>> ÖFFENTLICHE LADEINFRASTRUKTUR

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1 Kompendium für den interoperablen und bedarfsgerechten Aufbau von Infrastruktur für Elektrofahrzeuge >> ÖFFENTLICHE LADEINFRASTRUKTUR FÜR STÄDTE, KOMMUNEN UND VERSORGER

2 VORWORT DANKSAGUNG Wir danken den Teilnehmern der Begleitforschung, die wesentlich für Inhalt und Anregungen zum Entstehen dieses Kompendiums verantwortlich sind. Wir danken ebenso den Verantwortlichen in den Projekten der Modellregionen und in den Projektleitstellen für die Kooperation und fachliche Zusammenarbeit bei der Erstellung dieses Leitfadens. Elektromobilität und die Ziele der Bundesregierung Die Energiewende ist eine der wichtigsten Aufgaben für die kommenden Jahrzehnte. Sie ist eine Gemeinschaftsaufgabe, die nur zu schaffen ist, wenn alle Akteure auf Bundes-, Länder- und kommunaler Ebene sowie der Wirtschaft, den Unternehmen und der Zivilgesellschaft gemeinsam an Lösungen arbeiten. Wesentliches Ziel ist die Reduktion der Treibhausgasemissionen Sektor übergreifend bis 2020 um 40% und bis 2050 um mindestens 80% gegenüber Eine nachhaltige Energie- und Verkehrspolitik kann nur funktionieren mit Elektromobilität. Die energie- und klimaschutzpolitischen Ziele der Bunderegierung erfordern die Marktdurchdringung der Elektromobilität in ihrer technologischen Breite über alle Verkehrsträger. Nur aufgrund der deutlichen Effizienzgewinne elektrischer Antriebe gegenüber konventionellen Technologien neben der angemessenen Verwendung von regenerativen Kraftstoffen sind die langfristigen Reduktionsziele hinsichtlich Endenergieverbrauch und CO 2 -Emissionen erreichbar. Elektromobilität ist außerdem ein wichtiger Pfeiler für die langfristige Sicherung von Beschäftigung und Wertschöpfung in Deutschland. Die Bundesregierung bekräftigt darum ihr Ziel: Eine Million Fahrzeuge bis Deutschland soll Leitmarkt und Leitanbieter für Elektromobilität werden. Die Aktivitäten des BMVI im Bereich Elektromobilität Die Förderung der Elektromobilität mit Batterie und Brennstoffzelle ist ein wichtiger Förderund Arbeitsschwerpunkt des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) 1. Im Rahmen der Modellregionen Elektromobilität, der Schaufenster Elektromobilität und des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) stellt das BMVI Fördermittel von mehr als 850 Mio. Euro seit 2006 bis 2015 bereit. Die Marktvorbereitung von nachhaltigen Mobilitätslösungen muss ganzheitlich und technologieoffen erfolgen. Das heißt, BMVI fördert sowohl Batterie-, Hybrid- als auch Brennstoffzellenfahrzeuge, auf Straße und Schiene, im Luftverkehr und in der Schifffahrt. Die Modellregionen Elektromobilität Wissenschaftliche Begleitforschung Bereits seit 2009 fördert das BMVI den Aufbau von Elektromobilität in Modellregionen. In mehreren Städten und Regionen wurden seither Flotten und Ladeinfrastrukturen aufgebaut, Geschäftsmodelle entwickelt und wesentliche Akteure für die erfolgreiche Entwicklung von Elektromobilität miteinander vernetzt. Alle Projektpartner kooperieren zu den wesentlichen Fragestellungen und werten das erhobene Datenmaterial aus: Wie funktioniert der bedarfsgerechte Aufbau von Ladeinfrastruktur? Welche ordnungsrechtlichen Rahmenbedingungen werden gebraucht? Wie verändert Elektromobilität Stadt- und Verkehrsplanung? Begleitet von wissenschaftlichen Instituten geht es bei diesen Themen darum, Handlungsempfehlungen und Leitfäden aus den gesammelten Erfahrungen zu ziehen und weiteren Akteuren zur Verfügung zu stellen, um so den Aufbau von Elektromobilität in der Breite zum Erfolg zu führen. 1 ehemals Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung (BMVBS)

3 >> INHALT 6 >> EINLEITUNG 6 >> 1. ÜBERSICHT TECHNIK EINFÜHRUNG UND BEGRIFFSDEFINITIONEN LADETECHNIK KABELGEBUNDENES LADEN INDUKTIVES LADEN BATTERIEWECHSEL- UND ELEKTROLYTWECHSELKONZEPTE 22 >> 2. INTEROPERABILITÄT VON LADEINFRASTRUKTUR INTEROPERABILITÄT ÜBERSICHT EINLEITUNG ZUGANG ZUR INFRASTRUKTUR NOCH NICHT EINHEITLICH WAS BEDEUTET INTEROPERABILITÄT? INTEROPERABILITÄT VERSUS DISKRIMINIERUNGSFREIHEIT ZUGANGSFORMEN ABRECHNUNGSFORMEN INTEROPERABILITÄT UNTER ROAMING-PLATTFORMEN UNTERSUCHUNG DER PROJEKTE DER MODELLREGIONEN EMPFEHLUNGEN FÜR MINDESTANFORDERUNGEN AN LADEINFRASTRUKTUR ERLÄUTERUNG DER MINDESTANFORDERUNGEN OPTIONALE MERKMALE EINER LADEINFRASTRUKTUR 43 >> 3. BEDARFSGERECHTER AUFBAU VON LADEINFRASTRUKTUR VORSTELLUNG VON BEISPIELEN GUTER PRAXIS ZUM BEDARFSGERECHTEN AUFBAU LADEINFRASTRUKTUR IN DORTMUND IM PROJEKT METROPOL-E, ANSATZ LOKALE SIMONE AUFBAU VON LADEINFRASTRUKTUR IN BERLIN AUFBAU VON LADEINFRASTRUKTUR IM RAHMEN DES MASTERPLAN HAMBURG AUFBAU VON LADEINFRASTRUKTUR IN GÖPPINGEN IM PROJEKT EMIS METHODIKEN ZUM BEDARFSGERECHTEN AUFBAU WEITERE BEISPIELE UND VORLAGEN AUFBAU VON LADEINFRASTRUKTUR IM SAARLAND VERGABE DER LADEINFRASTRUKTURERWEITERUNG UND DES -BETRIEBS IM LAND BERLIN GENEHMIGUNGSBLAUPAUSE FÜR INFRASTRUKTUR DER STADT DORTMUND 72 >> 4. ANHANG WEITERE LITERATUR ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS INFRASTRUKTURBEGRIFFE 76 ANSPRECHPARTNER 81 IMPRESSUM 82 EINLEITUNG ÜBER DIESES KOMPENDIUM Dieser Leitfaden entstand im Rahmen des Förderprogramms Elektromobilität in Modellregionen. Das Förderprogramm wurde 2009 als Maßnahme im Rahmen des Konjunkturpakets II der Bundesregierung verabschiedet und hatte eine Laufzeit bis Ende Aufgrund des großen Erfolges des Programms befindet es sich nun in einer Fortführungsphase. Dieses Programm verbindet Forschung und Entwicklung mit alltags- und nutzerorientierter Demonstration. In ursprünglich acht Modellregionen (wovon mittlerweile die Regionen Berlin, Bayern/Sachsen und die Region Stuttgart zu einem Schaufenster für Elektromobilität geworden sind) wurde das Thema Elektromobilität für die Integration der Batterietechnologie in die Mobilitäts-, Raum- und Stadtentwicklung mit regionalen Schwerpunkten entwickelt. Dies geschieht unter Einbeziehung regionaler Akteure z. B. Hersteller, Entwickler, Nutzer, Dienstleister, Energieversorger und Stadtwerken bzw. Ladeinfrastrukturbetreiber. Parallel erfolgt die Integration von unterschiedlichen Verkehrsträgern wie Zweirädern, Pkw, Nutzfahrzeuge, Bussen und Schienenfahrzeugen. Neben den Vorhaben in den Modellregionen stellen sieben thematisch übergreifende Plattformen ein wesentliches Element des Förderschwerpunktes dar. Innerhalb der Plattformen werden die Erfahrungen der Modellregionen zentral gebündelt und miteinander vernetzt. Eine der sieben thematischen Plattformen ist die Plattform Infrastruktur, welche durch die Anzahl der gemeinsamen Fragestellungen eng verwoben ist mit den Plattformen Raum-/Stadt- & Verkehrsplanung und Ordnungsrechtlicher Rahmen. In den Plattformen arbeiten kommunale Partner, Partner aus Universitäten, Stadtwerken, überregionalen Energieversorgungsunternehmen und Hersteller und Betreiber von Ladeinfrastruktur eng zusammen. Der intensive Austausch der Projekterkenntnisse durch die Projektpartner schafft eine gute Grundlage für den weiteren Aufbau sowie Ausbau der Infrastruktur und vermeidet Doppelarbeit. INHALT Das Kompendium enthält die drei Kapitel Technik, Interoperabilität und Bedarfsgerechter Aufbau von Ladeinfrastruktur. Im Kapitel Technik soll sich der Leser kompakt einen Überblick über den aktuellen Stand der Ladeinfrastruktur verschaffen können. Das anschließende Kapitel Interoperabilität behandelt die Fragestellung, wie infrastrukturübergreifendes (z.b. zwischen der Ladeinfrastruktur unterschiedlicher Betreiber) Laden ermöglicht werden kann. Auf Basis dessen ergeben sich Mindestanforderungen aus Sicht des Expertenkreises, die bei einem Aufbau von Ladeinfrastruktur auf jeden Fall gewährleistet werden sollten, um eine zukunftsfähige Infrastruktur aufzubauen. Schließlich soll im Kapitel Bedarfsgerechter Aufbau der Frage nachgegangen werden, wie viel und wo Ladeinfrastruktur benötigt wird. Dazu werden verschiedene Ansätze und Methodiken für einen Bedarfsgerechten Aufbau vorgestellt. Innerhalb der Kapitel 2 und 3 verweist der Praxisleitfaden an vielen Stellen auf die Beispiele guter Erfahrungen, hierbei handelt es sich um konkrete Umsetzungsbeispiele, die die vielfältigen Erfahrungen aus den Modellregionen aufzeigen.

