Netzgekoppelte Varainte mit mehreren Ladestationen. Grafik: IGT

IT-​Aspekte für E‑Mobility Ladestationen

von | 27. Januar 2021

Das Mün­che­ner IGT – Insti­tut für Gebäu­de­tech­no­lo­gie gibt monat­lich Tipps heraus, mit denen Mietern, Ver­wal­tern und TGA-Ver­ant­wort­li­chen die Steue­rung der Haus­tech­nik leicht gemacht werden soll. Im Janaur nun geht es um IT-​Strukturen für Ladestationen.

Bei der Haus­halts­steckdose ist alles ganz einfach. Den Stecker von Staub­sauger, Handy­netzteil oder Fön muss man einfach nur in die Steckdose einstecken und schon kann sich das entspre­chende Haus­halts­gerät den benö­tigten Strom „ziehen“.

Im Bereich von E‑Mobility Lade­sta­tionen, d.h. Lade­säulen oder Wallboxen, ist das anders. In vielen Fällen sollte eine Ladesäule „kommu­ni­kativ“ einge­bunden sein – um sich z.B. eine maximal verfügbare Strom­stärke mit anderen Lade­sta­tionen zu teilen.

In Summe muss ergänzend zu einer LAN-​Schnittstelle auch ein gemein­sames „höher­wer­tiges“ Protokoll wie OCPP auf allen Seiten unter­stützt werden und die E‑Mobility Lade­station muss grund­le­gende IT-​Anforderungen erfüllen.
Kommu­ni­kative Einbindung als Grundlage. …

Anfor­de­rungen zu „Kommu­ni­kation“ aufgrund der VDI 2166

Der Verein Deutscher Inge­nieure hat mit der Norm VDI 2166 „Planung elek­tri­scher Anlagen in Gebäuden – Hinweise für die Elek­tro­mo­bi­lität“ eine Planungs­hilfe für den im Titel beschrie­benen Anwen­dungs­be­reich heraus­ge­geben. Ziel­gruppe sind Planer, Archi­tekten und Bauherren. Aber auch (Elektro-)Fachbetriebe werden ebenso ange­sprochen, da diese die E‑Mobility Infra­struktur meist nicht nur in Betrieb setzen, sondern vorher ebenso mit Planungs­fragen beschäftigt sind. Anwen­dungs­be­reich der Richt­linie sind Gebäude mit Lade­plätzen für die Elek­tro­mo­bi­lität und die Ausstattung und Gestaltung der Lade­plätze selbst. …

Die VDI 2166 ist keine gesetzlich verbind­liche Norm – zunehmend aber eine akzep­tierte und sich durch­set­zende Planungsgrundlage.

Anfor­de­rungen zu „Kommu­ni­kation“ aufgrund von KfW Förderprogrammen

Der Ausbau von Elek­tro­mo­bi­lität wird auch über die KfW Förderbank unter­stützt. Aktuell existiert das Förder­pro­gramm 440 mit Fokus auf privat zugäng­liche Lade­sta­tionen in/​von Wohn­ge­bäuden. Dabei werden die Gesamt­in­ves­ti­tionen mit bis zu Euro 900,– je Ladepunkt bezuschusst.
Neben weiteren Anfor­de­rungen ist erfor­derlich, dass die Lade­station über eine „sichere digitale, bidi­rek­tionale Kommu­ni­ka­ti­ons­schnitt­stelle verfügt und über gängige, stan­dar­di­sierte Kommu­ni­ka­ti­ons­pro­to­kolle ange­steuert werden kann, um mit anderen Kompo­nenten innerhalb des Ener­gie­systems kommu­ni­zieren zu können“.

Kommu­ni­kative Einbindung“ – was ist das genau?

