Schnellladestationen
So wird die Stromabrechnung fair
Ladestationen müssen schnell, zuverlässig und erschwinglich sowie in ausreichender Anzahl vorhanden sein. Auch hat eine exakte und gerechte Stromabrechnung sowohl für Betreiber als auch für Endnutzer eine große Bedeutung. Hierzu kommen die einfach integrierbaren DC-Stromzähler von LEM zum Einsatz.
Mit einem Anteil von über 20 % an den weltweiten CO2-Emissionen im Jahr 2020 und 17 % an den gesamten Treibhausgasemissionen (laut Statista) ist die Dekarbonisierung im Transportwesen von entscheidender Bedeutung. Die große Herausforderung in diesem Bereich – insbesondere für Zulieferer – besteht darin, die zunehmende Nutzung von Elektrofahrzeugen zu fördern und gleichzeitig den Endverbrauchern beim Laden eine Tankstellen-ähnliche Erfahrung zu bieten. Die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen wird nur dann in Einklang mit der Politik zu bringen sein, wenn der Umstieg so reibungslos wie möglich erfolgt.
Deloitte geht davon aus, dass bis 2030 weltweit mehr als 30 Mio. Elektrofahrzeuge pro Jahr verkauft werden, wobei China 49 %, Europa 27 % und die USA 14 % des globalen Marktes ausmachen werden. Während die Fortschritte in der Batterietechnik die Entwicklung in diesem Sektor vorantreiben, könnte jedoch ein wichtiger Faktor diesen Aufbruch bremsen: die Verfügbarkeit einer soliden Ladeinfrastruktur. Ladestationen müssen nicht nur leicht zugänglich, sondern auch in der Lage sein, Fahrzeuge in kürzester Zeit aufzuladen.
Durch eine hohe Verbreitung an Ladepunkten muss es machbar sein, mit dem E-Auto die maximal möglichen Entfernungen zwischen den Ladevorgängen zurückzulegen. Darüber hinaus ergibt sich die Frage, wie Ladeinfrastruktur-Entwickler eine exakte und faire Stromabrechnung sicherstellen können. Kurz gesagt: Ladestationen müssen auch noch intelligent sein.
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AC- und DC-Laden
LEM arbeitet daran, all das möglich zu machen. Seit 2020 liefert das Unternehmen bereits Komponenten für Elektrofahrzeug- Ladestationen (EVCS) in ganz Europa. Nun unterstützt LEM auch die Hauptakteure im EV-Transportwesen in den USA durch die Lieferung speziell zertifizierter Stromzähler, die den Ausbau der nordamerikanischen Ladeinfrastruktur ermöglichen und die Nachfrage decken.
Es gibt zwei Hauptmethoden für die Stromversorgung von Elektrofahrzeugen: AC- und DC-Laden. Als Mode 3 (Stufe 2) bekannte AC-Ladegeräte sind aktuell am weitesten verbreitet. Damit lässt sich ein Fahrzeug direkt über eine Standardsteckdose zu Hause oder eine öffentliche Ladestation aufladen. Zu den Vorteilen der AC-Ladetechnik zählen die Erschwinglichkeit (aufgrund einer weniger komplexen elektrischen Architektur), der geringe Platzbedarf und die Transportfähigkeit.
Zu den Nachteilen gehören jedoch ihre beschränkte Leistung, da AC-Ladegeräte nur zwischen 3,7 und 44 kW liefern können, und die dadurch begrenzte Ladeleistung, die durch die Umwandlung im On-Board-Ladegerät (OBC) des Fahrzeugs bestimmt wird. Da die Batterien von Elektroautos mit Gleichstrom geladen werden müssen, muss jedes Fahrzeug mit einem AC/DC-Wechselrichter ausgestattet werden, um die erforderliche Umwandlung durchzuführen, was zu Ladezeiten von zwei bis zwölf Stunden führen kann.
Dies ist bei DC-Ladegeräten – auch Mode 4 (Stufe 3) genannt – nicht der Fall. DC-Ladegeräte bieten den Vorteil, dass sie den Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom umwandeln, bevor er an das Fahrzeug geliefert wird. DC-Schnelllader arbeiten mit Leistungen von 25 bis über 350 kW, was den Ladevorgang für ein Elektrofahrzeug auf bis zu 15 Minuten verkürzt. Durch diese Methode lässt sich die Ladeleistung auf bis zu 400 kW erhöhen. Doch natürlich entstehen auch in diesem Fall bei der Umwandlung Leistungsverluste. Für diese muss jedoch der Endnutzer nicht aufkommen (Bild 1).
Genaue und faire Stromabrechnung
Wie lässt sich also sicherstellen, dass die Abrechnung von DC-Ladestationen präzise durchgeführt wird? Die Lösung ist ein Stromzähler, der nach der Wandlungsphase angebracht wird. Dieser überwacht die exakte Energiemenge, die an das Elektrofahrzeug übertragen wird, und sorgt damit für eine korrekte DC-Abrechnung.
Bei den von LEM entwickelten Systemen handelt es sich um den intelligenten und kompakten DCBM (Direct Current Billing Meter). Die Plug-and-Play-Lösung garantiert Datensicherheit und Flexibilität in Zeiten der Digitalisierung.