4 7 Übersicht Technik 8 >> 1. ÜBERSICHT TECHNIK Im ersten Abschnitt Technik dieses Kompendiums soll eine kurze allgemeine Übersicht zu den unterschiedlichen Ladetechnologien erfolgen, wobei das kabelgebundene Laden als alltagstaugliche Technologie näher beschrieben wird. Ebenfalls hilfreich und umfangreich ist der Praxisleitfaden Elektromobilität 3 mit Hinweisen für Bauherren, Architekten und Ingenieure zum Ausbau elektromobiler Infrastrukturen in der HafenCity Hamburg, der ebenso frei zugänglich ist. barer Energie. In direkter Korrelation zur Batteriekapazität stehen die mit dem Fahrzeug zu erzielende Reichweite und die Dauer des Ladevorgangs (eine höhere Kapazität entspricht größerer Reichweite und einer längeren Batterieladung). Wichtig ist zunächst die Definition der Begriffe Ladesäule/Ladestation (LS), Ladepunkt (LP), Satellit und Ladestellplatz (LSP), die wie folgt beschrieben werden können 4,5 : Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass bereits umfangreiche Publikationen zu diesem Thema existieren. Die hier dargestellten Informationen haben keinen Anspruch auf Vollständigkeit und so beinhalten andere Veröffentlichungen neben Überschneidungen gegebenenfalls zu verschiedenen Themenkomplexen detailliertere Informationen, genauso wie in diesem Leitfaden manche Themenstellungen umfangreicher behandelt werden. Einen guten Überblick über technische Anforderungen und Spezifikationen hinsichtlich der Ladeinfrastruktur gibt der frei zugängliche Technische Leitfaden Ladeinfrastruktur 2, der von der Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE) in Zusammenarbeit mit der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (DKE) erarbeitet wurde. Hier finden sich auch zahlreiche Verweise auf Normen und Vorschriften, die bei Aufbau oder Installation beachtet werden sollten, auf dem derzeitigen konsolidierten Wissensstand. 2 Technische Leitfaden Ladeinfrastruktur, Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE), Arbeitsgruppe 4 Normung, Standardisierung und Zertifizierung, Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (DKE), Gemeinsame Geschäftsstelle Elektromobilität der Bundesregierung (GGEMO)(Hrsg.), 2013 Weitere sonstige, bei der Einarbeitung in das Thema unterstützende und frei zugängliche Veröffentlichungen zur Infrastruktur (unter anderem die bereits von der NOW publizierten Praxisleitfäden), sind im Kapitel 4 aufgeführt. >> 1.1. EINFÜHRUNG UND BEGRIFFSDEFINITIONEN Elektrofahrzeuge benötigen als Kraftstoff Strom, um ihre für den Vortrieb genutzte Energie in die Traktionsbatterie nachzuladen. Von der Funktion her entspricht der Ladevorgang bei einem E-Fahrzeug daher dem Tankvorgang eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor. Diese beiden Vorgänge unterscheiden sich jedoch deutlich zwischen eingesetzter Technik, Tankzeiten und vielen weiteren Anforderungen. Je nach Antriebskonzept (rein batterieelektrisch, Plug-in-Hybrid in verschiedenen Versionen) und je nach Modelltyp und Preisklasse (die Batterie ist weiterhin einer der größten Kostentreiber für ein Elektrofahrzeug) variiert die Batteriekapazität, d.h. die Menge maximal aufnehm- 3 Praxisleitfaden Elektromobilität, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, HafenCity Hamburg GmbH (Hrsg.), 2013 Die Möglichkeiten der Ladung von E- Fahrzeugen sind vielfältig. Nahezu alle Untersuchungen gehen davon aus, dass ein überwiegender Anteil der Ladevorgänge privat geschieht. Dies kann an einer eigens dafür installierten Wallbox, oder an der hauseigenen Elektroinstallation z.b. über eine speziell dafür ausgelegte Schuko-Dose mit entsprechender Dimensionierung der Zuleitung und vorgelagerter Schutztechnik, passieren. Im (halb-) öffentlichen Raum können sowohl vorhandene Anschlüsse, wie bereits installierte Steckdosen unterschiedlicher Steckertypen und auch im Zuge der Verbreitung der Elektrofahrzeuge speziell dafür installierte Ladesäulen genutzt werden. Zur Klärung der vorangestellten Begrifflichkeiten, die einem Akteur der sich (eventuell auch neu) mit der Thematik der Ladeinfrastruktur beschäftigt, immer wieder begegnen, sollen die auf den folgenden Seiten dargestellten Abbildungen dienen. Da es bei manchen Begrifflichkeiten durchaus verschiedene Definitionen bzw. Sichtweisen auf das Thema gibt, stellen manche Erläuterungen einen Kompromiss nach bestem Gewissen dar, der keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt. Bildliche Darstellung zu den Begrifflichkeiten Ladesäule, Ladepunkt, Ladestellplatz u.a. 4 M. Landau, Fraunhofer IWES Kassel, I. Diefenbach, Westnetz GmbH Qualität und Sicherheit, 2013

5 9 Übersicht Technik Übersicht Technik 10 Die Ladestation ist mindestens gekennzeichnet durch: eine Ortsangabe, die für die Verwendung in Navigationsgeräten brauchbar ist eine Anzahl von Stromparkplätzen eine Anzahl von Ladepunkten Zugangsmöglichkeiten (Autorisierung) und Abrechnungsmöglichkeiten Art der Anschlussmöglichkeiten Zur Verfügung stehende Ladeleistung Unter einem Ladepunkt ist ein elektrischer Anschluss zu verstehen, über welchen ein E-Fahrzeug mit dem Versorgungsnetz verbunden wird. Dies geschieht z.b. um die Fahrzeugbatterie mit Energie zu laden. Zu einem LP kann eine Messeinrichtung gehören, die in der Regel die abgegebene Energiemenge erfasst. Die leitungsgebundene Ausführung kann mit mehreren Steckern ausgestattet sein, wovon zeitgleich oftmals nur ein Typ (auch begrenzt durch die Anzahl der zur LS gehörenden Ladestellplätze) genutzt werden kann. Der Ladestellplatz ist eine Stellfläche, auf der das E-Fahrzeug zum Zweck der Ladung der Traktionsbatterie abgestellt wird. Dem Platz ist mindestens ein Ladepunkt zugeordnet. Um die Begriffe der öffentlichen, halböffentlichen und privaten Ladeinfrastruktur (LI) zu erklären, wird das folgende Schema genutzt. Je nachdem wie sich unter den Gesichtspunkten des Zugangs durch den Nutzer bzw. des Eigentums an der Fläche die Merkmale gliedern, befindet sich die LI im öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum. Diese Betrachtungsweise ist zumindest dahingehend diskussionswürdig, als dass beispielsweise die NPE öffentlichen Raum als diskriminierungsfrei zugänglich bezeichnet 6 (d.h. von jedermann nutzbar) und dies nur auf die Kombination öffentliches Eigentum/offener bzw. begrenzter Zugang zutreffend ist. Wird eine Unterteilung lediglich in öffentlicher oder privater Raum vorgenommen 7, so sind die halböffentlichen Bereiche eher dem privaten Bereich zuzuordnen. Auch ist es mittlerweile gängig, öffentliche und halböffentliche LI unter öffentlich zugänglicher LI zusammenzufassen und integriert zu betrachten. >> 1.2. LADETECHNIK Bei den heutigen Elektrofahrzeugen existieren unterschiedliche Systemansätze zum Aufladen der Energiespeicher. In diesem Kapitel werden die verschiedenen Systeme vorgestellt. Die Abbildung auf den folgenden Seiten zeigt dazu einen Strukturbaum mit möglichen Ladetechnologien zum Laden von vierrädrigen Elektrofahrzeugen (K = kabelgebunden; B = Batterie-/Elektrolytwechsel; I = induktiv). 6 Nationale Plattform Elektromobilität - Zwischenbericht der Arbeitsgruppe 3 - Ladeinfrastruktur und Netzintegration, Nationale Plattform Elektromobilität - Arbeitspapier der Arbeitsgruppe 3 - Ladeinfrastruktur und Netzintegration, Ladeinfrastruktur bedarfsgerecht aufbauen, 2012 Eine Definition öffentlicher, halb-öffentlicher und privater Ladeinfrastruktur 8 Während 8 das kabelgebundene Laden die aktuell weitverbreitetste Technologie ist, sind die beiden anderen Technologien, induktives Laden und Batterie- bzw. Elektrolytwechsel, im öffentlichen Raum bisher nicht verbreitet und befinden sich noch in der Erprobungsphase oder es wird in Laborumgebung die Verwendbarkeit geprüft. Sie sind daher im Folgenden nur 8 Nach J. Reinke, TU Berlin Fachgebiet Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP), 2011 kurz erläutert, stehen aber weiterhin nicht im Fokus dieser Veröffentlichung. >> KABELGEBUNDENES LADEN Das kabelgebundene Laden, stellt aktuell (Stand 2013) hinsichtlich der Verbreitung an Ladeinfrastruktur und seiner Bedeutung mit einigem Abstand die wichtigste Ladetechnologie dar. In Deutschland existieren dabei Stand Ende 2013 knapp öffentlich

6 11 Übersicht Technik Übersicht Technik 12 1 AC-Ladung, Stecker Typ 1, einphasig, bis 70 A Strom (bis 17 kw Leistung) - in Deutschland TAB-konforme Ladung nur bis 20 A (bis 4,6 kw) 2 AC-Ladung, Stecker Typ 2, einphasig, bis 20 A Strom (bis 4,6 kw Leistung) 3 AC-Ladung, Stecker Typ 2, dreiphasig, bis 63 A Strom (bis 44 kw Leistung) 4 DC-Ladung, CHAdeMO bzw. Combo2 (CCS)-Stecker, 20 kw, 50 kw und mehr 5 Induktives Laden, i.d.r niedrige Leistungsklassen (z.b. 3,7 kw) Übersicht unterschiedlicher Ladetechnologieansätze II zugängliche Ladepunkte 9. Im Vorjahr waren es mit über noch rund die Hälfte 10. Diese können anhand der eingangs gewählten Definition in öffentliche und halböffentliche Ladestationen unterschieden werden. Von 9 BDEW-Erhebung Elektromobilität, Nationale Plattform Elektromobilität Fortschrittsbericht der NPE (dritter Bericht), 2012; Abfrage des Bundesverbandes der Energieund Wasserwirtschaft Übersicht unterschiedlicher Ladetechnologieansätze I den genannten im Jahr 2012 befand sich etwa die Hälfte im rein öffentlichen Raum 11. Während die Batterie im Fahrzeug selbst immer mit Gleichstrom geladen wird, kann die am Ladepunkt zur Verfügung gestellte 11 Nationale Plattform Elektromobilität Arbeitspapier der Arbeitsgruppe 3 - Ladeinfrastruktur und Netzintegration, Ladeinfrastruktur bedarfsgerecht aufbauen, 2012 Aufteilung kabelgebundenes Laden nach Wechselstrom- (AC-) und Gleichstromladung (DC-) Elektrizität entweder Gleich- oder Wechselstrom sein. Somit lässt sich das kabelgebundene Laden in Wechselstromladen und Gleichstromladen unterteilen. Beim Wechselstromladen wandelt ein Ladegerät im Auto den Strom in einen batterieverträglichen Gleichstrom um. Beim Gleichstromladen befindet sich das Ladegerät in der Ladesäule und stellt dem Fahrzeug den für das Laden erforderlichen Gleichstrom bereit. Neben der Unterteilung in Wechsel- und Gleichstromladen existiert eine weitere Unterteilung in vier unterschiedliche Lademodi. Sie unterscheiden sich in Phasenzahl, Steckernutzung, Leistung und Sicherheitskonzepten. Sie sind beschrieben in der Norm IEC Dabei sind die Lademodi 1-3 für das AC-Laden und Mode 4 für das DC-Laden vorgesehen. WECHSELSTROMLADEN (AC-CHARGING) An den meisten, heute in Deutschland, d.h. im halböffentlichen oder öffentlichen Raum, aufgestellten Ladesäulen ist die Ladung mit Wechselstrom vorgesehen. Auch im privaten Raum erfolgt heutzutage das Aufladen nahezu ausschließlich per Wechselstrom. Wechselstromladen (auch: AC-Ladung) bietet im Verhältnis zum DC-Schnellladen einen Ladevorgang mit tendenziell weniger Leistung und resultiert dementsprechend in einer längeren Batterieladedauer. Doch auch hier gibt es Ausnahmen, denn mit einer AC- Schnellladung (20-44 kw) verkürzen sich die Ladezeiten gegenüber einer langsamen 3,7 kw AC-Ladung stark. Demnach kann AC- Ladung in verschiedenen Leistungsklassen erfolgen (ein- oder dreiphasig; mit 16 bis 12 IEC Electric vehicle conductive charging system

