespeichers beziffert und die Entwicklungsperspektive zur Bereitstellung vorhandener Flexibilität aus dem Haushalt als Netzausbaualternative bewertet. Dies führt abschließend zur technischen und wirtschaftlichen Bewertung von stationären Batteriespeichern als Netzbetriebsmittel im Vergleich mit anderen Ausbauvarianten und mit der Nutzung verschiedener Flexibilitätsoptionen

Elektromobilität und das Problem der Ladesäulenwahl: Modellierung und Evaluation eines mathematischen Modells zur fahrerindividuellen Optimierung von Ladesäulenempfehlungen zur Verbesserung der öffentlichen Ladesituation

Elektromobilität und das Problem des Aufladens kennzeichnen sich aktuell noch durch das Auffinden unbelegter Ladesäulen und lange Ladezeiten für den Endkunden. Geringe Fahrreichweiten der ersten Generationen von Elektrofahrzeugen und die begrenzte Verfügbarkeit öffentlicher Schnellladesäulen untermauern die öffentliche Wahrnehmung der Elektromobilität häufig mit dem Begriff der Reichweitenangst. Der Fahrzeugnutzer ist es gewohnt, unkompliziert in einem gut ausgebauten Tankstellennetz jederzeit bis zu eintausend Kilometer Reichweite in wenigen Minuten Tankzeit für bestehende Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren zu erwerben. Diese Einfachheit bietet Elektromobilität aktuell nicht. Es existieren unterschiedliche Steckersysteme, uneinheitliche Preismodelle der Ladesäulenbetreiber, Anmeldepflichten der Kunden bei den Ladesäulenbetreibern, unterschiedliche Ladeleistungen und umständliche Abrechnungssysteme. Das alternative Aufladen am Hausstromanschluss erfordert mehrere Stunden Ladezeit und verlangt von Fahrern einen eingeschränkten Mobilitätsradius in der Nähe des Hausstromanschlusses. Doch selbst wenn all diese Teilprobleme gelöst werden, verbleibt die technologiecharakteristische Problematik der langen Ladezeiten. Denn selbst an Schnellladesäulen treten Ladezeiten von 25 min auf und übersteigen damit die regulären Tankzeiten von etwa 2,5 min um das Zehnfache. Und diese langen Ladezeiten treten entsprechend häufig auf, denn die geringe Fahrreichweite aktueller Elektrofahrzeuge führt dazu, dass Elektrofahrzeuge häufiger Ladesäulen aufsuchen müssen, als gängige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren Tankstellen aufsuchen. Das häufige Aufsuchen von Ladesäulen innerhalb der noch unzureichend ausgebauten Ladeinfrastruktur und die bei der Ankunft erforderlichen langen Ladezeiten können Blockierungen und Wartezeiten zwischen den Fahrern von Elektrofahrzeugen bei der Ankunft an den Ladesäulen provozieren. Dabei stellt sich schon heute und zukünftig noch viel mehr folgende Frage: >> Wie können Fahrer von Elektrofahrzeugen individuell durch Berücksichtigung ihrer persönlichen Präferenzen bei ihrer Ladesäulenwahl durch Optimierung auf der Basis der von ihnen bereitgestellten Fahrzeugpositionsdaten und Akkustanddaten von einem kollaborativen Ladesäulenmanagementsystem unterstützt werden, sodass es zu weniger gegenseitigen Blockierungen an Ladesäulen kommt und damit die öffentliche Ladesituation verbessert werden kann, und wie stören Fahrer diese Optimierung, die keine Daten bereitstellen möchten oder können? << Diese Fragestellung wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit beantwortet.Electromobility and the problem of uncomplicated charging is currently characterized by the finding of unoccupied charging stations and long charging times for the end customer. The limited availability of the first generations of electric vehicles and the limited availability of public high-speed charging stations often results in a negative public perception of electromobility. Current drivers are used to fill up regular vehicles with combustion engines in just minutes to get thousand kilometers of range in a fully developed infrastructure of petrol stations. Electromobility does not currently offer this simplicity. There are different plug-systems, inconsistent pricing models, customer registration requirements, different performance classes and cumbersome billing systems for charging stations. The alternative charging at home demands several hours of charging time and requires drivers to have a restricted mobility radius in driving range to their homes. However, even if all of these partial problems are solved, the technology-characteristic problem of long charging times remains. Charging times of 25 min occur even at high-speed charging stations, thus exceeding the regular petrol fill up time of 2.5 min by ten times. And these long charging times occur correspondingly frequently, since the low operating distance of current electric vehicles leads to the fact that electric vehicles have to visit charging stations more frequently than conventional vehicles with combustion engines call petrol stations. Frequent searching of charging stations within the still insufficiently developed charging infrastructure and the required long charging times can provoke extensive blockages and waiting times between the drivers of electric vehicles. This results in the central question of the work: >> How can drivers of electric vehicles be supported individually by taking into account their personal charging behavior on the basis of their vehicle position data and battery data, which are optimized within a collaborative charging station management system to reduce mutual blocking at public charging situation and how will drivers disturb this optimization, who cannot or do not want to provide those data? << This question is answered in this thesis

