Bidirektionales Laden als Chance und Herausforderung

Die Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge (EV) entwickelt sich rasant weiter – unterstützt durch die ISO 15118-Normenreihe, die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelt und von führenden Automobilherstellern unterstützt und in ihre Fahrzeuge integriert wird. Herzstück des Kommunikationsnetzwerks ist die GreenPHY Power Line Communication (PLC), eine Technologie der Bitübertragungsschicht, die einen effizienten und sicheren Datenaustausch über das Ladekabel ermöglicht. Obwohl auch die WiFi-Kommunikation in der Norm (ISO 15118-8) definiert ist, kommt diese im Gegensatz zu GreenPHY PLC in der Praxis nur selten zum Einsatz. Die GreenPHY PLC-Technologie hingegen bietet eine extrem zuverlässige Kommunikation zwischen Elektrofahrzeugen und Ladestationen und unterstützt innovative Funktionen wie Plug-&-Charge (PnC) und bidirektionale Energieübertragung (Bidirectional Power Transfer – BPT). Innovationen wie diese tragen entscheidend zur Verbesserung des Benutzerkomforts bei und fördern die Integration erneuerbarer Energiequellen in das Stromnetz.

Die ISO 15118-2 ist ein zentraler Bestandteil der ISO 15118-Normenreihe und regelt die Kommunikationsprotokolle für konduktives Laden. Darüber hinaus sorgt sie für einen sicheren Datenaustausch zwischen Elektrofahrzeugen und Ladestationen. Sie schafft eine Grundlage für sichere und automatisierte Identifizierungs-, Authentifizierungs- und Abrechnungsprozesse, die Plug-&-Charge ermöglichen. Dank dieser Norm können Elektrofahrzeuge Ladevorgänge automatisch authentifizieren und starten – ganz ohne Benutzereingriff – was sowohl den Komfort als auch die Sicherheit deutlich erhöht. Ergänzende Teile dieser Norm befassen sich mit verschiedenen weiteren Aspekten, wie kabellosem Laden, Sicherheitsmaßnahmen und erweitertem Energiemanagement.

Die ISO 15118-20, die 2022 eingeführt wurde, ist die neueste Ergänzung der ISO 15118-Normenreihe und erweitert die Möglichkeiten der ISO 15118-2 durch Unterstützung von Wechselstrom- und Gleichstromladung sowie die Einführung von Wireless Power Transfer (WPT – kabellose Energieübertragung) und Automated Connection Device Pantograph (ACDP – automatischer Verbindungspantograph), um das Laden noch flexibler zu gestalten. Ein entscheidender Fortschritt der ISO 15118-20 ist die Unterstützung für aktuellste Funktionen wie die bidirektionale Stromübertragung, die echte Vehicle-to-Grid-Funktionen (V2G) ermöglicht. Diese Weiterentwicklung spielt eine entscheidende Rolle bei der Integration von Elektrofahrzeugen in das Energie-Ökosystem, da sie eine dynamische Interaktion mit dem Stromnetz ermöglicht.

Die in der ISO-Norm 15118-2 definierte Plug-&-Charge-Technologie macht das Aufladen von Elektrofahrzeugen wesentlich einfacher und komfortabler. Früher mussten Fahrer von Elektrofahrzeugen RFID-Karten, Kreditkarten oder Apps auf ihrem Smartphone nutzen, um sich an Ladestationen zu authentifizieren. Mit der PnC-Technologie entfällt dieser Aufwand: Die Einbettung digitaler Zertifikate in das Elektrofahrzeug ermöglicht eine nahtlose Authentifizierung und Autorisierung, sobald das Fahrzeug an eine kompatible Ladestation angeschlossen wird.

Der PnC-Prozess nutzt dazu eine Public-Key-Infrastruktur (PKI), um die sichere Kommunikation und Authentifizierung zwischen Ladestation und Fahrzeug zu gewährleisten. Sobald das Elektrofahrzeug an ein Ladegerät angeschlossen wird, übermittelt es verschlüsselte Nachrichten, um sich zu authentifizieren, und sorgt so für eine sichere Transaktion und den Schutz der Benutzerdaten. Dank dieses optimierten Prozesses wird nicht nur die Benutzererfahrung verbessert, sondern auch die Sicherheit erhöht, während gleichzeitig Betrug und Missbrauch vorgebeugt wird.

Große Fahrzeughersteller und Anbieter von Ladesäulennetzen integrieren PnC zunehmend in ihre Systeme, um ein problemloses Ladeerlebnis zu bieten. Eine flächendeckende Einführung ist jedoch nur möglich, wenn Hersteller und Infrastrukturanbieter ihre Produkte standardisieren, um die Interoperabilität zu gewährleisten.

Bidirektionale Energieübertragung (BPT): Einbindung von Elektrofahrzeugen in das Stromnetz

Mit der ISO 15118-20 wird die bidirektionale Energieübertragung Realität und Elektrofahrzeuge können zu dynamischen Energiespeichern werden. Die bidirektionale Energieübertragung ermöglicht nicht nur den Stromfluss vom Netz zum Fahrzeug, sondern auch vom Fahrzeug zurück zum Netz oder zu anderen Geräten. Diese Fähigkeit ist eine Grundvoraussetzung für Konzepte wie Vehicle-to-Grid (V2G) – hier können Elektrofahrzeuge bei Spitzenlasten gespeicherte Energie an das Stromnetz abgeben – und Vehicle-to-Home (V2H), ein Konzept, das es Elektrofahrzeugen ermöglicht, Haushalte bei Stromausfällen oder in Zeiten hoher Strompreise mit Strom zu versorgen.

