Einfachere Integration neuer Vorgaben
Zukunftsfähigkeit im Ladecontroller-Design
Cyber-Resilience-Act, ISO-15118-20 und OCPP: Hersteller von EV-Ladelösungen müssen die sich schnell entwickelnden Anforderungen in ihre Produkte integrieren. Mit einem offenen und modularen Ansatz für das Ladecontroller-Design ermöglichen Phytec und Chargebyte den direkten Entwicklungseinstieg.
Neu-Design oder Upgrades von Ladern stellen Charge-Point-Manufacturer vor strategische Fragen – besonders im Hinblick auf den Ladecontroller: er ist das Herzstück des Systems und muss die spezifischen Anforderungen perfekt erfüllen. Dabei müssen Fahrzeug- und Backend-Kommunikation ebenso integriert werden wie die Signalverarbeitung rund um die Steuerung, Überwachung und Absicherung des elektrischen Systems und der Leistungselektronik. In der Regel kommen dazu noch Anforderungen von Bedieneinheiten und für Authentifizierung und Bezahlsysteme.
Hohe Kosten für Eigenentwicklung und Maintenance
Aufwand und Kosten für die Neuentwicklung in-house sind dafür enorm hoch und setzen entsprechende Ressourcen und freie Kapazität voraus. Hinzu kommt, dass die Hardware möglichst flexibel ausgeführt sein muss, damit sie einfach und schnell für künftige Anforderungen des dynamischen Markts angepasst werden kann. Mindestens ebenso groß ist der Aufwand für die Software, wo kontinuierlich neue Standards und Technologien implementiert werden müssen – mit anschließender Validierung und Qualifizierung, Testing sämtlicher Schnittstellen bei jedem Update und Maintenance der Ladecontroller im Feld.
Externe Hersteller führen zu Abhängigkeit
Wer sich diese Aufwände sparen möchte, kauft einen fertigen Ladecontroller und integriert diesen in die eigene Ladesäule. Das reduziert den Entwicklungsaufwand auf die Anpassung an die eigenen Komponenten und überträgt die Verantwortung für Funktionalität und Lifecycle-Management an den Hersteller der Elektronik. Dieses Vorgehen erscheint im ersten Moment kostengünstiger – bringt aber erhebliche Risiken und Einschränkungen mit sich: Zum einen ist der Ladecontroller von der Stange nicht perfekt an die individuellen Anforderungen angepasst und lässt weniger Spielraum bei der Integration innovativer oder besonderer Funktionalitäten.
Zum anderen führt er zu einer Abhängigkeit vom Hersteller: Die meisten Änderungen an Komponenten oder Funktionalität, wie sie in der Praxis durch neue Rahmenbedingungen, Normen oder die Angleichung an länderspezifische Richtlinien im Lebenszyklus häufiger notwendig sind, erfordern eine Erweiterung und Anpassung des Ladecontrollers – und damit ein Mitwirken des Herstellers. Der komplexe Aufbau eines Laders und die enge Verzahnung des Ladecontrollers mit den weiteren Einheiten kommen hier erschwerend hinzu – und bergen Risiken, wenn die Anpassungen nicht auf Code-Level getestet und debugged werden. Besonders zu beachten sind dabei auch die Abhängigkeit zwischen dem Ladecontroller und den Systemen von Charge-Point-Manufacturer und Charge-Point-Operator.
Die Lösung: modulare Ladecontroller mit offener Architektur
Volle Kontrolle über die eigene Elektronik, mit enormem Aufwand für Entwicklung und Pflege im Lebenszyklus – oder fertige Elektroniken mit eingeschränkter Anpassbarkeit und Abhängigkeit vom Hersteller? »Beide Lösungen sind nicht optimal«, sagt Simon Seres, Product Owner bei Chargebyte. »Wir wollten die Vorteile beider Lösungen kombinieren und die Nachteile eliminieren – und haben dafür mit dem Charge SOM ein neues Design-Konzept für Ladecontroller entwickelt.«
Das von Chargebyte und Phytec gemeinsam entwickelte Charge SOM Evaluation Kit verbindet das Charge SOM mit einem Carrier-Board, auf dem alle für eine Ladelösung notwendigen Schnittstellen zugänglich sind. Es ermöglicht den direkten Entwicklungseinstieg mit dem EVerest-basierten Firmware-Stack und bildet die Basis für die Entwicklung individueller Carrier-Boards.