Einfluss gesteuerten Ladens von Elektrofahrzeugen auf die Netzbetriebsführung bei volatiler Windeinspeisung

This work summarizes findings obtained by controlled charging of Electric Vehicles (EVs) regarding volatile wind power generation. Based on the state of the art of the negotiation of the charging process between the EV and the charging point two approaches will be explained. The Wind-2-Vehicle method (W2V) is an example for using controlled EV charging in order to create a renewable supply following demand by optimizing the energy supply quota wind in each charging process. The Local Load Management (LLM) method is an example of using information from distribution grids to limit the charging power of EVs over time. In this work, two case studies are carried out to quantify the controlled/uncontrolled charging of EVs and their impact on electric power systems. The first case study describes charging of fifty EVs by a reduced W2V approach. The charging process has been analyzed from different point of views. Controlled/Uncontrolled charging results in peak demand (of EV fleets), due to synchronized charging. This may result in violation of preassigned operation limits. The utilization of the developed LLM method in the second case study shows that a small reduction of the achievable W2V quality results in an improved charging performance for small as well as large fleets. Therefore applying LLM can avoid violations of operation limits.Die vorliegende Arbeit fasst Erkenntnisse zum gesteuerten Laden von Elektrofahrzeugen (EVs) bei volatiler Windeinspeisung zusammen. Ausgehend vom Stand der Technik zur gesteuerten Ladung von EVs werden auf Grundlage sich in Entwicklung befindlicher Verfahren zum Austausch von Informationen zwischen EV und Ladepunkt zur Aushandlung von Ladevorgängen zwei Betriebsverfahren gezeigt. Das Wind-2-Vehicle-Verfahren (W2V) ist ein Beispiel für die Nutzung gesteuerten Ladens von EVs, um einen regenerativer Einspeisung folgenden Bedarf zu realisieren. Jeder Ladevorgang wird in seinem Ladefenster so optimiert, dass seine energetische Bereitstellungsquote Wind maximal ist. Das Lokale Lastmanagement (LLM) ist ein Beispiel, um Informationen aus dem Verteilnetz zu nutzen, um die Ladeleistung von EVs zeitlich zu begrenzen. Im Rahmen dieser Arbeit sind zwei Fallstudien durchgeführt worden, um die gesteuerte/ungesteuerte Ladung von EVs und deren Auswirkungen auf elektrische Energiesysteme quantifizieren zu können. In der Fallstudie 1 werden fünfzig EVs durch einen reduzierten W2V-Ansatz windorientiert gesteuert. Die in dieser Fallstudie ermittelten Ladevorgänge werden aus unterschiedlichen Gesichtspunkten in Simulationen analysiert. Gesteuertes/Ungesteuertes Laden führt zu konzentrierten Leistungsspitzen der EV-Flottenlast durch gleichzeitige Ladevorgänge. In Fallstudie 2 wird anhand von Zeitreihensimulationen nachgewiesen, dass gesteuertes/ungesteuertes Laden zu Verletzungen betrieblich festgelegter Grenzwerte in Verteilnetzen führen kann. Die Anwendung des entwickelten LLM Verfahrens zeigt, dass bei geringer Reduktion der erzielbaren W2V-Güte große und kleine Flotten gesteuert geladen werden können, ohne dass weiterhin betrieblich festgelegte Grenzwerte verletzt werden

Methodical Comparison of Alternative Powertrain Technologies for Long-Distance Mobility Using Germany as an Example

The main barriers to the wide acceptance of electric vehicles, such as the limited driving range or the high acquisition costs, are to be countered by various technology alternatives for the powertrain of the future. Promising developments include improved battery technologies, fuel cell technologies or a constant power supply of the vehicle while driving, for example through dynamic inductive charging. In this context, a holistic technology comparison would contribute to a comprehensive and understandable information situation by making the heterogeneous technological concepts comparable with regard to different evaluation criteria. Therefore, this work describes the basic assumptions of the proposed holistic comparison of alternative powertrain technologies for long-distance mobility. Relevant framework conditions are structured and a procedure for the evaluation of infrastructure expenditures is shown. Building on this, a selection of key performance indicators is defined and explained. The proposed KPI framework is applied to a passenger car in the economic area Germany. The results show that by using electrified roadways, ecological as well as economic advantages against other alternative powertrain designs can be derived