kWh-basierte Abrechnung beim Schnellladen

Der Übergang von Verbrennungsmotoren (ICE) zu Elektrofahrzeugen (EV) stellt uns vor neue Herausforderungen, insbesondere bei der Frage, wie und wo die effizientesten EV-Ladestationen eingerichtet werden können. Da E-Fahrzeuge an zahlreichen Orten und unterschiedlich aufgeladen werden können, ist es für Nutzer entscheidend, die Ladeoptionen genau zu kennen. Den Fahrern müssen unkomplizierte Dienste angeboten werden, damit sie das Konzept der flächendeckenden Dekarbonisierung des Verkehrssektors annehmen.

Herausforderung schnelles Laden

Die verwendete Lademethode hängt von einem Gleichgewicht mehrerer Faktoren ab: der verfügbaren Zeit des Nutzers an einer Ladestation, der für die Fahrzeugnutzung erforderlichen Energiemenge sowie den Kosten und der Verfügbarkeit von Ladegeräten. Die Leistungsfähigkeit des bordeigenen Ladegeräts (OBC) ist aus Gewichts- und Kostengründen begrenzt, so dass es sich für das Aufladen zu Hause oder am Arbeitsplatz mit Wechselstrom (AC) eignet. Um jedoch die höheren Ladegeschwindigkeiten zu erreichen, die für die weite Verbreitung von E-Fahrzeugen erforderlich sind, können Schnellladegeräte die Fahrzeugbatterie mit Gleichstrom (DC) aufladen. Diese Schnellladegeräte verkürzen die Ladezeiten effektiv und kommen an öffentlichen Ladestationen oder entlang von Autobahnen zum Einsatz.

Der Ausbau der EV-Schnellladeinfrastruktur wirft neue Fragen auf. Wie können Fahrer sicher sein, dass beim Aufladen ihres E-Fahrzeugs fair abgerechnet wird, nach dem Prinzip „man zahlt, was man bekommt“? Wie können die großen Betreiber von Ladestationen sicherstellen, dass ihre Infrastruktur die Vorschriften für den Verkauf von Strom an Endverbraucher einhält, insbesondere für DC? Welche Maßnahmen müssen Unternehmen wie Supermärkte, städtische Knotenpunkte oder E-Truck-Depots ergreifen, um sicherzustellen, dass ihre künftigen Ladesysteme den Endnutzern oder Drittunternehmen eine genaue Rechnung stellen können?

Energiemessung

Die kurze Antwort lautet: durch Energiemessung. Die Messung der während eines Ladevorgangs verbrauchten Energie sorgt für Fairness und Transparenz für Endnutzer und Dritte und fördert so das Vertrauen in die neue Technik. Sie stellt sicher, dass die Kosten für Einzelpersonen auf der Grundlage der tatsächlich während des Ladevorgangs verbrauchten Energie (gemessen in kWh) abgerechnet werden. Die Vorschriften für den kommerziellen Stromhandel und die Messnormen bieten nicht nur dem Besitzer eines EV, sondern auch dem Betreiber einer Ladeinfrastruktur Sicherheit, da dieser sich auf das Leistungsniveau verlassen und es überwachen kann.

Ziel der Messgesetzgebung ist es, sicherzustellen, dass alle betroffenen Parteien Vertrauen in die durchgeführten Messungen haben können. Messtechnisch kontrollierte Instrumente sind Teil unseres Alltags: wir verwenden sie, wenn wir Strom in unserem Haushalt verbrauchen, mit Treibstoff handeln, herkömmlich betriebene Fahrzeuge fahren etc. Messtechnisch verifizierte Ergebnisse sind grundlegend für alle Transaktionen, bei denen es um die Messung einer Größe geht, und der Prozess des Stromaustauschs zwischen DC-Schnellladegeräten und EV beruht auf demselben Prinzip. Es ist nicht nur auf die öffentliche Ladeinfrastruktur anwendbar, sondern auch auf nicht-öffentliche Bereiche, in denen mehrere Einrichtungen die Abrechnung auf der Grundlage des tatsächlichen Energieverbrauchs vornehmen.

Daher werden in den verschiedenen Regionen Leitlinien und Normen eingeführt, um eine einheitliche Einführung von DC-Schnellladeinfrastrukturen zu gewährleisten. In Europa umfasst das „Fit-for-55“-Gesetzgebungspaket die AFIR-Richtlinie (Alternative Fuel Infrastructure Directive) über die Infrastruktur für alternative Kraftstoffe. Diese legt die Regeln für eine einfachere Nutzung und Bereitstellung standardisierter Dienste in der gesamten EU fest, einschließlich die kWh-basierte Abrechnung von Ladevorgängen für EV. Auch in den USA enthält das NEVI-Formula-Programm (National Electric Vehicle Infrastructure) Regeln zur Finanzierung des Aufbaus von DC-Schnellladeinfrastrukturen, die die gleichen Anforderungen an die kWh-basierte Abrechnung stellen.

