Tanken und Bezahlenin einem Arbeitsschritt

energie+mobilität

Abgestimmte Hard- und Software-Module bilden die Basis für dezentrale Lade- und Abrechnungssysteme. Die Komponenten kommunizieren über das Open Charge Point Protocol.

28. September 2015

Laden und abrechnen »Als wir uns vor einigen Jahren dem Thema Elektromobilität zuwandten, haben wir sofort auf Produkte gesetzt, die über die erforderlichen Schnittstellen verfügen, um in überlagerte Systeme integriert werden zu können«, sagt Lars Ulbricht von Petring Energietechnik.

Das Unternehmen aus Schlangen bei Paderborn hat inzwischen viel Erfahrung mit intelligenten Ladesystemen für Elektroautos. Häufig sind Ladestationen für den autarken Betrieb auch mit Standard-Komponenten bestückt und entsprechend verdrahtet. Die Grundfunktionen zum Laden sind dann bereits in der Firmware der Ladesteuerung enthalten, und der Installateur, der Betreiber und der Anwender müssen sich damit nicht auseinandersetzen. Inzwischen zeigt sich aber immer häufiger, dass Ladestationen auch datentechnisch in eine übergeordnete Infrastruktur eingebunden sein müssen. Das ist etwa der Fall, wenn abgerechnet wird.

Sei es nun kilowattstundengenau oder auch als Parkgebühr mit Lademöglichkeit. Diese Integration soll aber meist nicht auf einen lokalen Bereich beschränkt sein, sondern landesweit oder sogar über Ländergrenzen hinweg möglich sein. Für E-Mobility-Applikationen muss es dann entsprechende Standards geben. »Unser Know-how liegt in der Montage und Installation der Ladestationen«, erläutert Ulbricht. »Für die Anwendersoftware nutzen wir die Programmierdienstleistungen von Phoenix Contact E-Mobility. Auf diese Weise können wir die meisten Kundenanforderungen flexibel umsetzten.« Auch dabei erweist sich der Einsatz von Open Charge Point Protocol (OCPP) in der Ladestation als sinnvoll. In diesem Protokoll sind alle für den Ladevorgang relevanten Informationen definiert: Lade-Berechtigung, Start- und Endzeit des Ladevorganges und während des Ladevorganges benötigte Energie. Weil alle Informationen einer Transaktion zugeordnet sind, kann der Ladevorgang detailliert aufgezeichnet werden, und auf Basis dieser Informationen erhält der E-Mobilist seine monatliche Abrechnung.

Auf welcher technischen Basis die Abrechnung erfolgt ist dem Benutzer letztendlich egal, ihm reicht eine verlässliche und nachvollziehbare Abrechnung.

Klare Bedienerführung

Je nach Ausstattung der Ladestation wird der Ladepunkt ausgewählt und der Vorgang gestartet. Identifizieren kann sich der E-Mobilist über eine Chipkarte oder über eine App auf dem Smartphone. Wurde der Ladevorgang gestartet, wird dies über einen Monitor oder über ein Lichtsignal angezeigt. »Für den Benutzer muss die Bedienerführung so einfach wie möglich sein«, so Ulbricht. »Aber die Technik muss gleichzeitig so ausgefeilt sein, dass der Ladevorgang in zumeist komplexe Systeme integriert werden kann.« Der Status des aktivierten Ladevorgangs sowie der Energieverbrauch kann nach der Identifizierung durch die Chipkarte angezeigt werden.

Ladesäulen stehen zum Teil vereinzelt im Stadtgebiet. Jede dieser Säulen wird mit Energie versorgt, und wenn ein Ethernet-Netzwerk vorhanden ist, kann es zur Datenkommunikation genutzt werden. Ist das nicht der Fall, kommt ein Modem zum Einsatz.

Zentral oder dezentral Laden

In öffentlichen und halböffentlichen Bereichen finden sich auch häufig sogenannte Satelliten- oder Master-Slave-Systeme. Dabei sind mehrere Ladepunkte zentral installiert. Jeder Ladepunkt ist vom Aufbau her einfach gehalten: er besteht aus Ladesteckdose, dem sogenannten Socket Outlet, einem Schütz und einer optischen Anzeige. Die Anmeldung erfolgt an einem Zentralterminal, an dem der Nutzer sich mit einer kontaktlosen Chipkarte via RFID authentifiziert, bevor er den Ladepunkt ausgewählt.

