Der Ausbau der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge überwindet nach und nach die Sorge um ausreichende Reichweite und bemüht sich um die Behebung weiterer Probleme sowie um die Verbesserung des Fahrerlebnisses.
Eigentümer von Elektrofahrzeugen erwarten mehr und mehr Interoperabilität, damit sie auf ihren Reisen zuverlässig laden können. Die zunehmende Anzahl von Elektrofahrzeugen auf den Straßen bedeutet, dass die Stromnetze auf den zusätzlichen Bedarf vorbereitet werden müssen. Außerdem müssen V2G(Vehicle to Grid)- und V2H(Vehicle to Home)-Anwendungen entwickelt werden, um unsere Städte resilienter zu gestalten – insbesondere bei Stromunterbrechungen.
Fahrer wollen überall und jederzeit laden
Ladestationen für Elektrofahrzeuge ähneln POS-Terminals: alle sind unterschiedlich. Der Unterschied zwischen einem POS-Terminal und einer Ladestation für Elektrofahrzeuge besteht darin, dass Sie zwar an jedem Terminal zahlen, Ihr Elektrofahrzeug aber möglicherweise nicht an jeder angefahrenen Station laden können.
Während der Bedarf an öffentlichen Ladestationen für Elektrofahrzeuge zunimmt, wird die Interoperabilität der verschiedenen Ladestationen für Elektrofahrzeuge mehr und mehr zum Glücksspiel. Fahrer möchten aber unabhängig vom Anbieter in der Lage sein, die nächstgelegene Ladestation zu nutzen. Die Interoperabilität wird zur „letzten Meile“, die es zu überwinden gilt, damit die Sorgen um Lademöglichkeiten und die Bedenken wegen der Reichweite aus der Welt geschafft werden und zugleich die Benutzererfahrung verbessert wird.
Mit dem Open Charge Point Protocol (OCPP) ist ein kritisches Element für echte Interoperabilität verfügbar. Dieser offene Standard wurde 2009 entwickelt und kommt international zum Einsatz, ohne dass Gebühren oder Lizenzzahlungen anfallen. Das OCPP ermöglicht die Kommunikation zwischen einer Ladestation und einem zentralen Backoffice-System. Es wird von großen Unternehmen der Elektrofahrzeugbranche unterstützt, darunter Hersteller von Ladestationen, Betreiber von Ladestationen, Backoffice-Softwarelieferanten und Versorger. Für das Protokoll können Softwarelösungen entwickelt werden.
Eine plausible Analogie für die Interoperabilität beim Laden von Elektrofahrzeugen stellt das Roaming von Mobilfunknetzen dar. Bevor die großen Anbieter überall Netzabdeckung anbieten konnten, waren sie auf das Roaming angewiesen, bei dem Kunden die Mobilfunknetze anderer Anbieter nutzen konnten, wenn sie ihre Heimatstadt verließen. Netzabdeckung war unabhängig von dem Funkmast gegeben, zu dem eine Verbindung bestand. Ladestationen für Elektrofahrzeuge müssen Roaming auf vergleichbare Weise ermöglichen, damit Fahrer jede gewünschte Ladestation verwenden können. Unternehmen wie EV Connect stellen Ladestationen und entsprechende Software als offenes Netzwerk bereit, um die Interoperabilität der Stationen sicherzustellen. Die Fahrer von Elektrofahrzeugen können die Ladestationen dann plattform- und anbieterübergreifend nutzen.
Die Interoperabilität ist erforderlich, um die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge überall und möglichst benutzerfreundlich bereitzustellen, wie es heute bei Tankstellen der Fall ist.
Smartere Bezahlverfahren, Sicherheit und weitere Merkmale von Ladestationen
Bei der Interoperabilität der Lademöglichkeiten für Elektrofahrzeuge geht es aber nicht nur darum, dass alle Fahrzeuge alle Ladestationen unabhängig vom Provider nutzen können. Zugleich muss das sichere Bezahlen möglichst einfach gestaltet werden.