Da die Betreiber von Ladestationen ein Interesse daran haben, die Energieverluste während des Ladevorgangs zu minimieren, fördert die Abrechnung nach kWh die Entwicklung energieeffizienterer Ladetechnik. Dies wiederum kommt dem gesamten EV-Markt zugute. In der Praxis wird bei der Berechnung des Gesamtpreises einer Schnellladesitzung – in Übereinstimmung mit den Vorschriften für das Messwesen – die kWh als Basis verwendet. Es kann aber auch ein zeitabhängiger Preis angewendet werden, falls E-Fahrzeuge nach dem vollständigen Aufladen an der Ladesäule geparkt bleiben (um Fahrer davon abzuhalten, die Ladepunkte unnötig zu belegen).

Integration der DC-Messung

Die Idee hinter der Integration der DC-Energiemessung in Schnellladegeräten ist, dass die genaue Messung der Elektrizität an der Schnittstelle zwischen dem Ladegerät und dem E-Fahrzeug in DC erfolgen muss. Der gemessene kWh-Wert muss dabei die vom Fahrzeug während des Ladevorgangs verbrauchte Energie genau wiedergeben. Folglich werden dem Endverbraucher keine Wandlungs- oder Leitungsverluste in Rechnung gestellt, die außerhalb seiner Kontrolle liegen. Die Energiemessung erfolgt durch robuste und genaue Hardware unter allen Bedingungen. Die Daten werden vor jeglicher Veränderung geschützt und an die E-Mobilitätsdienstleister übermittelt, die letztlich für die endgültige Preisberechnung und Abrechnung verantwortlich sind.

Um sicherzustellen, dass die Messleistung und die Schutzmechanismen für die Messung ordnungsgemäß umgesetzt werden, regeln Normen und Richtlinien die Entwicklung und Produktion von Messgeräten. Dazu gehört die MID-Richtlinie 2014/32/EU, die die grundlegenden Anforderungen für die Wirkleistungsmessung auf europäischer Ebene festlegt, sowie spezifische nationale Anforderungen in Ländern wie Deutschland (Eichrecht) und Frankreich (Décision n° 22.00.570.001.1). Dennoch ist das Konzept der DC-Messung für eine beträchtliche Anzahl von Laboren und Aufsichtsbehörden noch neu.

In den Anfängen der E-Auto-Branche wurden die Gebühren nach Zeit berechnet, wobei die Fahrer für die Dauer ihrer Ladevorgänge zahlten. Dies führte zu einer unfairen Abrechnung, die von der Ladegeschwindigkeit des E-Fahrzeugs und den Ladegeräten abhing. Heute geht der Trend jedoch zu einer kWh-basierten Abrechnung, die auf der tatsächlich verbrauchten Energie basiert. Mit genauen Echtzeitdaten haben EV-Besitzer einen besseren Überblick über ihre Ladevorgänge und können somit kostenorientierte Entscheidungen treffen.

Zertifizierungen und Normen

Um eine echte kWh-basierte Preisgestaltung zu erreichen, müssen gelistete und zertifizierte Energiemesssysteme nahtlos in die EV-Ladegeräte integriert werden. LEM ist aufgrund seines Know-hows und seiner Erfahrung auf dem Gebiet der elektrischen Messtechnik ein wichtiger Akteur im Bereich EV-Ladegeräte und liefert maßgeschneiderte DC-Energiemesslösungen für diese spezielle Anwendung. Das Unternehmen hat eine bedeutende Rolle bei der Weiterentwicklung der DC-Energiemessung gespielt, indem es eng mit Regulierungsbehörden und Herstellern von EV-Schnellladegeräten zusammengearbeitet hat. Es hat Pionierarbeit bei der Erlangung und Förderung von Zertifizierungen wie der MID 2014/32/EU für DC geleistet und die Zertifizierung für die Eichgesetze auf dem französischen und deutschen Markt erreicht. Darüber hinaus sind die Produkte von LEM eine schnelle Antwort auf die Bedürfnisse des nordamerikanischen Marktes, indem sie leistungsstarke Lösungen liefern, die die CTEP-Zertifizierungsanforderungen für alle EV-DC-Schnellladegeräte erfüllen.

In diesem Sektor, der sich gerade erst entwickelt, war LEM in der Lage, aufkommende Bedürfnisse der Anwender zu ermitteln und zu identifizieren und wertvolle Marktdaten zu sammeln. Damit konnte das Unternehmen einen DC-Abrechnungszähler für Schnellladestationen entwickeln. LEM hat dafür enge Beziehungen zu wichtigen Regulierungsbehörden geknüpft, um Vorschriften zu erörtern, die zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht existierten. Da Europa bei den Vorschriften eine Vorreiterrolle spielt, war der Anfang eine europäische Norm und die Normen der einzelnen Länder, da jeder Markt seine eigenen spezifischen Regeln und Anforderungen hatte.