Kommu­ni­kativ“ einbinden bedeutet dabei, dass die Lade­station zunächst eine Ethernet-​basierte LAN- oder WLAN-​Verbindung zur Einbindung in ein lokales Netzwerk (LAN – Local Area Network) nutzt. Alter­nativ ist auch eine einfache serielle Schnitt­stelle denkbar (z.B. RS485). Dies alles gewähr­leistet aber zunächst nur, dass Daten­pakete über­tragen werden können. Was der Inhalt dieser Pakete ist und wie dieser zu inter­pre­tieren ist, ist nicht Aufgabe von Ethernet oder RS485.

Diese inhalt­lichen Infor­ma­tionen werden über soge­nannte „höher­wertige“ Proto­kolle codiert. Im Falle von E‑Mobility hat sich OCPP (Open Charge Point Protocol) als akzep­tiertes Protokoll durch­ge­setzt. Es ist kein offiziell genormtes Protokoll, aber ein De-​facto Standard vom nieder­län­di­schen E‑laad-​Konsortium zur lizenz­freien Nutzung. Alter­nativ ist auch Modbus TCP zu finden – erfordert aber übli­cher­weise mehr indi­vi­du­ellen Anpas­sungs­aufwand bei der Inbetriebsetzung.

Ausbau­sze­narien und deren Anfor­de­rungen an Kommunikation

Im Folgenden werden mögliche Ausbau­sze­narien vorge­stellt – inklusive sich erge­bender Anfor­de­rungen an die Kommunikation.

Netz­ge­koppelt (einzelne Ladestation)

Sofern in einem Gebäude die Energie ausschließlich von einem Ener­gie­ver­sorger bezogen und nur eine einzige Lade­station in Betrieb genommen werden soll, reicht es meist aus, die maximale Lade­strom­stärke direkt in der Lade­station einzu­stellen. Eine weiter­ge­hende Kommu­ni­kation mit anderen Steue­rungen im Gebäude ist nicht erforderlich.
Netz­ge­koppelt mit PV-Unterstützung

Sofern im Gebäude eine Kopplung mit einer PV-​Anlage statt­finden soll – um z.B. Lade­leis­tungen für das Elek­tro­fahrzeug an der Über­schuss­leistung der PV-​Anlage auszu­richten – müssen Lade­station und PV-​Management gekoppelt werden. Dies erfolgt sinn­vol­ler­weise über eine Ethernet-​Verbindung (LAN oder WLAN) zur grund­le­genden Daten­über­tragung und OCPP als „höher­wer­tiges“ Protokoll.

Netz­ge­koppelt (mehrere Ladestationen)

Falls in einem Gebäude mehrere Lade­sta­tionen einge­setzt werden, ist die Einführung von Last-​Management sinnvoll. So kann die Gesamt­be­lastung des Ener­gie­ver­sorgers begrenzt werden (um in vertraglich verein­barten Leis­tungs­grenzen zu bleiben und das Auslösen von Schutz­ein­rich­tungen zu vermeiden). Das Last­ma­nagement kann eine separate Steuerung im Gebäude sein, die über eine Ethernet- oder RS485-​Verbindung mit den Lade­sta­tionen kommu­ni­ziert. Das „höher­wertige“ Protokoll ist oft herstel­ler­spe­zi­fisch, wenn Lade­sta­tionen und Lastmanagement-​Steuerung von einem Hersteller bezogen werden. Bei einem Mix von Herstellern in Bezug auf die Lade­sta­tionen müsste auf OCPP als einheit­liches Protokoll gewechselt werden. Wer sich diesen Mix als Möglichkeit erhalten möchte, sollte von Beginn an auf OCPP setzen.
Die Lastmanagement-​Steuerung muss dabei nicht unbedingt eine eigene Steuerung im Gebäude sein. Manche Hersteller bieten Lade­sta­tionen an, die im Verbund unter­ein­ander eine Lastmanagement-​Funktion ausüben. Dies ist eine inter­es­sante Variante – dabei ist man hier wieder an einen Hersteller für alle Lade­sta­tionen gebunden.