Alternativ ist die Identifizierung über einen QR-Code plus PIN oder auch Near Field Communication plus PIN möglich. Im Zeitalter des Smartphones kann der Anwender auch eine entsprechende App nutzen, über die er die entsprechenden Eingaben tätigt.

Außer über eine App können die Ladepunkte auch hier über ein Bedienpanel oder einen Touchscreen bedient werden. Bei Ladestationen mit bis zu vier Ladepunkten werden Kleinsteuerungen eingesetzt, als Bedieneinheit kommt auch hier ein Panel oder auch Schaltelemente zum Einsatz. Bei einem Panel ist oftmals ein Web-Browser installiert, mit dem bequem auf den Webserver der Kleinsteuerung zugegriffen wird. Außerdem besitzt das Panel eine Touch-Funktion. Eine zusätzliche Installation von Schaltelementen ist dann nicht notwendig, und spätere Änderungen beim Design oder bei der Bedienung sind flexibel umzusetzen.

Bei komplexeren Funktionen, wie sie etwa bei Satelliten-Systemen mit mehreren Ladepunkten benötigt werden, läuft die Applikation auf einem PC, auf dem auch die Konfigurierung des OCPP erfolgt. Dabei kann sowohl ein IPC mit externem oder auch ein regulärer PC mit einem integriertem Monitor genutzt werden.

Mehrere Varianten

Wenn ein Referenzsystem in Betrieb genommen wurde und alle gewünschten Funktionen erfüllt, soll es auf einfache Weise dupliziert werden können. Dann wird die vollständige Applikation quasi als Image auf den PC gebracht. Einige für das OCPP erforderlichen Parameter sind dabei allerdings für die Stationen spezifisch: die Kennung der Station, der Ladestationstyp und die Seriennummer.

Die Informationen sind in einer Parameter-Datei enthalten, die nur auf den PC oder auf die Steuerung kopiert werden muss. Auf diese Weise können Hersteller und Betreiber der Ladestationen eine Vielzahl individueller Systeme liefern und betreiben. »So sind wir in der Lage, die Montage und Inbetriebnahme der Systeme für unsere Mitarbeiter auf ein Minimum zu begrenzen« sagt Lars Ulbricht. »Davon profitieren ja auch unsere Kunden.« Weil das OCPP hier auf standardisierte Funktionen zurückgreift, muss nur die Bedieneroberfläche auf die kundenspezifischen Anforderungen angepasst werden. »Für uns muss die verwendete Hard- und Software so flexibel sein, dass wir möglichst viele der kundenspezifischen Anforderungen abdecken können«. Dabei spiele es dann auch keine Rolle mehr, ob es sich um DC- oder um eine AC-Ladestation handele, so Ulbricht.

Schnittstellen sind das A und O

Für die flexiblen Anforderungen an eine Ladeinfrastruktur sind Komponenten mit leistungsfähigen universellen Schnittstellen besonders wichtig. Dabei müssen die Komponenten in einer Ladestation mit mehreren Ladepunkten genauso eingesetzt werden können, wir in einer Wallbox. Denn beides Ladestation und Wallbox muss problemlos in übergeordnete Managementsysteme integriert werden können.

One-Stop-Shop

Der Ladesäulen-Hersteller profitiert auch bei der Logistik, denn er muss nur eine recht überschaubare Anzahl von Komponenten vorhalten. Dennoch kann er damit zahlreiche Varianten anbieten, die sich sowohl vom Design wie von der Funktion her deutlich unterscheiden.

Zudem vereinfachen sich im One-Stop-Shop Materialbeschaffung sowie die Preisgestaltung beim Einkauf. Veredelt wird die Hardware mit anwenderspezifischen Programmen. Wer eine eigene Anwender-Software programmieren möchte, kann auf Standard-Bibliotheken zurückgreifen, die nahezu alle für die Elektromobilität spezifischen Funktionen umfassen.

Dirk Vogel (Phoenix Contact)

Lohnt die E-Flotte?

Unter welchen Bedingungen machen sich E-Autos für Flottenbetreiber bezahlt? Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt haben ein Online-Tool entwickelt.

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Erschienen in Ausgabe: 08/2015