Das Angebot an DC-Abrechnungszählern (DCBM; Direct Current Billing Meter) ermöglicht es den Betreibern von EV-Ladestationen, den Endnutzern das gewünschte kWh-basierte Ladeerlebnis zu bieten. Die Zähler wurden entwickelt, um die Integration in komplexe und modulare EV-Schnellladegeräte zu vereinfachen. Sie verfügen über ein Display, das Messwerte, Energie- und rechtliche Daten in Echtzeit anzeigt. Die DCBM sind zum Nachrüsten oder für neue DC-Schnellladestationen mit einer Leistung von bis zu 600 A und 1000 V_DC vorgesehen und gewährleisten eine sichere Kommunikation, authentische Abrechnung, einfache Anbindung an Backend-Systeme und eine schnellere Zertifizierung in Übereinstimmung mit den messtechnischen Vorschriften.

Neben dem Eichrecht und der MID-Richtlinie 2014/32/EU sowie der französischen Verordnung Nr. 22.00.570.001.1 erfüllen die DCBM die Normen EN 50470-1:2006, EN 50470-3:2006, PTB-A 50.7, PTB-A 20.1, CISPR32 Class-B Emission, IEC 62052-11:2003, IEC 61000-6-2:2016, IEC 61000-6-3:2016, UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 No. 61010-1 und UL94-V0. Die DCBM-Reihe ist somit für den Einsatz in Europa und Nordamerika zertifiziert.

Gleichberechtigt, fair und transparent

DC-Abrechnungszähler sind unverzichtbar, um eine gerechte, faire und transparente Abrechnung für DC-basierte Schnellladestationen zu ermöglichen. Nur so wird sichergestellt, dass EV-Nutzer und Dritte präzise, rechtlich kontrollierte und zuverlässige Energiemessungen für Abrechnungszwecke erhalten. Sie stellen auch sicher, dass die globale Schnellladeinfrastruktur zukunftssicher ist, wenn es um sich ändernde Anforderungen geht. Dadurch können die Anwender mühelos kWh-basiertes Laden einführen und sich auf den anspruchsvollen Prozess des Auf- und Ausbaus der Infrastruktur konzentrieren.

Als branchenweit erster DC-Energiezähler mit einem zum Patent angemeldeten Split-Modul-Konzept, das kompakte und flexible Designs ermöglichen soll, besteht die DCBM-Reihe aus einer Sensoreinheit, die bidirektionale Energieflüsse, Spannung, Strom und Sammelschienentemperatur misst und diese Daten sicher an die Zählereinheit sendet. Die Zählereinheit empfängt und verarbeitet die Messdaten, verwaltet die Ladesitzungen und formatiert und authentifiziert die Daten, so dass die Messung vertrauenswürdig ist und zur Abrechnung übergehen kann.

Immer mehr Organisationen, die kWh-basierte Ladelösungen für Endnutzer und Flotten einrichten wollen, erkennen nun die Bedeutung eines zertifizierten Energiemesssystems beim Aufbau einer EV-Ladeinfrastruktur. Zunächst sind zwei Versionen des DCBM verfügbar (400 oder 600 A) und die Geräte sind bereits in großem Umfang in ganz Europa installiert, wo sie eine wichtige Rolle beim kWh-basierten Laden spielen. Außerdem hat LEM den bidirektionalen (V2G) Zähler DCBM 100 80A für DC-Ladeanwendungen im 30-kW-Bereich entwickelt (mit erhaltener Zertifizierung für MID und Eichrecht). Der kompakte Zähler ist ein Beispiel dafür, dass das Unternehmen sein Angebot stets an die Bedürfnisse der Anwender anpasst und die sich ständig weiterentwickelnden Messvorschriften erfüllt. Dieses Produkt ermöglicht eine einfache Anbindung an Cloud-Dienste sowie eine schnellere Zertifizierung unter Einhaltung aller relevanten Normen.

Fazit

Die kWh-basierte Abrechnung sorgt also für Fairness, was entscheidend für die erfolgreiche Umsetzung einer zuverlässigen DC-Schnellladeinfrastruktur für E-Fahrzeuge ist, um konsistente Dienstleistungen in verschiedenen Ländern und umfassende Transparenz zu gewährleisten. Endnutzer und Dritte können darauf vertrauen, dass ihre Ladevorgänge integer und sicher abgerechnet werden und dass die erfassten Daten stets korrekt und aktuell sind. Nur durch den Einsatz robuster und zertifizierter Lösungen können die Betreiber die Ladeinfrastruktur so schnell ausbauen, dass sie mit der stetig wachsenden Nachfrage Schritt halten kann.