7 13 Übersicht Technik Übersicht Technik 14 Ladeleistung P = U I für einphasiges Laden P = U I 3 für dreiphasiges Laden Phase [Φ] Spannung [V] Strom [A] Leistung [kw] 3, ,6 Übersicht verschiedener Leistungsklassen beim AC-Laden zu 63 Ampere Stromstärke; mit 230 oder 400 Volt Spannung) und deckt ein Spektrum zwischen 3,7 kw und etwa 44 kw ab. Unterscheidung nach Ladezeit und Leistung Bei der Wechselstromladung wird manchmal auch von (langsamer) AC-Ladung und AC- Schnellladung gesprochen. Eine offizielle Definition hierfür liegt nicht vor, jedoch wird zum Beispiel im ACEA-Papier 13 von einer AC- Schnellladung im Bereich über 3,7 kw bis 43 kw Ladeleistung gesprochen. Gedanklich ist die AC-Schnellladung jedoch wohl eher mit einer Schnellladung ab 22 kw einschließlich verbunden. Unterscheidung nach Lademodi Die genormten Lademodi 1-4 unterscheiden sich in Bezug auf die verwendete Steckdose, 13 ACEA position and recommendations for the standardization of the charging of electrically chargeable vehicles, ACEA Positionspapier, Mai 2012 die maximale Ladeleistung und in den Kommunikationsmöglichkeiten. Mode 1: Die Mode 1 Ladung findet durch die europäischen Automobilhersteller keine Unterstützung mehr und sollte zukünftig nur in Ausnahmefällen genutzt werden. Für die Ladung nach Mode 1 erfolgt der Anschluss ans Energienetz über eine handelsübliche genormte Steckvorrichtung. Der Ladestrom darf maximal 16 A betragen, jedoch nicht mehr als der Nennstrom der verwendeten Steckvorrichtung. Eine 16 A dreiphasige CEE- Steckdose ermöglicht eine Ladeleistung von maximal 11 kw. Die Ladezeit ist hier relativ lang aufgrund der geringen Ladeleistung. Fahrzeugseitig erfolgt der Anschluss über eine Ladekupplung gemäß IEC Heutzutage findet das Laden nach Mode 1 beispielsweise noch bei der Heimladung für Fahrzeuge der ersten Fahrzeuggeneration statt, wenn am Ladeplatz, z.b. in der Garage oder im Carport kein spezieller Ladeanschluss wie z.b. eine Wallbox vorgesehen ist und an der normalen Haushaltssteckdose (Schuko) geladen wird. Im Kabel sind dann im Gegensatz zur Mode 2 Ladung keine Schutzeinrichtungen vorhanden. Die Ladeanschlüsse und deren Zuleitung müssen für die genannten Dauerströme geeignet sein. Dies ist in der Praxis jedoch nicht durchgängig sichergestellt. Es gibt immer noch Hausinstallationen ohne Fehlerstrom- 14 Fa. Mennekes - Infrastruktur-Komponenten für Ladestationen, 2012 Lademodus Mode 1 Mode 2 Mode 3 Kommunikation keine PWM-Modul in Ladekabel PWM-Modul in Ladestation Verriegelung Im Fahrzeug Im Fahrzeug Leistung Schutzeinrichtung und Steckdosen, deren Zuleitung aufgrund zu geringer Querschnitte bei dieser Dauerbelastung gefährlich überhitzen 15. Es ist daher vorab zu prüfen, wie weit ein bereits installierter Anschluss für eine Mode 1 Ladung geeignet ist (nach Norm VDE ). Mode 2: Der europäische Automobilherstellerverband ACEA empfiehlt in seinem 15 Ladesysteme technisch reif für den Aufbau der Elektromobilitäts- Infrastruktur, Pressemitteilung TÜV SÜD und E.ON, 2011 Im Fahrzeug und an Steckdose/LP einphasig Max. 16 A, 3,7 kw Max. 16 A, 3,7 kw Max. 16 A, 3,7 kw dreiphasig Max. 16 A, 11,0 kw Max. 32 A, 22 kw Max. 63 A, 43,6 kw Überblick der unterschiedlichen Lademodi Ladeanschluss nach Mode 2 mit einem fahrzeugseitigen Typ 2-Stecker Positionspapier die Mode 3 Ladung für öffentlich zugängliche Ladestationen und für die Ladung zu Hause die Mode 2 Ladung, falls keine Ladestation mit Mode 3 Lademöglichkeit vorhanden ist. Beim Mode 2 Laden existiert zwischen Ladepunkt und Elektrofahrzeug eine IC-CPD (In-cable Control and Protection Device). Diese kabelintegrierte Schutz- und Steuereinrichtung ist aktuell in der Regel eine Komponente des Ladekabels.

8 15 Übersicht Technik Übersicht Technik 16 kabelintegrierte Schutz- und Steuereinrichtung (Fa. Mennekes) Mode 3: Für die Mode 3 Ladung, den gewünschten Standard, ist für eine Ladestation mit einer genormten Ladeeinrichtung gemäß IEC 61851, das sogenannte Electrical Vehicle Supply Equipment (EVSE) vorgeschrieben. Dazu gehört PWM-Kommunikation, Fehlerund Überstromschutz, Abschaltung beim Netzausfall sowie eine spezifische Ladesteckdose 16. Beim Laden von Elektrofahrzeugen treten aufgrund von relativ gleichartigen Ladezeiten der Nutzer (so erfolgt zum Beispiel ein Großteil der Anschlussvorgänge bei der privaten Ladung nach Feierabend) Schwankungen im Energiebedarf auf. Diese Schwankungen und das variierende Angebot von regenerativer Energie im Netz führen zu der perspektivischen Anforderung, dass in Deutschland das geregelte Laden im Mode 3 der Standard wird. So ist eine Netz effiziente, nach Angebot geregelte, Ladung möglich. Unterschiedliche Steckertypen Wie bereits beschrieben, kann das Laden eines Elektrofahrzeugs abhängig vom Lade-Mode mit unterschiedlichen Steckertypen vorgenommen werden. Für Elektrofahrzeuge wurden spezielle, in der drei Steckertypen, Typ 1, 2 und 3, für das AC- Laden spezifiziert. Der Typ 1-Stecker, nach seinem japanischen Entwickler manchmal noch als Yazaki -Stecker bezeichnet, ist in der nationalen nordamerikanischen italienisch-französische Typ 3-Stecker hat heutzutage keine Anwenderrelevanz. Er wird, was die Ladung eines E-Farzeuges angeht, vermutlich vollständig vom Markt verschwinden. Übersicht verschiedener Steckertypen 16 Presseinformationen Elektrofahrzeuge einfach und sicher laden auch im Mode 2, Fa. Mennekes, 2012 Ladeanschluss nach Mode 3 IEC-Norm beschriebene Steckertypen entwickelt. Genauer in IEC werden Normung fest im SAE J1772/2009-Standard verankert und somit der dortige Standard für ein kabelgebundenes System. Der Typ 1-Stecker besitzt fünf Kontakte, zwei Kontakte für einphasigen Wechselstrom, zwei Kontakte für Signale und ein Erdungskontakt. Neben dieser japanischen/amerikanischen Lösung existieren zwei europäische Varianten. Der in Deutschland entwickelte Typ 2-Stecker (nach seinem maßgeblichen Entwickler auch Mennekes-Stecker ) bildet dabei heute den europäischen Standard, er ist in der IEC beschrieben. Der Aktuell hat sich nach einhelliger Meinung der Typ 2-Stecker als europaweite Lösung durchgesetzt, da dieser unmittelbar in einer entsprechenden EU-Richtlinie empfohlen wird, ebenso wie durch wichtige Automobil- und Energiewirtschaftsgremien 17,18,19, Pressemitteilung Die Lösung für Europa: Typ 2 Ladesteckdose mit oder ohne Shutter, Fa. Mennekes, Facilitating e-mobility: EURELECTRIC views on charging infrastructure, EURELECTRIC, Position and recommendations for the standardization of the charging of electrically chargeable vehicles, ACEA, Richtlinie des Europäischen Parlamentes und Rates über den Auf-

9 17 Übersicht Technik Übersicht Technik 18 Parameter AC Induk. DC Ladeleistung (kw) 3, ,7 11 <20 <50 60 Spannung (V) < Stromstärke (A) < Von SOC min (%) nach SOC max (%) Ladedauer bei 3,8h 1,3h 0,6h 0,3h 3,8h 1,3h 0,6h 0,3h 0,2h 20 kwh Batterie (h; min) 230 min 80 min 40 min 20 min 230 min 80 min 40 min 20 min 12 min Übersicht von Ladedauer in Abhängigkeit der Ladeleistung [VDE12] GLEICHSTROMLADEN (DC-CHARGING) Beim Gleichstromladen des Elektrofahrzeugs ist der eigentliche Unterschied zum Laden mit Wechselstrom, dass gegenüber dem AC-Laden (nicht AC-Schnellladen) deutlich höhere Ströme und dadurch höhere Leistungen übertragen werden können. Dies führt zu geringeren Batterieladezeiten. Je nach Kapazität der Batterie und übertragener Leistung sind nahezu vollständige Batterieladungen im Zeitraum von Minuten möglich. Dazu zeigt die Tabelle beispielhaft, mit welchen unterschiedlichen Ladedauern für eine fahrzeugtypische 20 kwh-traktionsbatterie gerechnet werden kann. Hier mit dem Szenario, dass die Batterie nicht vollständig leergefahren ist, sondern rechtzeitig nachgeladen wird (in diesem Falle bei 30% Restladung). Unter der Annahme, dass diese von diesem niedrigen State-of-Charge (SOC) bau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe, EU Commission, 2013 wieder auf einen hohen Wert (hier: 80% 21 ) bzw. auf ihre volle Kapazität aufgeladen wird, ergeben sich entsprechend der zugrunde gelegten Leistungen die jeweilige Dauer des Vorgangs. Mode 4: Neben den 3 Lademodi für das AC- Laden gibt es für das DC-Laden den definierten Lademodus 4. Im Unterschied zum AC Laden, wo das Ladegerät in der Regel im Fahrzeug verbaut ist, ist dieses beim DC- Laden ein Bestandteil der Ladesäule. Für das Schnellladen gibt es international im Moment zwei für den heimischen Markt relevante Steckervarianten 22. Dieses ist einerseits das Combined Charging System (CCS) und andererseits der ChAdeMO-Standard. 21 Viele Ladegeräte regeln beim DC-Laden bzw. schnellen AC-Laden den SOC-Wert ab einem bestimmten Grenzwert (z.b. 80%) ab, das Nachladen der weiteren Energie dauert ab hier wesentlich länger. 22 Daneben existieren weitere länder- oder herstellerspezifische Varianten, die im Moment für den europäischen Markt keine große Rolle spielen und somit vernachlässigt werden. CHAdeMO System Von den beiden genannten Systemen war das CHAdeMO-Stecker System das erste auf dem Markt. An der Entwicklung beteiligt bzw. erste Unterstützer des Systems waren die japanischen Firmen Tokyo Electric Power Company (TEPCO), Nissan, Mitsubishi, Fuji Heavy Industries (Hersteller Subaru) und Toyota. Vor allem im asiatischen Raum wurde bereits eine Vielzahl an entsprechenden Ladestationen errichtet. Folglich unterstützen auch einige wichtige Automodelle dieser Hersteller (z.b. Nissan Leaf, Mitsubishi i-miev), welche auch in der Startphase der Elektromobilität in Deutschland erfolgreich sind, diesen Standard. In Europa existieren aktuell ca CHAdeMO-DC-Ladestationen 23. Die größte 23 C. Busch, DC-Schnellladetechnologie:Schlüssel für eine optimierte und effiziente Ladeinfrastruktur im öffentlichem Raum (Juni 2013): 600 CHAdeMO- und CCS-Stecker für die DC-Ladung Zahl dieser Bestandsladesäulen entfällt aber auf andere EU-Länder als Deutschland (z.b. Irland und Estland). Gängig beim CHAdeMO- System sind im Moment Ladestationen mit einer Leistung von 50 kw 24, technisch möglich sind bis zu 62,5 kw an übertragener Leistung. Combined Charging System Das Combined Charging System ist ein durch deutsche und amerikanische Automobil-OEMs getragenes System zur Schnellladung. Dieses System befindet sich aktuell in der IEC in der Normung. Das CCS trägt seinen Namen unter anderem deshalb, da es im Inlet (der fahrzeugseitigen Steckdose) die Anschlüsse für die AC-Ladung Ladesäulen; 1000 Ladesäulen: geschätzte Anzahl 24 List of chargers with photos and specs, offizielle CHAdeMO-Seite, abgerufen 03/2013