Das Charge SOM ist ein EVCS-on-Module, das alle für einen DC- oder AC-Ladecontroller relevanten Komponenten wie Prozessor, Powerline-Kommunikation, Security-Abschaltung und Netzwerk-Technologien auf einer kompakten Platine integriert – inklusive einem Betriebssystem auf Basis von EVerest, einem Open-Source Software-Stack und Projekt der Linux Foundation. Das Modul ergibt mit einem Carrier-Board kombiniert einen kompletten, individuellen Ladecontroller. Es setzt auf ein komplett offenes digitales Ökosystem mit Open-Source-basierter Software, wobei Pflege und Support der Firmware im Hardwarepreis enthalten ist. Gleichzeitig haben Unternehmen durch die quelloffene Software jederzeit die Möglichkeit, auch selbst Einfluss auf das System zu nehmen und eine eigene, abgeänderte oder erweiterte Version des Firmwarestacks zu erzeugen.
»Raspberry-like« Entwicklererlebnis
Simon Seres von Chargebyte, sagt: »Unsere Mission ist es, ein ‚Raspberry-like‘-Entwicklererlebnis für Ladecontroller zu schaffen – damit die Entwicklung, Wartung und der Betrieb von Ladeinfrastruktur deutlich niedrigschwelliger werden.« Die quelloffene Basis verhindert dabei einen Vendor Lock-in und Kunden behalten die volle Kontrolle über Hardware und Software. »Unsere Kunden für das Charge SOM haben fast alle vorher mit geschlossenen Ladelösungen gearbeitet«, so Seres. »Sie kommen zu uns, weil sie damit entweder eine gewünschte Funktionalität nicht mehr abbilden konnten, oder die Abhängigkeit vom Hersteller zu hohen technischen Schulden oder zu Problemen bei der Umsetzung notwendiger Anpassungen geführt haben.«
In wenigen Wochen vom Entwicklungskit zum Ladecontroller
Für den Einstieg in die Entwicklung erhalten Unternehmen das Charge SOM als Evaluationskit, zusammen mit einem Carrier-Board, auf dem die Schnittstellen des EVCS-on-Modules physisch zugänglich sind. Beide Elektroniken wurden in enger Zusammenarbeit mit Phytec entwickelt, einem Hersteller von Embedded Systemen mit Hauptsitz in Mainz. Modulare Elektronikentwicklung und -fertigung, basierend auf den eigenentwickelten System-on-Modules, ist die Kernkompetenz des Unternehmens. Mit einem Baukasten-ähnlichen System können individuelle Ladecontroller auf Basis der Charge SOM in wenigen Wochen und zu überschaubaren Kosten entwickelt werden.
»Mit Phytec haben wir einen idealen Partner für die Entwicklung und Fertigung unserer Elektroniken gefunden«, sagt Simon Seres. »Phytec hat enorme Erfahrung in der Entwicklung von modularen Elektroniken und eigenes Know-how im Bereich Ladeelektronik. Das gemeinsam entwickelte Charge SOM und das Entwicklungskit sowie die individuellen Carrier-Boards von Phytec und unsere Software sind eine ideale Kombination.«
Individuelle Ladeelektroniken: Schnell und kostengünstig
»Viele Ladelösungen haben ähnliche Ansprüche an Schnittstellen und Funktionalität«, sagt Mario Haas, der die Entwicklung kundenspezifischer Elektroniken bei Phytec verantwortet. »Trotzdem unterscheiden sie sich oft in Details, die dann auch die Besonderheit der Ladesäule ausmachen. Unser modulares Entwicklungssystem ermöglicht es, solche Funktionen kostengünstig umzusetzen, mit denen sich Unternehmen dann vom Wettbewerb abheben.« Solche Anpassungen oder kundenspezifische Entwicklungen kosten in vielen Fällen nur niedrige fünfstellige Beträge und werden im Rahmen weniger Wochen umgesetzt. Im günstigsten Fall erhalten Kunden schon zehn bis zwölf Wochen nach Festlegung der Spezifikation ihren ersten Prototyp. Die Überführung zur Serienfertigung dauert ebenfalls wenige Wochen.
