IoT-basierte Vorfeld-Sensorik: Smartes Monitoring verbessert Auslastung

Bis zu zehn Millionen E-Fahrzeuge sollen bis 2030 in Deutschland zugelassen sein und für diese Flotte eine Million öffentlicher und privater Ladepunkte zur Verfügung stehen. Damit die Zielvorgabe der Bundesregierung zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors Realität werden kann, ist insbesondere bei den Ladeinfrastrukturen noch manche Herausforderung zu lösen. Das Aufladen der Fahrzeuge muss technisch einwandfrei funktionieren, es muss den regulatorischen Anforderungen entsprechen, und es muss sich für die Betreiber öffentlicher Ladeinfrastrukturen wirtschaftlich lohnen. Denn sonst entfällt der Anreiz für das Investment und der Hochlauf der E-Mobilität wird gebremst.

Zukünftig Steuerung via Smart Meter Gateway

Mit der Eichrechtskonformität der Stromzähler an den Ladesäulen hat die Branche in der Vergangenheit schon eine hohe Hürde überspringen müssen. Mit dem Rollout intelligenter Messsysteme (iMSys) ergeben sich nun Möglichkeiten, Ladeinfrastruktur künftig über das Smart Meter Gateway (SMGW) kommunizieren zu lassen und dessen sicheren Kommunikationskanal zu nutzen. Dies betrifft in erster Linie die Ladesäulensteuerung, den Austausch von persönlichen Daten für die Nutzeridentifikation und die Übermittlung von Verbrauchsdaten für die Abrechnung. Je mehr E-Fahrzeuge parallel aufgeladen werden müssen, desto wichtiger wird es, den kollektiven Ladevorgang – zwecks Vermeidung von Netzüberlastungen – intelligent zu steuern, etwa durch Lastdrosselung oder -verschiebung. Das netzdienliche Steuern von Ladesäulen via SMGW erfordert das Einhalten spezifischer BSI-konformer regulatorischer Regeln.

Um dies zu realisieren, unterstützen die Zenner International und ihre Tochterunternehmen Stadtwerke und andere Betreiber beim Betrieb von Ladeinfrastrukturen ganzheitlich, sowohl bei den regulierten Steuerprozessen via SMGW als auch im Bereich der Vorfeld-Sensorik. Die zur Minol-Zenner-Unternehmensgruppe gehörende aktiver EMT GmbH ist dabei spezialisiert auf Anwendungen, die via Controllable Local Systems (CLS)-Schnittstelle am SMGW realisiert werden – wie eben zukünftig das Steuern von Ladeinfrastruktur oder anderen Verbrauchern. Das Unternehmen verfügt über ein tiefes Verständnis jeglicher CLS-Prozesse und über ein ausgereiftes Produktportfolio, inklusive CLS-Software und Backend-Technologie.

IoT-Funknetz am Ort der Messstelle

Dazu gehört beispielsweise das „Internet of Things“ (IoT)-Gateway „Hutschiene“ von Zenner für die Montage im iMSys, über das Schalthandlungen BSI-konform durchgeführt werden können und das gleichzeitig ein IoT-Funknetz am Ort der Messstelle aufbaut. Die gesamte Technologie ist – unabdingbar für alle Akteure, die als aktiver Externer Marktteilnehmer (EMT) via SMGW Daten bewegen wollen – nach ISO 27001 als aktiver EMT zertifiziert.

Wenn diese funktionalen Parameter erfüllt sind, ist das aber noch keine Gewähr, dass öffentliche Ladesäulen tatsächlich effektiv genutzt werden können. Aufgrund begrenzter Parkflächen in den Städten kommt es häufig vor, dass Pkw mit Verbrennungsmotoren unberechtigt auf Stellflächen mit Ladesäulen geparkt werden oder der knappe Parkraum über den Ladevorgang hinaus als günstige Parkmöglichkeit genutzt wird. Für den Betreiber der Ladeinfrastruktur eine unbefriedigende Situation, weil er bei blockierter Ladesäule auf potenzielle Erlöse verzichten muss. Aber auch für E-Mobilisten, die ihr Fahrzeug laden möchten, ist dies ein Ärgernis, weil sie länger nach einer freien Ladesäule suchen müssen oder schlimmstenfalls keine finden.