10 19 Übersicht Technik Übersicht Technik 20 CCS-Inlet (Combo 2) für oben AC- und unten DC-Ladung nach Typ2 mit den Schnellladepins für das DC-Laden kombiniert. Für den amerikanischen Raum ist das Inlet entsprechend zu IEC62196-Typ 1 kompatibel und heißt dann Combo 1. Dabei unterscheiden sich letztendlich nur die Steckerformen, sodass eine große technische Übereinstimmung erzielt werden kann. Mit Hilfe des CCS sind zwei verschiedene Lademöglichkeiten möglich, nämlich die DC- Low-Ladung (z.b. 80 A, bis 38 kw) und die DC-High-Ladung (z.b. 200 A, 170 kw). Die DC-Low (langsamere) Ladung erfolgt auf Basis des Typ 2-Steckers. Die DC-High, also schnellere Gleichstromladung, erfolgt auf Basis des Typ 2-Combo. Darüber hinaus nutzt das Schnellladesystem für die Kommunikation die gleichen Pins und die Signale werden prinzipiell analog übertragen, die IEC legt dabei die Stecker und Verwendung der Pins fest und die IEC gibt die Kommunikation auf Basis der IEC vor. Eine Empfehlung zur Verwendung dieses Systems ab 2017 von mehreren Verbänden (ACEA, EURELECTRIC) 25,26, ebenso wie eine Empfehlung durch die EU-Kommission analog zum AC-Laden für das Combo-2 System 27 zur zukünftigen Verwendung, wurden in der Vergangenheit ausgesprochen. Ein Vorteil des CCS- gegenüber dem CHAdeMO- System ist, dass im Fahrzeug nur noch ein kombiniertes Inlet benötigt wird, sobald der Nutzer sowohl DC-Schnellladung, als auch langsamere AC-Ladung (bzw. auch DC-Low) nutzen möchte. Beim CHAdeMO-System wäre neben dem dazugehörigen DC-Inlet noch ein zweites separates Inlet (z.b. für AC-Ladung mit Typ 2) nötig. Dieses kann künftig mutmaßlich Kosten sparen und die Handhabung vereinfachen 28,29. Ein weiterer Vorteil ist, dass das CCS potenziell für höhere Ladeleistungen (bis 170kW) mit dem aktuellen Stecker geeignet ist, während der CHAdeMo-Stecker bereits in seiner Ladeleistung ausgereizt ist. Die Anzahl der bereits aufgebauten CCS- Ladestationen ist gegenüber den CHAde- Mo-Stationen in Europa weitaus geringer, in Deutschland existieren im Moment eine Handvoll CCS-Stationen in den laufenden Forschungsvorhaben. Ein Grund ist mit 25 ACEA position and recommendations for the standardization of the charging of electrically chargeable vehicles, ACEA, Facilitating e-mobility: EURELECTRIC views on charging infrastructure, EURELECTRIC, Richtlinie des Europäischen Parlamentes und Rates über den Aufbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe, EU Commission, CENELEC Focus Group on European Electro Mobility, CEN/CENELEC, Emerging Electric Vehicle Market & Business Models and Interoperability Standards, CIGRE, 2012 DC-Schnellladung mit Typ 2 DC-Schnellladung mit CCS auf Basis Typ 2

11 21 Übersicht Technik Übersicht Technik 22 CHAdeMO-, CCS- und Multistandard-Säule von ABB ( ABB) Sicherheit, dass dieses System erst nach dem CHAdeMO-System entwickelt wurde. Die seit kurzem auf dem Markt befindlichen E- Automodelle deutscher (und anderer) OEMs wie z.b. VW E-Up, E-Golf oder BMW i3 werden eine entsprechende CCS-Schnittstelle vorsehen. Für die Zukunft ist also mit einer stark steigenden Verbreitung des CCS-Systems gegenüber dem CHAdeMO-System, zumindest in Deutschland, zu rechnen. Jedoch nur vorausgesetzt, eine DC-Schnellladetechnik wird fahrzeugseitig auch standardmäßig angeboten. Denn die bisher verkauften Modelle sind bisher nur als Option bzw. gegen Aufpreis CCS-ladefähig. Vermehrt werden auch kombinierte Lösungen mit CCS- und CHAdeMO-Steckern an einer DC-Schnellladesäule angeboten. Eine solche Lösung ist z.b. für ein Fernverkehrsnetz der Niederlande mit einer flächendeckenden Infrastruktur geplant 30. Vorteil ist, hier einige 30 Landesweites Schnellladenetz für EV entlang der Autobahnen, Komponenten der Ladesäule (z.b. Gehäuse, Gleichrichter) gemeinsam nutzen zu können und Elektroautos mit beiden Standards laden zu können (Kostenersparnis gegenüber separater Installation der 2 verschiedenen Typen). Das Bild zeigt ein Beispiel für eine CHAde- MO-, CCS- und eine Multistandard-Ladesäule (CHAdeMO- und CCS-System vereint). >> INDUKTIVES LADEN Beim induktiven (kabellosen) Laden handelt es sich um ein Konzept, bei dem die Energie berührungslos in das Elektrofahrzeug übertragen wird. Prinzipiell vergleichbar ist dieses mit dem Laden einer elektrischen Zahnbürste, jedoch mit wesentlich höherer Leistung. Diese Technik befindet sich im Bereich der Elektrofahrzeuge momentan noch in der Forschung, während sie in anderen Industriebereichen (z.b. automatisierte, induktiv ladende Flurfahrzeuge) bereits jahrelang erprobt ist. Untersucht wird das Konzept z.b. im Verbund von Siemens und BMW 31 oder von VW im Projekt W-Charge bzw. im Forschungsprojekt InterOp (Interoperables Induktives Laden), bei dem deutsche Mittelständler aktiv sind. Im Bereich der Normung herrscht lediglich im Leistungsbereich bis 3,7 kw Konsens in den Abstimmungsgremien und ein dortiger ca. 200 Ladestationen mit CCS/ CHAdeMO/AC-Unterstützung, Projekt Fastned 31 Abschlussbericht Kontaktloses Laden von batterieelektrischen Fahrzeugen, BMW/Siemens 2011 Standard ist absehbar, für höhere Leistungsklassen ist dieses noch nicht der Fall. Da der Anwendungsfall induktives Laden (vorerst) nur Einzellösungen und keine für den flächendeckenden Praxiseinsatz geeigneten Ansätze hergibt, wird er im Folgenden nicht weiter erläutert. >> BATTERIEWECHSEL- UND ELEKTROLYTWECHSELKONZEPTE Durch einen Batteriewechsel beim Elektrofahrzeug können ähnlich schnelle Tankvorgänge erreicht werden wie beim Betanken eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Zu diesem Konzept existieren verschiedene theoretische Ansätze und das Unternehmen betterplace hat als erstes versucht, dieses Konzept im Sinne eines betriebswirtschaftlich erfolgreichen Modells umzusetzen. Aus verschiedenen Gründen konnte sich dieses Konzept jedoch bisher nicht durchsetzen und genießt nach wie vor ein Nischendasein. Ebenso wie das induktive Laden steht der Batteriewechsel somit nicht im Fokus der folgenden Überlegungen. Ebenso verhält es sich mit einem Elektrolytwechsel. Die Batterie eines Elektrofahrzeuges könnte hierbei durch Tanks mit Elektrolytflüssigkeit (flüssiges Material mit beweglichen Ionen) ersetzt werden. In einer Reaktionseinheit kann chemisch Energie erzeugt werden und diese z.b. zum Antrieb des Fahrzeuges genutzt werden. Prinzipiell ähnelt diese Technologie der Brennstoffzelle. Die Elektrolytflüssigkeit ließe sich ähnlich wie beim Tanken in einem Kreislauf einfach austauschen ( aufgeladene Flüssigkeit würde gegen genutzte getauscht). Hierzu laufen bisher jedoch nur Projekte im Laborbetrieb.