(von links) Martin Kranzfelder, Chargebyte, und Mario Haas, Phytec, präsentieren das Charge SOM und die Möglichkeiten zur Entwicklung individueller Carrier-Boards.
Modulares Design ermöglicht einfache Anpassungen
Ihre Ladeelektroniken auf Basis von Charge SOM und Phytec-Elektroniken erhalten Kunden aus einer Hand, produziert auf denselben Linien und perfekt aufeinander abgestimmt. Anders als bei fertigen Ladecontrollern behalten Unternehmen außerdem die volle Kontrolle über Design und Anpassungen. Auch dabei profitieren sie vom modularen Aufbau: »Die Übereinstimmung mit neuen Richtlinien und Normen und die Unterstützung von Kommunikationsprotokollen etc. pflegt Chargebyte im Betriebssystem des Charge SOM«, sagt Simon Seres von Chargebyte. Und Mario Haas ergänzt seitens Phytec: »Gleiches gilt für die Carrier-Boards: Sollten durch neue Funktionalität Änderungen an der Elektronik notwendig sein, können wir diese sehr schnell und mit wenig Aufwand umsetzen.« Dazu trägt ebenfalls die Kombination des Charge SOM, auf dem die zentralen, kritischen und komplexen Komponenten integriert sind, mit dem einfach anpassbaren Carrier-Board bei.
Umfangreiche Angebote – von Security bis Update-Management
Über die Hardware hinaus unterstützt Phytec Hersteller von Ladelösungen ebenfalls: mit umfangreichen Angeboten rund um Security und der Einhaltung von CRA-Vorgaben über Update-Mechanismen für Produkte im Feld bis hin zum Lifecycle-Management zur Sicherstellung langfristiger und zuverlässiger Lieferbarkeit der Ladecontroller. Chargebyte ergänzt dieses Know-how und zahlreiche Vorleistungen mit den Kompetenzen rund um spezifische Software für Ladeelektroniken. »Wir arbeiten mit Phytec Hand-in-Hand und erfolgreich für zahlreiche Kunden und Projekte – und freuen uns, diese Zusammenarbeit in Zukunft noch zu intensivieren«, sagt Martin Kranzfelder, Chief Product Owner von Chargebyte. »Gerade haben wir Phytec mit der Entwicklung und Fertigung eines weiteren Carrier-Boards beauftragt, für einen Dual Port Charger, den wir als Serienprodukt vermarkten werden – ebenfalls als offenes und anpassbares System.« Und Mario Haas von Phytec ergänzt: »Wir arbeiten momentan im Kundenauftrag ebenfalls an einem individuellen Ladecontroller mit besonderen Eigenschaften und Anforderungen – und mit dem Chargebyte Charge SOM als idealer Basis dafür.«
Die Zukunft des Ladecontroller-Designs ist in jedem Fall offen und modular – da sind sich beide Unternehmen einig.
Der Autor
Philip Berghoff
ist freier Fachautor und Kommunikationsberater von Wortrat. Der Artikel des Experten für Themen rund um Embedded Elektronik, Elektromobilität und erneuerbare Energien sowie Embedded Vision und Open-Source entstand im Auftrag von Phytec.