Vorfeld-Sensorik zeigt Belegungszustand an

Um solche Nachteile auszuschließen, braucht es eine IoT-basierte Vorfeld-Sensorik. Diese besteht aus auf dem Boden der E-Ladeplätze verbauten Sensoren, die via LoRaWAN-Funktechnologie Signale zum Belegungszustand an ein Backendsystem übermitteln. Führt man diese Informationen über den aktuellen Betriebsstatus einer Ladeinfrastruktur zusammen, hat der Betreiber vollständige Transparenz über die Ist-Situation an der Ladesäule und kann die Verfügbarkeit aktiv managen. So kann er bei unberechtigtem Parken zum Beispiel das Abschleppen des Fahrzeugs veranlassen. Andererseits kann er E-Mobilisten zuverlässige Informationen zur Verfügbarkeit der E-Ladeinfrastruktur übermitteln, wahlweise direkt in das Navigationssystem des Fahrzeugs oder via Smartphone-App. Anbieter und Kunden profitieren gleichermaßen: Der Ladesäulenbetreiber verbessert die Auslastung seiner Infrastruktur, die Kunden finden schnell und zuverlässig freie Ladeplätze. Ein solches Informationsmanagement, basierend auf einer intelligenten Vorfeld-Sensorik, dürfte ein maßgeblicher Faktor für die Akzeptanz und damit für einen erfolgreichen Siegeszug der E-Mobilität insgesamt sein.

Hardware, Software und Konnektivität aus einer Hand

Im Bereich der Vorfeld-Sensorik verfügt Zenner bereits über umfangreiche Erfahrungen, gespeist aus zahlreichen Smart-Parking-Projekten. Ein entscheidender Vorteil von Sensorik und LoRaWAN-basiertem Datentransport ist die vergleichsweise einfache technische Realisierbarkeit. Daraus wiederum resultieren wirtschaftlich attraktive Parameter. Ein weiteres Plus, das speziell das Unternehmen in diesem Kontext bietet: Um das LoRaWAN-Netz müssen sich Betreiber von Ladeinfrastrukturen nicht unbedingt selbst kümmern. Entweder betreibt die deutschlandweit tätige Minol Zenner Connect bereits ein Netz vor Ort oder kann es – wenn noch keine IoT-Konnektivität besteht – auf Wunsch aufbauen.

Wie Vorfeld-Sensorik für Ladeinfrastrukturen in der Praxis funktioniert, demonstrieren die Aachener Smartlab Innovationsgesellschaft mbH und Zenner in einem gemeinsamen Pilotprojekt bei den Stadtwerken Nürtingen. Smartlab betreibt das Backend für den Ladeverbund ladenetz.de, das sich die Vernetzung von Ladeinfrastruktur zu einem flächendeckenden Netz für die E-Mobilität in ganz Deutschland zum Ziel gesetzt hat und maximale Nutzerfreundlichkeit bieten will. Die Stadtwerke Nürtingen sind eines von über 250 Stadtwerken und Unternehmen im lade-netz.de, das gebündelt zusammen über 8 000 Ladepunkte betreibt.

Pilotprojekt weist den Weg in die Zukunft

Im Pilotprojekt in Nürtingen wurden für eine Ladesäule mit zwei Ladeplätzen die Daten der dort verbauten Parksensoren via LoRaWAN und EMT-Plattform in die Roaming-Plattform e-clearing.net transferiert. Somit können die Infos zum Ladestatus der Ladesäule und zum Belegungszustand der zugehörigen Parkfläche parallel verarbeitet und via E-Mobilitäts-App oder -Map visualisiert und nutzbar gemacht werden. So wird verhindert, dass E-Mobilisten diese Ladesäule vergeblich ansteuern, wenn sie zwar ladebereit ist, aber etwa von einem Falschparker blockiert wird. Der Ladesäulenbetreiber andererseits kann dafür sorgen, dass unberechtigt parkende Fahrzeuge vom Ladesäulenplatz entfernt werden.

Dieser Vorgang – aber das ist noch Gedankenspiel – ließe sich zum Vorteil von Stadtwerken und Kommunen automatisieren. Dazu könnte man beispielsweise die Daten aus der Vorfeld-Sensorik in eine separate Anwendung leiten, die im Falle einer Fehlbelegung eines E-Ladestellplatzes selbsttätig eine SMS oder Mail erzeugt und an das zuständige Ordnungsamt sendet. Noch ist die Anzahl der öffentlichen Ladeinfrastrukturen überschaubar. Doch mit dem weiteren Zuwachs an E-Mobilen und installierten Ladesäulen wird auch die Problematik mit falsch parkenden Fahrzeugen zunehmen.

Weitere Informationen zum Thema Monitoring von Ladesäulen sind über den QR-Code abrufbar.