12 23 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 24 >> 2. INTEROPERABILITÄT VON LADEINFRASTRUKTUR >> 2.1. INTEROPERABILITÄT ÜBERSICHT >> EINLEITUNG ZUGANG ZUR INFRASTRUKTUR NOCH NICHT EINHEITLICH Interoperabilität Die Vision Ein Elektroauto-Nutzer kann mit seinem Fahrzeug an einem freien Ladepunkt immer und überall laden. Der Aufbau öffentlicher Infrastruktur für das Laden von Elektrofahrzeugen schreitet stetig voran, deutschlandweit sind bereits über 2000 öffentliche Ladesäulen installiert. Auch künftig ist davon auszugehen, dass bei einer weiteren Verbreitung von E- Fahrzeugen die Zahl an installierten öffentlichen oder halböffentlichen Ladepunkten steigen wird. Daher ist es schon heute, vor allem aber auch in der Zukunft von großer Bedeutung, dass die Infrastruktur untereinander kompatibel ist. In der derzeitigen Situation ist dies jedoch noch nicht der Fall. Das ergibt sich aus dem Umstand, dass viele umgesetzte Förderprojekte in der Elektromobilität die verschiedenen Lösungen noch testen und evaluieren, da sich hinsichtlich der Ladeinfrastruktur zum größten Teil auf Neuland bewegt wird. Es existieren unterschiedliche Infrastrukturbetreiber mit ganz unterschiedlicher Herkunft (vom Energieversorger über eine Kommune bis hin zu rein privatwirtschaftlichen Unternehmen). Auch ein Grund warum die ausgebaute Infrastruktur heterogen ist, sind die unterschiedlichen Infrastrukturanbieter mit unterschiedlichen angebotenen Lösungen. Die Aktivitäten in den entsprechenden Normungsgremien zur Schaffung einheitlicher Standards sind erst in jüngster Zeit aufgenommen worden, teilweise sind Normen verabschiedet, teilweise aber auch noch nicht final beschieden. Somit herrschen in den Ausprägungsmerkmalen der Infrastruktur noch viele Freiheitsgrade. Und schlussendlich konnte ein allgemein gültiges Geschäftsmodell für Ladeinfrastruktur aus Betreibersicht noch nicht gefunden werden, was eine Vereinheitlichung zusätzlich erschwert. Dazu ist zu erwähnen, dass während des Ladevorgangs eine direkte Verbindung zwischen Elektrofahrzeug und Ladeinfrastruktur besteht. Somit sind die beiderseitigen Anforderungen zu berücksichtigen. Da die Entwicklung des Elektroautos selbst im Moment eine sehr dynamische ist und sich ebenfalls noch viele Bereiche in der Standardisierung befinden, genauso wie einzelne Themen noch offen sind, ist dies mit ein Grund, warum noch nicht von einer einheitlichen Infrastruktur gesprochen werden kann. >> WAS BEDEUTET INTEROPERABILITÄT? Wie im Leitsatz eingangs erwähnt, ist die Vision bei einer interoperablen Nutzung von Ladeinfrastruktur, dass ein Elektroauto- Nutzer jederzeit an einer freien Ladesäule laden kann. Doch was bedeutet dieser Begriff der Interoperabilität genau? Zur Erläuterungen des Begriffes sind in der Info-Box dazu zwei Definitionen angeführt. Die erste entspricht der klassischen Ursprungsdefinition und beschreibt Interoperabilität als das Zusammenspiel von technischen Systemen, die die Möglichkeit haben, Informationen auszutauschen und auf Basis derer auch miteinander zu agieren. Die zweite ist etwas umfangreicher und beschreibt, dass dieses Thema einen nicht zu unterschätzenden Aspekt aus Nutzersicht darstellt ebenso wie wir die Interoperabilität der Ladeinfrastruktur als aus Nutzersicht zwingende Voraussetzung auf dem Weg zu einem Markt für Elektrofahrzeuge ansehen. Was bedeutet Interoperabilität? Für die eingangs erwähnte, im Moment noch recht heterogen aufgebaute Ladeinfrastruktur und für zukünftig aufgebaute Infrastruktur besteht hinsichtlich dieser Definitionen die Forderung, dass diese untereinander vernetzt ist und die technischen Voraussetzungen so erfüllt, dass sie einheitlich genutzt werden kann. Dabei richtet sich der Fokus vor allem auf die Themen Zugang zur Infrastruktur, Informationsverwaltung/- austausch und Abrechnung der geladenen Strommenge oder der Ladezeit beziehungsweise allgemein die Nutzung der Ladeinfrastruktur durch einer Nutzer. Die Vernetzung von Ladeinfrastruktur zum Zwecke der interoperablen Nutzbarkeit kann über Roamingplattformen realisiert werden (s. Kap 2.1.6). Alternativ können umfangreiche Vorgaben und Standards (z. B. Datenformate, Schnittstellen, Kommunikationsprotokolle) die Voraussetzungen schaffen, die Definition I: The ability of two or more systems or components to exchange information and to use the information that has been exchanged. IEEE Standard Glossary of Software Engineering Terminology; IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), 1990 Definition II: Als technische Interoperabilität bezeichnet man die Fähigkeit zur direkten Zusammenarbeit von verschiedenen Entitäten und Austauschbarkeit mit verschiedenen Entitäten, was mittels gemeinsamer, in der Regel offener Standards und/oder Normen ermöglicht werden soll. Interoperabilität ist die Basis für konsumentenfreundliche Massenmärkte. Offene Standards bilden dazu eine Voraussetzung. Interoperabilität erfordert wachsende Bereitschaft zur Abstimmung. Prof. Dr. K. Illgner-Fehns, Netze, Dienste, Endgeräte - Interoperabilität und Standardisierung als Basis künftiger Entwicklungen, Bundesnetzagentur/Institut für Rundfunktechnik

13 25 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 26 Ladeinfrastruktur auch ohne übergeordnete Plattform zu vernetzen. >> INTEROPERABILITÄT VERSUS DISKRIMINIERUNGSFREIHEIT In den Diskussionen über eine für jeden nutzbare Ladeinfrastruktur wurde häufig nicht trennscharf zwischen den Begriffen interoperabler Zugang und diskriminierungsfreier Zugang zur Infrastruktur unterschieden, bzw. die Begrifflichkeiten hinsichtlich ihrer Bedeutung vermischt, weshalb ein Arbeitsergebnis der entsprechenden AG der Begleitforschung war, diese Begriffe und deren Bedeutung für sich eindeutig zu definieren. Es ist nämlich grundsätzlich auf unterschiedliche Art und Weise denkbar, es einem Nutzer zu ermöglichen, an jeder Ladesäule laden zu können, ohne vorher einen Aufwand geleistet zu haben (z.b. eine frühzeitige Anmeldung bei der Ladesäule, bevor diese erreicht wird, oder der Abschluss eines Vertrags beim Ladesäulenbetreiber um diese nutzen zu können). Dies kann beispielsweise über autarke Ladeinfrastruktursysteme erreicht werden, die den Zugang über eine Direktbezahlmöglichkeit bieten (z.b. Bezahlung ähnlich eines Parkautomaten), jedoch in der Regel nicht über Informationssysteme mit anderen Ladeinfrastrukturen vernetzt sind. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist das sogenannte Frankfurter Modell, in dem die Ladesäule mit einem Parkautomaten kombiniert ist, an dem man direkt für den getankten Strom (bzw. viel mehr für die Ladedauer) zahlt. Dieses System ermöglicht dem Nutzer einen diskriminierungsfreien Zugang zur Ladeinfrastruktur, ist laut den eingangs aufgeführten Definitionen aber nicht interoperabel. Im Rahmen dieses Leitfadens liegt der Fokus auf der Interoperabilität, da von der These ausgegangen wird, dass eine zukunftsfähige Ladeinfrastruktur vernetzt sein sollte. Szenario Diskriminierungsfreies Laden Ein E-Autofahrer aus Stadt A auf der Durchreise kann sein Auto unkompliziert an Ladesäulen in Stadt B laden, obwohl dieser keine vertragliche Bindung mit dem LIS-Betreiber hat. Bestenfalls kann der Autofahrer dies im EU-Raum sogar grenzüberschreitend (z.b. per EC-Kartenzahlung). Sonderlösungen wie das genannte Projekt, können hierzu gegebenenfalls eine sinnvolle Ergänzung darstellen, bilden jedoch nicht die Basis für eine zu erwartende künftige Ladeinfrastruktur. Diskriminierungsfrei zu nutzende LIS war vor allem zu Beginn beispielsweise bei einigen Projekten in der ersten Phase der Modellregionen im Fokus, während viele neue Projekte auf eine interoperabel vernetzte Ladeinfrastruktur abzielen. Die Abgrenzung zwischen diskriminierungsfreier und interoperabler Ladeinfrastruktur Szenario Interoperables Laden Der E-Autofahrer besitzt ein Authentifizierungsmedium eines Anbieters, hat mit diesem aber auch Zugang zur LIS anderer Anbieter, da diese beispielsweise Bestandteil eines übergeordneten Roaming-Netz- werkes ist. ist grafisch noch einmal auf dem folgenden Bild (S. 29) dargestellt. Ersichtlich ist, dass es zwischen den Merkmalen interoperabel/ nicht interoperabel und diskriminierungsfrei/ nicht diskriminierungsfrei unterschiedliche Abstufungen geben kann. Die Merkmale Interoperabilität und Diskriminierungsfreiheit können grundsätzlich unterschiedlich ausgeprägt sein und sind oftmals in ihrem Grad gegensätzlich. Als Beispiel kann das erwähnte Frankfurter Modell dienen, das als Insellösung absolut diskriminierungsfrei agiert. Es ist jedoch nicht interoperabel. Gleichzeitig weisen in der Regel Projekte mit einer hohen Interoperabilität meist eine verhältnismäßig geringe Diskriminierungsfreiheit auf. Dies wäre zum Beispiel bei LIS-Betreibern der Fall, die zwar an eine Roaming-Plattform angebunden sind, bei denen man sich jedoch vor einer vorherigen Nutzung der Infrastruktur anmelden (oftmals vertraglich) müsste und nach z.b. dem Aushändigen einer RFID-Karte zur Nutzung der LIS berechtigt wäre. >> ZUGANGSFORMEN Als Ladepunkt kann ebenso eine einfache Steckdose dienen, wie auch ein Ladepunkt einer extra für die Ladung von E-Fahrzeugen vorgesehenen Ladesäule oder Wallbox. Während an einem einfachen Ladepunkt im Sinne einer reinen Steckdose (oftmals im privaten Raum anzutreffen) meist keine Authentifizierung zu erfolgen hat, ist dies bei Ladesäulen oder Wallboxen im öffentlichen bzw. halböffentlichen Raum in der Regel der Fall. Im Sinne der hier behandelten Themen einer intelligent vernetzten Infrastruktur ist eine Authentifizierung des Nutzers am genutzten Ladepunkt erforderlich, der ihn zur Ladung berechtigt. Eine klare Zuordnung eines Nutzers zum Ladevorgang ist schon allein aus der Sicht eines Betreibermodells erforderlich, damit künftig eine Abrechnung der einzelnen Nutzer möglich ist. Ein Ladevorgang an Ladesäulen mit Authentifizierungspflicht kann erst nach der erfolgten Identifikation des Nutzers starten. Meist ist die Authentifizierung dabei der allererste Schritt vor dem Stecken des Ladesteckers (z.b. zur Entriegelung der Steckvorrichtung am Ladepunkt). Zur Identifizierung des Nutzers an der Ladesäule gibt es dabei die in der Tabelle (S. 30) dargestellten unterschiedlichen Möglichkeiten. Grundsätzlich erklärungsbedürftig könnten an dieser Stelle die beiden Begriffe RFID und PLC sein.