Potenziell existieren viele Verfahren, um für das Laden von Elektrofahrzeugen zu zahlen. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass jeder Fahrer seine bevorzugte Zahlungsmethode nutzen und zugleich darauf vertrauen kann, dass die Transaktion sicher erfolgt. Beispiele für heute verfügbare Zahlungsmethoden:
- Mobilgeräte-App: Viele Ladenetze unterstützen Onlinezahlungen mit der bevorzugten Zahlungsmethode über eine Smartphone-App direkt am Ladegerät. Die App muss aber eine Komponente des Netzwerks sein, in dem das Ladegerät betrieben wird.
- RFID-Karten: Die Betreiber einiger Ladenetze haben sich für unternehmensspezifische RFID-Karten zum Erleichtern der Bezahlung entschieden. Die Fahrer können Guthaben für die Bezahlung von Ladegebühren an netzwerkspezifischen Ladegeräten nutzen, ohne eine Smartphone-App verwenden zu müssen. RFID-Karten sind insbesondere für Flottenbetreiber eine geeignete Lösung, weil mit ihnen sichergestellt ist, dass nur berechtigte Fahrzeuge geladen werden.
- Kontaktloses Bezahlen: Bei Nutzung dieses Verfahrens wird keine Hardware (wie Kreditkarten-Lesegeräte) mehr benötigt. Es funktioniert vielmehr so einfach wie das Scannen eines QR-Codes. Fahrer können mit einem Cyberwallet bezahlen, ohne eine netzwerkspezifische App oder ein Abonnement zu benötigen.
Aber auch jenseits der Bezahlsysteme werden Ladestationen insgesamt intelligenter und lassen sich besser mit definierten Konfigurationen sowie zumindest in Teilen auf OCPP zurückzuführenden Überwachungsfunktionen verwalten. Dies kommt zugleich der Sicherheit zugute, weil Funktionen wie Firmware-Updates, Protokollierung, Ereignisbenachrichtigungen, Profile für die Authentifizierung und sichere Kommunikationspfade ermöglicht werden.
Einige Ladestationen sind jetzt mit Sensoren ausgestattet, die erkennen, ob ein Fahrzeug eine Ladestation blockiert oder ein Elektrofahrzeug zu lange an der Station hängt und deshalb andere Fahrer per App darüber informiert werden, dass die Station besetzt ist. Zu lange angehängte Elektrofahrzeuge werden mit der zunehmenden Zahl an Elektrofahrzeugen ein immer größeres Problem, weil es anderen Fahrern die Suche nach einer freien Station erschwert.
Intelligentere Ladestationen sind auch die Voraussetzung für V2G- und V2H-Anwendungen.
Unterstützung für das Netz
Langfristig wird angestrebt, die Batterien von Elektrofahrzeugen und Ladestationen nicht nur eingleisig zu nutzen, sondern umgekehrt Elektrofahrzeuge einzusetzen um beispielsweise bei einem Blackout, also einem flächendeckenden Stromausfall, Gebäude mit Strom zu versorgen.
Bei geschätzten 250 bis 320 Millionen Elektrofahrzeugen (inklusive Plug-in-Hybride) und mehr als 2 Millionen elektrisch angetriebenen Bussen, die mutmaßlich bis 2030 auf den Straßen unterwegs sind, ergibt sich eine immense Kapazität auf Rädern, die als kostengünstiger Energiespeicher genutzt und kritische Systeme von Gebäuden bei einem Stromausfall speisen kann. In vielen Städten weltweit ist mittlerweile die Installation von bidirektionalen Ladestationen für Elektrofahrzeugen vorgeschrieben, damit die in den Batterien der Elektrofahrzeuge gespeicherte Energie bei einem Stromausfall in Echtzeit in die Infrastruktur des smarten Gebäudes übertragen werden kann und die Notwendigkeit des Vorhaltens luftverschmutzender Dieselgeneratoren entfällt.