Netz­ge­koppelt mit PV-Unterstützung

Die letzte Variante zeigt mehrere Lade­sta­tionen und die Einbindung einer PV-​Anlage. Zunächst muss wie zuvor ein Last­ma­nagement zwischen einer entspre­chenden Steuerung und den Lade­sta­tionen gewähr­leistet werden. Die Verbindung von dieser Steuerung zu den Lade­sta­tionen ist wie zuvor Ethernet oder RS485; die „höher­wertige“ Proto­koll­kom­mu­ni­kation erfolgt proprietär oder über OCPP. #

Zusätzlich muss noch das PV- Management einge­bunden werden. Die Kopplung zwischen diesem und dem Last­ma­nagement erfolgt sinn­vol­ler­weise über Ethernet sowie OCPP. Leider unter­stützen viele PV-​Management-​Systeme nicht das OCPP-​Protokoll – somit wird hier auch auf beiden Seiten oft Modbus gewählt. Ganz alter­nativ können PV-​Management und Last­ma­nagement über ein proprie­täres Protokoll kommu­ni­zieren – das ist übli­cher­weise aber die schlech­teste Variante, da man in diesem Fall an genau diese beiden Hersteller gebunden ist.

Ergän­zende IT-​Anforderungen an die Ladestation

Ergänzend zu den kommu­ni­ka­tiven Anfor­de­rungen sollen Lade­sta­tionen auch wesent­liche IT-​Aspekte gewähr­leisten. Diese Fragen sind u.a.

  • Ist sowohl ein Backup als auch ein Restore der Konfi­gu­ration möglich?
  • Ist ein „Factory-​Reset“ (Zurück­setzen auf Werks­zu­stand) möglich?
  • Bei Ethernet und WLAN: Können diese gleich­zeitig genutzt werden (z.B. Ethernet zur Einbindung in ein LAN und WLAN als zusätz­licher Access Point)?
  • Können feste IP-​Adressen einge­stellt werden (im Gegensatz zur ausschließ­lichen dyna­mi­schen Vergabe über DHCP)?
  • Können Zugangs­kenn­wörter und PIN‘s beliebig geändert werden?
  • Können lokale Benutzer mit jeweils eigenen Nutzungs­pro­filen (Lade­zeiten, Lade­leistung etc.) angelegt werden?

Diese Anfor­de­rungen klingen sehr über­schaubar und sind bei IT-​Komponenten wie Router, NAS-​Server, Smarthome-​Server oder IP-​Kameras bereits eine Selbst­ver­ständ­lichkeit. Bei Lade­sta­tionen sind diese Anfor­de­rungen oft noch nicht erfüllt – hier sind die Hersteller in der Pflicht, die IT-​Aspekte funk­tio­naler und zeit­ge­mäßer zu gestalten.

Fazit

Lade­sta­tionen für die E‑Mobility sind nicht nur über Strom‑, sondern auch über Daten­lei­tungen anzu­binden. Dabei muss in das grund­le­gende Über­tra­gungs­pro­tokoll (z.B. Ethernet oder RS485) und das „höher­wertige“ Kommu­ni­ka­ti­ons­pro­tokoll (z.B. OCPP) unter­schieden werden.
Ergänzend sollten in Bezug auf die IT-​Einrichtung einige wenige Aspekte gewähr­leistet werden, wie sie bei anderen IT-​Komponenten bereits selbst­ver­ständlich sind.

Mehr zum Thema findet sich hier.

Mehr übers IGT ist hier zu erfahren.

Frank Urbansky

Freier Jour­na­list und Fach­au­tor, unter anderem für die Fach­ma­ga­zine und Portale Brenn­stoff­spie­gel, Uniti; DW Die Woh­nungs­wirt­schaft und Immo­bi­li­en­wirt­schaft; Haufe-Lexware; Energie&Management; IVV, Huss Medien; Motor­tech­ni­sche Zeit­schrift und Sprin­ger­Pro­fes­sio­nal; Sprin­ger Fachverlag; SHK Profi und tab, Bau­ver­lag; stadt+werk, k21

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