14 27 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 28 Unterscheidung von Merkmalen interoperabler und nicht interoperabler Infrastruktur und Einteilung unterschiedlicher Zugangsformen hinsichtlich diskriminierungsfreiem Zugang Per RFID-Karte oder anderer NFC (Near Field Communication)-Technik Per Bargeld Per EC-Karte Per Handy/Telefon: über eine SMS, über eine Handy-App, über eine Hotline Per Internetseite Per Powerline-Communication (PLC) Übersicht verschiedener Identifikationsvarianten für den Ladepunkt RFID steht für Radiofrequenz - Identifikation, was vereinfacht Identifizierung per Funk, also mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen, heißt. Es ermöglicht das kontaktlose Speichern und Auslesen von Daten. Alle RFID-Systeme bestehen aus einem Transponder und einem Erfassungs- bzw. Lesegerät. Der Transponder ist ein elektronischer Datenspeicher. Wenn der Transponder in den Empfangsbereich des Lesegerätes kommt, wird eine wechselseitige Kommunikation ausgelöst. Dazu verfügen beide Geräte über Kopplungselemente in Form von Antennen. Der Energie- bzw. Datenaustausch erfolgt durch magnetische oder elektromagnetische Wellen 32. Powerline-Communication ist zunächst einmal der Oberbegriff für die Übertragung von Daten über stromführende Kabel, die also parallel zur Energieversorgung auch zur Datenübertragung genutzt werden. Spricht 32 RFID Radiofrequenz-Identifikation - Was ist das? - Informationsbroschüre, Ministerium für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz, Rheinland-Pfalz, 2010 man von PLC in Zusammenhang mit Ladeinfrastruktur, so ist in der Regel die Kommunikation des Fahrzeugs mit der Ladesäule nach der Norm ISO gemeint. In dieser Norm, von der Teile bereits veröffentlicht sind und weitere künftig veröffentlicht werden, ist ein intelligentes Laden beschrieben, was vor allem perspektivisch dem Gedanken des Smart Grids Rechnung tragen soll. Darunter kann ein Energienetzwerk verstanden werden, welches das Verbrauchs- und Einspeiseverhalten aller Marktteilnehmer die mit ihm verbunden sind, integriert. Es sichert ein ökonomisch effizientes, nachhaltiges Versorgungssystem mit niedrigen Verlusten und hoher Verfügbarkeit 33. Elektromobilität kann hier durch gesteuerte Lade- und Rückspeisevorgänge von Strom in die Traktionsbatterie theoretisch einen Beitrag zur Netzstabilität und Glättung von Lastspitzen im Energienetz leisten, was in der Wissenschaft und in den Forschungsabteilungen der Energiekonzerne ein vieldiskutiertes Thema ist. Zum gesteuerten Laden von Elektrofahrzeugen und der Auswirkung auf das Stromnetz laufen aktuell bereits Forschungsprojekte. Es ist heute noch schwer absehbar, wann Elektrofahrzeuge als Teil eines solch intelligenten und vernetzten Energiesystems fungieren werden. Bestandteil der Norm ist, dass sich das Fahrzeug selber über PLC an der Ladesäule 33 Smart Grids in Deutschland - Handlungsfelder für Verteilnetzbetreiber auf dem Weg zu intelligenten Netzen, BDEW (Hrsg.), ZVEI, 2012

15 29 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 30 identifizieren kann, beispielsweise indem zwischen Auto und Ladesäule elektronische Zertifikate ausgetauscht werden, die jeweils eindeutig zugeordnet werden können. Es entfällt so eine der anderen Authentifizierungsformen, wie beispielsweise RFID. Das Auto ist nach der Behandlung interner Prozessschritte nach dem Stecken an der Ladesäule quasi sofort ladebereit ( plug and charge ). >> ABRECHNUNGSFORMEN Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, wie die Ladepunktnutzung abgerechnet werden kann. Ohne näher auf mögliche Geschäftsmodelle in diesem Zusammenhang einzugehen, bestehen grundsätzlich die in der Tabelle Unterschiedliche Abrechnungsmöglichkeiten genannten Optionen 34,35. Welches Modell letztendlich von einem Betreiber der Infrastruktur gewählt wird, sollte stark von Standort und Auslastung abhängen. Allgemein bestehen hinsichtlich des Stromtankens im öffentlichen Raum verschiedene ordnungsrechtliche Fragestellungen, die in anderen Publikationen aufgegriffen werden 36. Als ein vorübergehend sinnvoller Ansatz könnte sich zum Beispiel 34 Sim emobile-city. Die optimale Ladeinfrastruktur in einer Stadt; M. Günther, SWM-Versorgungs GmbH, Ladeinfrastruktur im öffentlichen Raum - Herausforderungen & Lösungen. H. Molthan; In: Hornig C; Kasserra, S (Hrsg.): 4. e-monday. Juni 2010, München 36 auch im Rahmen des Begleitforschung-Themenfeldes Ordnungsrecht sollen diese Themen zukünftig behandelt werden eine zeitbasierte Ladeinfrastrukturbenutzungsgebühr, eventuell mit progressiver Steigerung oder mit nächtlichem gebührenfreien Zeitfenster, erweisen. Die Kommunikation zwischen Ladestation, Netz und Abrechnungsstelle kann ebenfalls über verschiedene Kanäle laufen. Dazu gehören gängige Mobilfunkstandards (GSM, UMTS) sowie eigene oder bestehende Funkund Datennetzwerke bzw. Internetverbindungen. Eine PLC-Anbindung wäre prinzipiell ebenfalls möglich. Neben den technischen Aspekten gilt es bei personenbezogenen Abrechnungssystemen umfangreiche datenschutzrechtliche Bestimmungen zu beachten, wie sie z. B. im deutschen Eichrecht festgelegt wurden. Hier ist auch vorgeschrieben, dass die bezogene und zu bezahlende elektrische Energie an einer öffentlichen Ladestation durch den Nutzer nachprüfbar sein muss. In den Ladestationen sind somit geeichte Stromzähler notwendig, in Verbindung mit einer beweissicheren Datenübertragung 37. Wie im Einzelfall die Abrechnung gestaltet ist, hängt auch immer stark mit der Frage zusammen wie der Zugang geregelt ist (siehe auch die folgenden Praxisbeispiele in Kapitel 2.2). Ist zum Beispiel die Nutzung einer Ladesäule eines Anbieters mit einem 37 Systemanalyse BWe mobil - IKT- und Energieinfrastruktur für innovative Mobilitätslösungen in Baden-Württemberg, Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg (Hrsg.), e-mobil BW GmbH - Landesagentur für Elektromobilität und Brennstoffzellentechnologie, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO), 2010 Flatrate Pauschale für Nutzung Abrechnung der Energiemenge Abrechnung von Zeit einfachste Form der Nutzung; hohe Auslastung der Infrastruktur; bei höherer Verbreitung von E-Fzg ungeeignet Einheitlicher Betrag (Servicegebühr) für Ladevorgang; unabhängig der Energiemenge; geringere Nutzung als Flatrate Besonders aufwändig wegen Anforderungen aus dem EnWG, Eichrecht, Datenschutz/ IT-Systeme Park&Charge, Laden als Zusatzleistung rechtfertigt höhere Parkgebühren Stromvertrag gekoppelt, den der Nutzer mit dem Betreiber schließt, so wird oftmals eine RFID-Karte zum jeweiligen Vertrag ausgegeben, die der Nutzer zur Identifizierung an der Infrastruktur einsetzen kann. Die Abrechnung erfolgt dann in der Regel direkt über den (Strom-)Vertrag, z.b. quartalsweise. >> INTEROPERABILITÄT UNTER ROAMING- PLATTFORMEN Grundsätzlich lässt sich öffentliche Infrastruktur (bis auf kostenlose Ladung) bei Zugang und Abrechnung in Direktbezahlsysteme oder Ladeinfrastruktur mit einer Anbindung an übergeordnete Systeme, z.b. Roamingplattformen, einteilen. Eine Kombination ist ebenfalls möglich, wenn Infrastruktur an solch eine Plattform angebunden ist, als Alternative für Zugang und Abrechnung aber ebenso die direkte Zahlung ermöglicht. Der Begriff Roaming kommt ursprünglich aus dem Mobilfunk (siehe auch Box Analogie Roaming im Mobilfunk ). Es beschreibt Unterschiedliche Abrechnungsmöglichkeiten für einen Infrastruktur-Nutzer die Möglichkeit in einem Netzwerk aus kooperierenden Partnern zu laden, sobald er bei einem Partner dieses Netzwerkes laden kann. Das Roamingverfahren bietet mit Hilfe eines Authentifikationsmediums (z.b. RFID-Karte) Zugang zu den Ladepunkten verschiedener Ladeinfrastrukturbetreiber. Die Roamingpartner unterzeichnen einen Vertrag, in dem der Roamingfall geregelt ist. Zu diesem gehören neben anderen Aspekten die Regelungen zu Geld-und Datenströmen, zu technischen Anforderungen sowie zum Datenschutz. Eine kostenseitige Betrachtung der unterschiedlichen Systeme (Direktbezahlung, Roamingverfahren) wird nicht vorgenommen, da aus den Arbeitsgruppen heraus keine einheitliche Meinung vorherrscht, welches System zu bevorzugen ist. Im Zuge der im Moment noch (auch in Abhängigkeit unterschiedlicher Geschäftsmodelle) in der Entwicklung befindlichen Systeme hinsichtlich Zugang und Abrechnung, soll das Thema

16 31 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 32 Analogie Roaming im Mobilfunk Bei Roaming handelt es sich um die Möglichkeit in einem Mobilfunknetz in einem anderen Land als dem Heimatland zu telefonieren und erreichbar zu sein. Roaming setzt auf der technischen Seite ein Mobilfunknetz mit der gleichen Technik und ein Roamingabkommen zwischen dem eigenen und dem fremden Netzbetreiber voraus. Da GSM und UMTS europaweit als Mobilfunktechnik eingesetzt werden, ist in diesen Ländern ein grenzüberschreitendes Roaming und somit eine grenzüberschreitende Kommunikation möglich. Kosten aus Kunden- und Betreibersicht erst in zukünftigen Veröffentlichungen berücksichtigt werden. Für vernetzte Systeme spricht aber dennoch grundsätzlich die Möglichkeit des Demand-Side-Managements, d.h. die Steuerung der Nachfrage der Stromabgabe. Dies ist perspektivisch wichtig für das Smart-Charging bzw. Smart Grid. Darüber hinaus sind mit der vernetzten Ladeinfrastruktur weitere Mehrwertdienste wie Vorab-Reservierung der Infrastruktur, die Hinterlegung von Ladepräferenzen und die Verknüpfung mit intermodalen Angeboten (beispielsweise eine Routenplanung und Reservierung der entsprechenden Ladepunkte mit anschließender Nutzung des ÖPNV) realisierbar, welche in der Zukunft an Bedeutung gewinnen können. einzugehen und so ebenso eine Interoperabilität zu erlangen. Dies ist heute gängig, so sind beispielsweise viele Infrastrukturbetreiber an eine Roaming-Plattform angebunden, haben dazu jedoch auch bilaterale Vereinbarungen mit anderen Anbietern, auch grenzüberschreitend. Vorteile einer Anbindung an eine Roaming-Plattform sind, dass dann nicht mehr mit jedem einzelnen anderen Infrastrukturbetreiber über die Vertragsbeziehung verhandelt werden muss, da eine zentrale Instanz den Rahmen vorgibt. Und zum anderen, dass ein definiertes Protokoll zur Datenübertragung genutzt wird, auf das sich alle Partner bereits verständigt haben, bzw. welches mit dem Beitritt zum Netzwerk akzeptiert wird. Diese Clearing-Stelle ist nötig, da bei einem Roaming mit mehreren Service-Providern diese in der Regel eine eigene Datenbank bzw. eigene Softwaremodule für Betrieb, Tarifierung und Abrechnung betreiben. Es existieren theoretisch also mehrere Datenbanken und mehrere Softwarelösungen parallel. Das Zusammenspiel ist dann nur über eine übergeordnete Instanz wie die Clearing-Stelle möglich. Diese hat Vertragsbeziehungen zu den unterschiedlichen Roamingpartnern. Sie regelt u. a. beim Zugang die Authentifizierung an den Ladepunkten sowie Finanzund Datenströme zwischen den Roamingpartnern. Dies ist auch unter datenschutzrechtlichen Punkten wichtig, da somit keine gemeinsame große Datenbank (beispielsweise mit kompletten Kundenstammdaten) zwischen allen Vertragspartnern vorliegen muss. Es werden lediglich die relevanten Daten über die Clearing-Stelle zwischen den unterschiedlichen Partnern ausgetauscht. Ebenso kann die Tarifierung pro Anbieter individuell erfolgen, ohne dass die Partner untereinander Kenntnis von ihrer Preisstruktur haben müssen, eine aus Anbietersicht sehr sensible Information. Durchdringung an bereits angebundener Infrastruktur, Merkmale des Betriebs, Schnittstellen und Geschäftsmodelle der Roamingplattformen können unterschiedlich sein, deutschlandweit bzw. europaweit gibt es noch keine zentrale Stelle, die sich hierfür durchgesetzt hat. Allerdings gibt es bereits große Roamingverbünde und -initiativen. Als ein wichtiger Schritt zu einem interoperablen System kann eine zentrale Nummernvergabe Eine Anbindung der Ladeinfrastruktur an eine nachfolgend erklärte Roaming-Plattform oder auch Clearing-Stelle ist eine Möglichkeit der anbieterübergreifenden Infrastrukturvernetzung. Es ist ebenso möglich, als Betreiber eine bilaterale Abstimmung zu Vertragsbeziehungen mit weiteren Partnern Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, sind um Roaming zwischen mehrere Anbietern ( Service Providern ) zu ermöglichen, diese an eine übergeordnete Instanz (hier: Clearing-Stelle, der zentrale Bestandteil der Roamingplattform) angebunden. unterschiedliche Provider sind an eine übergeordnete Plattform angebunden (nach Smartlab)