Ein Problem besteht möglicherweise darin, dass die Fahrer der Idee, die Nutzung ihrer Batterie zu teilen, ablehnend gegenüberstehen, weil sie eine Verkürzung der Lebensdauer aufgrund der häufigeren Lade- und Entladevorgänge befürchten. Außerdem möchten Fahrer ihr Fahrzeug möglichst vollgeladen vorfinden und nicht zu Fahrtbeginn feststellen müssen, dass die Fahrzeugbatterie nur zu 80 % geladen ist, weil eine V2G-Anwendung Strom gezogen hat. Wenn die Energie des Elektrofahrzeugs allerdings für das eigene Heim genutzt wird, werden die Fahrer der Elektrofahrzeuge höchstwahrscheinlich eher bereit sein, die Batterie des Elektrofahrzeugs als Energiequelle zu nutzen.
Die Transformation von Elektrofahrzeugen in Speicherkomponenten von Stromnetzen muss effizient erfolgen und setzt die Entwicklung von IoT-Geräten und Software voraus, mit denen die erforderlichen Daten erfasst werden können – für einen reibungslosen Energieübertragungsprozess. Diese Technologien ermöglichen den Anbietern von Ladestationen gleichzeitig Überwachung und Optimierung ihrer Infrastruktur.
Blockchain-Technologie und Künstliche Intelligenz (KI) werden ebenfalls für V2G-Anwendungen benötigt. Die Fahrer von Elektrofahrzeugen müssen für die Übertragung ihres Batteriestroms in das Stromnetz „entlohnt“ werden. Die Blockchain stellt ein dezentrales und nicht manipulierbares Verfahren für die transparente Verbuchung von V2G-Transaktionen dar. Auf der Basis von KI-Algorithmen können V2G-Managementsysteme zeitgleich den Energieverbrauch optimieren, indem Trenddaten und Prognosen schnell und präzise u. a. durch Überwachung des Netzstatus und der Stromproduktion herangezogen werden, um Lade- und Entlademuster zu entwickeln.
Dies sind nur einige wenige Beispiele für V2G-Anwendungen. Viele Startups arbeiten an eigenen V2G-Lösungen.
Intelligenteres Lastmanagement
Mit der zunehmenden Anzahl an Elektrofahrzeugen auf den Straßen wächst die Belastung der Stromnetze. Diese müssen intelligenter werden, um mit der Last zurechtzukommen und die Wahrscheinlichkeit einer Destabilisierung oder Überlastung des Stromnetzes zu reduzieren.
Bei statischem Lastausgleich wird die verfügbare Leistung basierend auf der fest zugewiesenen Speisekapazität in einem Cluster auf die Ladestationen verteilt, ohne den aktuellen Zustand des Systems zu berücksichtigen. Der dynamische Lastausgleich arbeitet dank der Software in den zunehmend smarteren Ladestationen intelligenter, sodass auch viele Elektrofahrzeuge gleichzeitig geladen werden können. Wenn mehr Fahrzeuge geladen werden sollen, als das Netz bewältigen kann, muss die Ladeinfrastruktur die an den einzelnen Ladestation bereitgestellte Leistung reduzieren.
Der primäre Zweck des Lastausgleichs ist die Stabilisierung des Stromnetzes. Andererseits können intelligentere Ladestationen aber auch angewiesen werden, Kunden zu priorisieren, die bereit sind, für priorisiertes Laden einen höheren Preis zu zahlen. Zudem können neue Geschäftsmodelle und Angebote der Anbieter von Ladestationen unterstützt werden.
Der Lastausgleich im Netz und die bequeme Nutzung seitens der Fahrer wird mit der zunehmenden Zahl an Elektrofahrzeugen immer wichtiger. Während die Sorgen wegen unzureichender Reichweite im Rückspiegel immer kleiner werden, werden andererseits die Erwartungen immer größer. Für den nächsten Abschnitt auf der Reise zur Elektromobilität sind deshalb intelligentere Ladeinfrastrukturen und stabilere Stromnetze erforderlich.