Die Implementierung einer funktionierenden bidirektionalen Energieübertragung (BPT) erfordert eine komplexe und ausgereifte Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug, Ladestation und Netzbetreiber. Die ISO 15118-20 standardisiert diese Kommunikationsprozesse und schafft die Grundlage für einen sicheren, effizienten und systemübergreifenden Energieaustausch. Die bidirektionale Energieübertragung unterstützt Lastverteilung und Energiearbitrage, d. h. Besitzer von Elektrofahrzeugen können vom Verkauf überschüssiger Energie an das Stromnetz profitieren.

Außerdem fördert die Einbindung der BPT in das Stromnetz die Nutzung erneuerbarer Energien. Elektrofahrzeuge können so dazu beitragen, die Schwankungen erneuerbarer Energiequellen auszugleichen und die Netzstabilität zu verbessern, indem sie überschüssige Solar- oder Windenergie in den Batterien der Elektrofahrzeuge speichern und bei Bedarf wieder abgeben.

Um die Vehicle-to-Grid (V2G)-Technologie voranzutreiben, hat Arrow Electronics einen eigenen V2G-Kommunikationssoftware-Stack entwickelt. Diese Lösung ermöglicht die effiziente Integration von Elektrofahrzeugen in das Stromnetz unter Einhaltung der ISO 15118-Normenreihe. Der vollständig ISO 15118-konforme Software-Stack von Arrow ist robust, skalierbar und bietet Kommunikationsfunktionen, mit denen Autohersteller und Energieversorger V2G-Systeme einfacher implementieren können. Durch die Bereitstellung einer schlüsselfertigen Lösung beschleunigt Arrow Electronics die Einführung bidirektionaler Ladeinfrastrukturen und unterstützt den nahtlosen Übergang zu nachhaltigen Energieökosystemen.

Trotz zahlreicher vielversprechender Vorteile stößt die flächendeckende Umsetzung von Plug-&-Charge und bidirektionaler Stromübertragung auf verschiedene Herausforderungen. Um die globale Interoperabilität von PnC zu gewährleisten, ist eine Standardisierung unterschiedlicher Ladesäulennetze und Fahrzeughersteller erforderlich. Damit eine sichere Authentifizierung und Kommunikation möglich ist, muss ein robustes und allgemein anerkanntes PKI-System bereitgestellt werden.

In Hinblick auf BPT stellen wiederum regulatorische Hürden, infrastrukturbedingte Einschränkungen und Probleme bei der Netzkompatibilität eine enorme Herausforderung dar. Versorgungsunternehmen und Regulierungsbehörden stehen vor der großen Aufgabe, geeignete Richtlinien und Rahmenbedingungen zu entwickeln, die bidirektionale Energieflüsse unterstützen und dafür sorgen, dass Besitzer von Elektrofahrzeugen für ihren Beitrag zur Netzstabilität und Stromversorgung entschädigt werden. Darüber hinaus ist eine Modernisierung der Ladeinfrastruktur erforderlich, um die komplexen Anforderungen der bidirektionalen Energieübertragung zu bewältigen.

Diese Herausforderungen bieten jedoch auch Chancen für Innovation und Interaktion. Durch die Zusammenarbeit zwischen Akteuren aus den Automobil-, Energie- und Technologiesektoren besteht die Möglichkeit, gemeinsam einheitliche Standards zu schaffen, fortschrittliche Cybersicherheitsmaßnahmen zu entwickeln und eine robuste Infrastruktur aufzubauen. Eines ist sicher: Dank rasanter Fortschritte und Innovationen auf dem Gebiet der Batterietechnologie und der Energiemanagementsysteme werden sich Effizienz und Wirtschaftlichkeit der bidirektionalen Energieübertragung in Zukunft weiter verbessern.

Elektromobilität der Zukunft: Laden mit ISO 15118

ISO 15118-2 und ISO 15118-20 sind bedeutende Meilensteine in der Entwicklung der Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge. Plug-&-Charge sorgt für einen einfacheren und sichereren Ladevorgang und macht die Elektromobilität insgesamt zugänglicher und benutzerfreundlicher. Die bidirektionale Energieübertragung verwandelt währenddessen Elektrofahrzeuge in vielseitige Energiequellen, die für Netzstabilität sorgen und die Integration erneuerbarer Energien unterstützen.

Angesichts der rasanten Weiterentwicklung der Automobil- und Energiebranche ist die flächendeckende Einführung dieser Standards für die Verwirklichung einer nachhaltigen und effizienten Energiezukunft von entscheidender Bedeutung. Indem sie bestehende Herausforderungen angehen und die Zusammenarbeit zwischen den Sektoren fördern, können ISO 15118-2 und ISO 15118-20 den Weg für die nächste Generation einer intelligenteren, sicheren und nachhaltigeren Elektromobilität ebnen.

Die Zukunft beim Laden von Elektrofahrzeugen besteht nicht nur darin, Fahrzeuge mit Strom zu versorgen, sondern ein vernetztes Energie-Ökosystem zu schaffen. ISO 15118 spielt eine wichtige Vorreiterrolle bei dieser Wandlung und schafft die Voraussetzungen für eine intelligentere, umweltfreundlichere und widerstandsfähigere Energieversorgungslandschaft. (na)