17 33 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 34 angesehen werden. Denn der sogenannte ID-Code, also die unveränderliche Seriennummer z.b. einer RFID-Karte ist bedingt durch die unterschiedlichen Systemanbieter/- betreiber nicht zwangsläufig einmalig und gegebenenfalls auch unter den unterschiedlichen Systemen nicht kompatibel. Dieses Problem soll nun durch eine übergeordnete Vergabestelle beseitigt werden. Die ID-Codes sind auf verschiedene Weise einsetzbar, z.b. für die Authentifizierung über RFID-Karten, Telefon- und Web-Anwendungen. Sie sind für die im Hintergrund laufenden IT-Prozesse notwendig und müssen standardisiert sein, damit anbieterübergreifend gearbeitet werden kann. Das ID-Nummernsystem wurde innerhalb des Programms IKT für Elektromobilität I entwickelt und die Codes wurden bisher kommissarisch im Rahmen des Forschungsprojekts SmartWheels vergeben. Ab Anfang des Jahres 2014 ist geplant, dass der BDEW vorerst als zentrale Instanz die Vergabe dieser ID-Codes übernimmt. 38 Die Anbindung der eigenen Infrastruktur an ein oben beschriebenes Roaming-Netzwerk obliegt dem Infrastrukturbetreiber. Eine Kommune sollte diesen Punkt jedoch bei einer etwaigen Vergabe frühzeitig bedenken und prüfen, ob es möglich ist, mit vorgegebenen Regularien (z.b. in einem Vergabeverfahren) für den Nutzer solch eine 38 Einheitliche Identifikationsnummern für Elektromobilität - Pressemitteilung BDEW, Juni 2013 Interoperabilität zu gewährleisten. Neben der Auslagerung der Clearing-Stelle an einen der wenigen auf dem Markt aktiven Dienstleister bzw. Initiativen gibt es auch erste Bestrebungen von Kommunen, eine Art eigene Clearing-Stelle für einen einheitlichen Zugang einzurichten, dies beinhaltet unter anderem, das feste Vereinbarungen zwischen den unterschiedlichen Infrastrukturanbietern zum Datenaustausch getroffen werden müssen. >> 2.2. UNTERSUCHUNG DER PROJEKTE DER MODELLREGIONEN Aus den Projekten der Modellregionen und auch darüber hinaus wurden Daten aggregiert um einen aktuellen Überblick im Hinblick auf die Themen Interoperabilität, Zugang und teilweise auch Abrechnung zu erhalten. Die Projekte haben ganz unterschiedliche Hintergründe, bei einigen steht der flächendeckende Aufbau von Infrastruktur im Fokus, bei anderen waren dies spezielle Themen wie beispielsweise Infrastrukturaufbau für einen Carsharing-Pool. Gleichwohl ist die Gesamtdatenmenge sehr aussagekräftig. Die Ergebnisse sind im folgenden Abschnitt dargestellt. In der Gesamtheit konnten die erfassten Daten aus 11 Projekten zur Klärung der Frage beitragen, wie Zugang und auch teilweise die Abrechnung im Moment ausgestaltet sind und welche Anforderungen sich hieraus ableiten. Die Tabellen zeigen die jeweiligen Projekte und schematisch den Zugang, ob die Infrastruktur an ein Backend angebunden ist und eine Beurteilung der Interoperabilität. Näher dargestellt sind einige ausgewählte Projekte Projekt Untersuchte Projekte Im Rahmen der Aktivitäten der Begleitforschung wurden verschiedene Projekte untersucht, die in der Übersicht dargestellt sind und an jedem Standort einen signifikanten Infrastrukturaufbau zur Folge hatten. In der Gesamtheit konnten die erfassten Daten aus 11 Projekten zur Klärung der Frage beitragen, wie Zugang und auch teilweise die Abrechnung im Moment ausgestaltet sind und welche Anforderungen sich hieraus ableiten. und Lösungen zu den unterschiedlichen Themen dann im Anschluss. Wie ersichtlich ist der überwiegend genutzte Zugang zur Ladeinfrastruktur die RFID- Zugang Ladesäulen Dortmund PLC; Handy/SMS; Smartphone/App ja Hamburg RFID ja Berlin RFID ja The New Motion RFID ja Saarland RFID, Zugang per EC-Karte ja Düsseldorf RFID ja Kassel (RFID) RFID ja online Sachsen Smartphone/App, Webportal, Handy/SMS, RFID nein Frankfurt (Parkplatz) Zugang über Parkschein nein Region Stuttgart (Bodensee) RFID, EC-/Kreditkarte ja Region Stuttgart (Stauferland) RFID ja Übersicht zu Zugangsformen bei den untersuchten Projekten

18 35 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 36 Projekt Grad Interoper-abilität Begründung Dortmund Hamburg Berlin The New Motion Saarland Düsseldorf mittel mittel mittel mittel niedrig niedrig Karte. Daneben existieren vereinzelt auch andere Lösungen. Ob dies zukünftig ebenso Integration anderer Anbieter erfolgt im Moment nicht. Anbindung an große Roaming-Plattform geplant. Direktbezahlmöglichkeit mit Handy Vertrag erforderlich, jedoch wird Kunden anderer größerer Roaming-Plattformen der Zugang zur IS ermöglicht Vertrag erforderlich, jedoch wird Kunden anderer größerer Roaming-Plattformen der Zugang zur IS ermöglicht Anbindung an große Roaming-Plattform und Roamingabkommen mit vielen Anbietern in Deutschland, Niederlanden und Belgien. Darüber hinaus bilaterale Abkommen mit Anbietern in anderen EU-Ländern Ist von der Idee her als Carsharing-Projekt gedacht, mit privilegierten Standorten für E-Carsharing Fahrzeuge, kann aber auch an ausgewählten Standorten von Privaten (kostenloses Laden und Tanken) genutzt werden Vertrag mit Betreiber notwendig, (noch) keine Direktbezahlmöglichkeit vorhanden, (noch) keine Anbindung an Roaming-Plattformen Kassel (RFID) mittel Anbindung an große Roaming-Plattform Sachsen Frankfurt (Parkplatz) Region Stuttgart (Bodensee) Region Stuttgart (Stauferland) niedrig - niedrig mittel Direkter Zugang und Abrechnung, kein Vertrag erforderlich, Anbindung an andere Roaming-Plattform möglich Jeder Nutzer kann Ladezeit an Parkscheinautomaten erwerben; Autarke Insellösung, keine Interoperabilität gegeben Nutzung möglich für Nutzer des Carsharing durch Flinkster, Direktbezahlmöglichkeit gegeben. Roaming möglich (deutsche Roamingplattform, deutsch-französisches Plattformsystem CROME) Übersicht zur Interoperabilität bei den untersuchten Projekten der Fall bleibt, oder sich andere Lösungen durchsetzen, ist nicht absehbar. Dies ist in großen Teilen auch eine Kostenfrage aus Betreibersicht bzw. eine der Nutzbarkeit/ des Komforts aus Kundensicht. Die meisten Ladesäulen sind online, was bedeutet, dass diese eine wie auch immer geartete Kommunikation zu einem Backend besitzen. Damit ist in den meisten Fällen auch eine Vernetzung mit weiterer Ladeinfrastruktur, eine Grundvoraussetzung für Interoperabilität, möglich. Der wichtige Parameter Interoperabilität ist bei den Projekten unterschiedlich stark ausgeprägt. Die vorgenommene Eingruppierung bewegt sich dabei zwischen einer nicht vorhandenen Interoperabilität für das Projekt Frankfurt bis zu einer mittleren Interoperabilität, welche eine Vielzahl von Projekten aufweist. Eine hohe oder auch ideale Interoperabilität wäre dann gegeben, wenn bereits einheitlich akzeptierte Voraussetzungen (z.b. eine oder mehrere untereinander vernetzte Roaming-Plattformen) erfüllt wären, die alle hier genannten Projekte bzw. auch die sonstige aufgebaute Infrastruktur mit Kommunikationsmöglichkeit miteinander verbinden. Diese könnte dann von einem Nutzer mit einem Zugangsmedium (z.b. RFID-Karte) übergreifend genutzt werden. Dies ist aktuell wie auch in der Einführung erwähnt noch nicht der Fall, sondern einige LIS-Betreiber setzen noch auf eigenständige Lösungen, sodass Zugangsmedien anderer Betreiber nicht genutzt werden können. Diese Fragmentierung ist eine logische Konsequenz aus dem technologieoffenen Forschungsansatz, nachdem sich die besten Innovationen durchsetzen sollen und dem starken Erprobungscharakter der Modellregionen für bereits vorhandene Lösungen. Jedoch werden im bereits laufenden Prozess der zunehmenden Vernetzung zwischen unterschiedlichen Anbietern und Plattformen mehr und mehr Abkommen zur gemeinsamen Nutzung der LIS geschlossen. So ist es letztendlich nicht unwahrscheinlich, dass das Ziel einer interoperablen Infrastruktur (auch unter Berücksichtigung der später genannten Mindestanforderungen) zukünftig erreicht werden kann. Folgend die Betrachtung einiger, grundsätzlich unterschiedlicher, Best-Practice Beispiele zur Orientierung, welche Möglichkeiten hinsichtlich Zugang und Abrechnung für Ladeinfrastruktur möglich sind und was dieses für den Grad der Interoperabilität bedeutet. Praxisbeispiel 1: Projekt Frankfurt Das Frankfurter Modell, welches im Projekt Frankfurt von der ABGnova GmbH (einem Tochterunternehmen des lokalen Energieversorgers Mainova AG) umgesetzt wurde, stellt wie erwähnt eine autarke Lösung bei der Installation von Ladeinfrastruktur dar. Mit einem sehr simplen Prinzip wird ein hoher Grad an Diskriminierungsfreiheit erreicht. Eine Interoperabilität ist nicht gegeben. Das System beinhaltet die Kombination aus Parkscheinautomat und Ladesäule. Die Identifizierung eines Nutzers an der