Das neueste Modell DCBM 400/600 wurde entwickelt, um den Betreibern und Nachrüstern von EV-Ladestationen zu helfen, die Vorteile des schnellen DC-Ladens zu nutzen. Es verfügt über einen Leistungsmessbereich von 25 bis 600 kW. Ein LCD zeigt Echtzeit-Messwerte, Energie, Alarmmeldungen und rechtsverbindliche Daten an. Da der Zähler alle Messstandards erfüllt und standardgemäße Datenprotokolle verwendet, gewährleistet er eine sichere Kommunikation, eine authentische Abrechnung, eine einfache Anbindung an Cloud-Dienste und einen schnelleren Zertifizierungsprozess gemäß den messtechnischen Vorschriften.
Aufgrund der UL-Zertifizierung ist der Einsatz des neuen DCBM in Kanada und in den USA gestattet (die Zertifizierung entspricht der FTRZ-Kategorie für Elektrofahrzeuganwendungen). Wie alle Sensoren, die LEM auf dem US-amerikanischen Markt vertreibt, musste der DCBM strenge Tests mit Schwerpunkt auf elektrische Sicherheit durchlaufen und seine Konformität zu Umgebungstemperaturen von bis zu 70 °C (158 °F) unter Beweis stellen: Der DCBM arbeitet sogar über einen Temperaturbereich von -40 bis 85 °C (-40 bis +185 °F) genau und korrekt.
UL-Zertifizierung gibt Sicherheit
Der Zähler wurde einer Reihe von Prüfungen und Tests in Bezug auf die bekannten Standards UL 61010 und UL 810 unterzogen – darunter verstärkte Isolierungstests, Temperaturtests aller Komponenten und Unterbaugruppen, Tests zum Schutz vor elektrischen Schlägen und zur Haltbarkeit von Markierungen sowie Tests zur Begrenzung der Gerätetemperatur und zur Widerstandsfähigkeit gegen Hitze- und Feuergefahr.
Für Hersteller von Ladestationen im nordamerikanischen Markt bestätigt diese UL-Zertifizierung die Funktionsfähigkeit des DCBM. Zudem vereinfacht sich der Prozess, die eigene Ladestation für eine UL-Zertifizierung zu qualifizieren, was die Markteinführung der Geräte beschleunigt. Um die Sicherheit zu erhöhen, muss der Zähler jedes Quartal einer neuen Prüfung unterzogen werden.
Ein Hauptmerkmal des DCBM ist seine hohe Qualität: In den letzten Jahren wurden bereits Tausende von Zählern auf dem europäischen Markt installiert, wo das Produkt die Modul-B- und -D-Zertifizierung besitzt, und es wurden keinerlei Probleme gemeldet. Kunden berichten, dass der zweiteilige Aufbau des Zählers eine schnelle Installation ermöglicht, insbesondere bei der Nachrüstung bestehender Ladestationen. Die Integration wird durch das Plug-and-Play-Design des Zählers vereinfacht (Bild 2).
Einfach zu installieren und zu integrieren
Der DCBM 400/600 ist für den langfristigen Einsatz auch in kommenden Anwendungen geeignet: Durch die Möglichkeit der Ethernet-Kommunikation ist er für zukünftige Datenanbindungen gerüstet. Das HTTP/REST-Protokoll und Zeitsynchronisation über das Network Time Protocol (NTP) ermöglichen den Einsatz des Zählers in verschiedenartigen Typen von Ladestationen. Darüber hinaus unterstützt der DCBM 400/600 den bidirektionalen Betrieb, was die Kompatibilität mit V2G(Vehicle-to-Grid)- und V2X(Vehicle-to-Everything)-Awendungen gemäß ISO 15118 gewährleistet.
Der Ladestations-Zähler von LEM erlaubt nicht nur eine vollständige Transparenz der Abrechnungsdaten für die Nutzer, sondern integriert auch die signierten Abrechnungsdatensätze gemäß dem OCMF-Protokoll (Open Charge Metering Format). OCMF ermöglicht die Handhabung von Abrechnungsdaten mit höchster Sicherheit und ist vollständig interoperabel für Cloud-Servicebetreiber, die das OCPP-Format (Open Charge Point Protocol) verwenden. Obwohl OCPP in den USA noch nicht weit verbreitet ist, stellt es ein wichtiges Anwendungsprotokoll für die Kommunikation zwischen einer EVCS und einem zentralen Managementsystem dar.
Zur weiteren Ausstattung des DCBM 400/600 gehören ein Datenverbindungskabel, das in Längen von 30 cm bis 3,5 m erhältlich ist, sowie robuste Klemmen für einen breiten Strombereich, die mit Sammelschienen kompatibel sind. Der Betriebsbereich erstreckt sich von 150 bis 1000 V (DC), der Hilfsstromversorgungsbereich von +12 bis +48 V (DC). Geboten wird eine 35-mm-DIN-Schienen- und Schraubmontage sowie ein IP20-Gehäuse (Bild 3).
Produkte wie der DCBM 400/600 von LEM erhöhen die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen durch einen besseren Zugang zu Schnellladegeräten. Dennoch muss der Markt noch erhebliche Anstrengungen unternehmen, um sicherzustellen, dass das Wachstum in diesem Bereich nach sieben Jahren der Expansion nicht nachlässt. Denn die Analysten von Deloitte erklären in einer Analyse des Elektrofahrzeugmarktes: »Nach 2030 wird einer der entscheidenden Faktoren für ein nachhaltiges Wachstum die Umsetzung einer geeigneten Ladeinfrastruktur sein.« LEM ist sich dessen bewusst und arbeitet bereits heute eng mit den Herstellern von Ladeinfrastruktur zusammen.
Der Autor
Mathieu Beguin
ist Global Product Manager bei LEM.
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