19 37 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 38 Praxisbeispiel 2: Projekt Dortmund Im Projekt Dortmund geschieht die Ladung an Infrastruktur, die den Zugang per Powerline Communication anbietet. PLC ist ein Prinzip, das einfaches Plug & Charge, d.h. Einstecken und Laden mit automatischer Identifizierung und Start des Ladevorgangs ermöglicht. Ein prinzipieller Ablauf dazu ist in der folgenden Tabelle dargestellt. Fahrzeug und Ladesäule werden über Ladekabel verbunden Datenverbindung zwischen Steuerrechner (SR) in Ladesäule und Fahrzeug über Powerline Communication Fahrzeug identifiziert sich bei SR Vertragsdaten werden zur Authentifizierung von SR via GPRS an Ladesäulenbetreiber weitergeleitet SR wird mit Zähler verbunden Stand Ende 2013 sind in Hamburg über 100 Ladesäulen im öffentlichen Raum aufgebaut. SR startet, überwacht und beendet Ladevorgang Nach Ladevorgang: Verbrauchsdatenübertragung (GPRS) an Datencenter; Autostrom-Abrechnung Schematischer Ablauf Zugang/Abrechnung Projekt Hamburg Schematischer Ablauf Zugang/Abrechnung Projekt Frankfurt Ladesäule erfolgt über den Barcode eines ausgedruckten Parkscheins. Die Ladeinfrastruktur ist sowohl im öffentlichen Raum als auch in Parkhäusern installiert. Die Abrechnung erfolgt nicht über die getankte Strommenge, sondern die Parkzeit in Verbindung mit der Lademöglichkeit wird als gemeinsame Dienstleistung verkauft und abgerechnet. Vorteile dieses Systems sind keine benötigte Voranmeldung und Vertragsbindung durch den Nutzer sowie der Verzicht auf Grundgebühren oder sonstigen Entgelte. Eine Kostenbetrachtung aus Betreibersicht entfällt wie an anderen Stellen dieses Leitfadens, jedoch ist eine Grundvoraussetzung das Vorhandensein der Parkautomaten, die entsprechend umgerüstet werden müssen. Ein solch kombiniertes System an neuen Standorten zu installieren erscheint auch aufgrund der Kosten nicht sinnvoll. Schematischer Ablauf Zugang/Abrechnung Projekt Dortmund direkt mit Fahrzeug- oder Vertragsinhaber Ablauf des Ladevorgangs mit Zugang per PLC Der Zugang für PLC ist momentan nur für Vertragskunden des Energieversorgers möglich, der auch Betreiber der Ladeinfrastruktur ist. Innerhalb der Ladeinfrastruktur des Betreibers ist der Nutzer mit seinem speziellen Ladekabel interoperabel, darüber hinaus aber nicht. Denn eine Anbindung an andere Roaming-Plattformen ist mit dem hier eingesetzten Backend noch nicht realisiert. Der Betreiber ist jedoch Partner einer großen Roaming-Plattform, sodass in Kürze auch dieses System zur Verfügung stehen wird. Daneben gibt es die Möglichkeit, als Nicht- Vertragskunde einen Zugang zur Ladeinfrastruktur per Handy, also mit einem Anruf oder einer SMS zu erlangen. Die Abwicklung hierfür übernimmt ein mit dem LIS-Betreiber kooperierender Mobilfunkprovider, der auch gleichzeitig die Abrechnung gegenüber dem Kunden übernimmt (z.b. über PaySMS bzw. über die Handy-Rechnung oder das Prepaid- Guthaben des Nutzers). Praxisbeispiel 3: Projekt Hamburg Hamburg ist in Sachen Elektromobilität einer der bundesweiten Vorreiter, was ebenso für den Bereich Infrastruktur gilt. Gleichzeitig erfolgt in diesem Praxisbeispiel der Zugang zur Ladeinfrastruktur über RFID- Technologie, was wie unter Kap gezeigt eine Vielzahl der im Moment aufgebauten Infrastruktur repräsentiert. Betrieben werden die Säulen wesentlich durch die beiden Projektpartner Hamburg Energie und Vattenfall Europe Innovation GmbH. Die Nutzung der Säulen ist nicht nur den am Projekt beteiligten Fahrzeugnutzern vorbehalten, sondern diese können von jedermann (also auch von Privat oder Gewerbekunden jedes anderen Energieversorgungsunternehmens (EVU)) genutzt werden. Die Interoperabilität ist dadurch gewährleistet, dass jeder Fahrzeugnutzer jede Säule im Stadtgebiet nutzen kann und dort den Strom seines eigenen Stromanbieters beziehen kann, sofern es sich um nachgewiesenen Grünstrom handelt. EVU können ungehindert die Hamburger Ladesäulen nutzen, um ihre eigenen Kunden mit Autostrom zu versorgen. Lediglich die Grünstromvorgabe muss erfüllt sein. Die Säulenbetreiber erheben hierfür kein Bereitstellungsentgelt. Voraussetzung hierfür ist, dass der Stromanbieter des Kunden mit den o.g. Betreibern

20 39 Interoperabilität von Ladeinfrastruktur Interoperabilität von Ladeinfrastruktur 40 eine Nutzungsvereinbarung unterzeichnet, in der die Details geregelt sind. So ist es möglich, dass die jeweiligen Stromvertriebe in vollem Umfang ihren legitimen Absatz und Umsatzinteressen realisieren können, ohne in Hamburg selbst Säulen installieren zu müssen. Die Grünstromdefinition folgt Kriterien, auf die sich die Beteiligten jeweils vertraglich verpflichten. Sie sind Bestandteil der Nutzungsvereinbarung, ohne deren Unterzeichnung keine RFID Karte ausgehändigt wird, also kein Zugang zu den Säulen ermöglicht wird. Die Nutzer identifizieren sich an der öffentlichen Ladesäule über die Chipkarte, die der Fahrzeughalter von seinem jeweiligen Stromanbieter erhält. Die Abrechnung erfolgt bargeldlos über die reguläre Stromrechnung. Die in der Tabelle (S. 40) beschriebene Anbindung an die Roaming-Plattform meint hier zum einen die zwischen Energieversorgern und Betreibern getroffenen Vereinbarungen. Zum andern bestehen grundsätzliche Kooperationsvereinbarungen bspw. von Vattenfall mit einer Roaming-Plattform. Praxisbeispiel 4: Projekt Sachsen Das im Rahmen der Modellregion Sachsen entwickelte StromTicket verfolgt einen anderen Ansatz. Per Handy/Smartphone über Mobilfunk können die Schritte der Authentifizierung und damit des Zugangs und auch die Abrechnung abgewickelt werden. Aus Kundensicht kann der Vorgang wie in der Schematischer Ablauf Zugang/Abrechnung Projekt Sachsen Tabelle dargestellt beschrieben werden. Die Bezahlung erfolgt bargeldlos und sicher über Mobile-Payment-Services (Handyrechnung oder Prepaid) bzw. eine Micro-Payment- Anwendung die über die Systemdienstleister bzw. Abrechnungsdienstleister angeboten werden. Beim Kunden fallen keine monatlichen Gebühren an. Es gibt keine Mindestvertragslaufzeiten. Aus Betreibersicht wird der Vorgang wie im Text beschrieben ablaufen. Der Ladestationsbetreiber schließt mit dem Kundenvertragspartner (DRECOUNT oder SW Leipzig) einen Vertrag im Rahmen des 1. Der Kunde kommt an die Ladestation. 2. Der Kunde registriert sich einmalig beim Portalbetreiber, hinterlegt seine Stammdaten und akzeptiert die AGB. Das System ist nach erfolgreicher Anmeldung des Kunden sofort nutzbar. 3. Der Kunde ruft in seinem mobilen Endgerät (Handy, Smartphone) die gewünschte Zugangsanwendung auf. 4. Der Kunde wählt an der Ladestation den gewünschten Ladepunkt aus. 5. Im Display der Ladestation wählt der Kunde das gewünschte Produkt aus (unterschiedliche Tarife und Ladeleistungen, einstellbar durch den LSB). 6. Entsprechend der Auswahlbestätigung erhält der Kunde eine Anforderungsnummer im Display der Ladesäule angezeigt. Der Kunde gibt diese Nummer in die in seinem Handy aufgerufene App/mobile Webseite oder SMS ein und versendet diese. 7. Der Kunde erhält eine TAN (Zusendung durch Portalbetreiber), die ihn zur Nutzung der Ladesäule im gewählten Zeitfenster berechtigt (Öffnung der Ladeklappe). 8. Zum Beenden des Ladevorganges wird die entsprechende TAN widerholt eingegeben StromTicketing zur Nutzung und Abrechnung der Kunden über das Portal. Die Ladestationen benötigen keinen Kommunikationsanschluss, die Kommunikation läuft über das mobile Endgerät des Kunden. Die Anwendung ermöglicht ein betreiberübergreifendes und interoperables Stromtanken. Das Clearing und/oder Factoring erfolgt durch einen Abrechnungsdienstleister. Der LSB erhält monatlich eine Umsatzausschüttung und monatliche Verkaufsdatensätze. Über die Portale des ÖPNV erhält der LSB einen Zugang zu den großen Nutzerkreisen des HandyTicket Deutschland und easy GO. Die Information des Kunden erfolgt über eine Informationswebseite, die grundlegende Funktionen erklärt. Eine Besonderheit ist, dass das Backend beim Systemdienstleister ist, das heisst, eine systemseitige Anbindung wird aus Gründen der Kostenoptimierung skalierbar gehalten. Bei einer verstärkten Nutzung der Ladeinfrastruktur lässt sich dann auch ein Backend für Remote-Control- Funktionalitäten wirtschaftlich nachrüsten. >> 2.3. EMPFEHLUNGEN FÜR MINDESTANFORDERUNGEN AN LADEINFRASTRUKTUR Der folgende Abschnitt soll Mindestanforderungen an eine Ladeinfrastruktur unter dem Gesichtspunkt des interoperablen Zugangs definieren. Dabei ist zunächst einmal wichtig, für welche Ladeinfrastruktur diese Anforderungen überhaupt gelten soll. Dafür wurden aus den Diskussionen in den Fachkreisen die folgenden Punkte aufgegriffen: Ladung im öffentlichen Raum: Betrachtet wird die Ladeinfrastruktur, die im (halb-) öffentlichen Bereich (folgend nur noch als öffentlich bezeichnet) aufgebaut, bzw.