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On-Board Metering

Intelligents Laden von eFahrzeugen

Eng verbunden mit der Verbreitung von Elektrofahrzeugen ist die Forderung nach einer Infrastruktur, denn diese stellt oftmals den Flaschenhals zur Umsetzung neuer Antriebskonzepte dar. Für die Elektromobilität trifft dies allerdings nur bedingt zu, da private Stromanschlüsse weit verbreitet sind und Hybridfahrzeuge die Flexibilität zur Wahl zweier Energiequellen bieten. Trotzdem ist langfristig Infrastruktur erforderlich, die eine intelligente Steuerung zur Vermeidung von Lastspitzen und Integration von fluktuierenden Eneuerbaren Energien ermöglicht. Zur Realisierung werden zwei unterschiedliche Prinzipien diskutiert, die zwischen stationärem (Off-Board Metering) oder mobilem (On-Board Metering) Zählpunkt unterscheiden.

Der stationäre Zähler ist die Basis der heute üblichen Abrechnung von Elektrizität und für bisherige Anwendungen im Haushaltsbereich bestens geeignet. Mit Hinblick auf mobile Anwendungen zeigen sich aber einige infrastrukturbedingte Schwächen.

Die Belieferung jedes Zählpunkts mit Elektrizität wird über einen Vertrag geregelt. Lädt ein Nutzer z.B. zu Hause und am Arbeitsplatz, sind zwei Vertragsbeziehungen notwendig. Im Fall des intelligenten Ladens an einer fremden Ladestation ist außerdem eine Regelung notwendig, wie mögliche Gewinne, die heute zugegebenermaßen noch sehr gering sind, aufgeteilt werden.

Der Aufbau von öffentlicher Infrastruktur ist unwirtschaftlich, weil die bisherigen Erfahrungen gezeigt haben, dass der Stromumsatz sehr gering und Preisaufschläge kaum durchsetzbar sind. Nach einer ersten Phase der Euphorie, in der Energieversorger versucht haben ihre Territorien abzustecken, tritt daher derzeit Ernüchterung beim Aufbau der Infrastruktur ein. Meist wird auf die intelligente Steuerung und Abrechnung aufgrund der hohen Kosten verzichtet. Die Daten, die zum intelligenten Laden erforderlich sind, sind im Fahrzeug vorhanden. Der Ladestand der Batterie sowie die Präferenzen der Nutzer sind wichtige Parameter zur Bestimmung des Ladeplans. Der Austausch dieser Daten ist, im Hinblick auf die Datensicherheit, heikel. Fahrzeughersteller setzen daher in Forschungsprojekten teilweise schon auf eine dezentrale Optimierung des Ladevorgangs im Fahrzeug. Ein On-Board-Meteringsystem wurde beispielsweise von VW, E.ON und Fraunhofer im Flottenversuch Elektromobilität entwickelt.

Bislang gibt es kaum ganzheitliche Lösungsansätze. Ausnahmen bilden Systeme wie »Park & Charge«, bei dem sich Nutzer von Elektrofahrzeugen gegenseitig und unentgeltlich Ladeinfrastruktur zur Verfügung stellen. Werden öffentliche Ladesäulen als weitestgehend exklusive Vertriebskanäle genutzt, droht das Roaming zu einer Kostenfalle zu werden. Dies könnte die Akzeptanz für die öffentliche Infrastruktur und Elektromobilität als Ganzes weiter bremsen.

Die Implementierung von On-Board Metering ist auf den ersten Blick aufwändiger als die Übertragung des bekannten Systems auf die Elektromobilität, da es die Komplexität im Fahrzeug erhöht. Mit Blick auf die Realisierung eines flächendeckenden Smart Meterings, das hohe Durchdringungen von netzgekoppelten Fahrzeugen erlaubt und die Integration Erneuerbarer Energien möglich macht, ist On-Board Metering aber das einfachere und vor allem kostengünstigere Konzept.

Das Fahrzeug verfügt über alle wesentlichen Komponenten, die zum intelligenten Laden erforderlich sind. Neben dem Zähler, der bisher i.d.R. noch nicht dem Eichrecht entspricht, sind eine Kommunikationsschnittstelle, ein User-Interface und Hardware, die eine Ladeoptimierung erlaubt, in zukünftigen Fahrzeugen vorhanden. Mehrere Hersteller haben bereits eine 4G Kommunikationsschnittstelle zur Nutzung des Internets in Fahrzeugen angekündigt. Vor diesem Hintergrund liegen die Investitionen für On-Board Metering bei weniger als 100 Euro. Die zusätzliche Ausrüstung von Ladestationen mit Kommunikationsschnittstellen, Prozessoren und Displays erscheint daher überflüssig und zu teuer.

Der für 1.000 Fahrzeuge beispielhaft dargestellte Vergleich zwischen beiden Konzepten bestätigt die geringeren Investitionen beim On-Board Metering.

Außerdem werden beim On-Board Metering aufgrund der einfachen Ladeinfrastruktur im Feld geringere Betriebskosten erwartet. Darüber hinaus führt die Nutzung von im Fahrzeug vorhandenen Systemen zu einer höheren Erneuerungsrate, da die Fahrzeuglebensdauer mit durchschnittlich 12 Jahren wesentlich niedriger ist als die Lebensdauer der Netzinfrastruktur.

Ein Nachteil des On-Board Metering ist die Doppelmessung. Neben der Messung im Fahrzeug wird auch am nächsten stationären Zähler gemessen. Der Fahrstrom muss daher vom normalen Stromverbrauch abgezogen werden.

Mit Hinblick auf das Gesamtsystem kann dies aber auch zum Vorteil werden, weil neben einer gesonderten Besteuerung des Fahrstroms auch ein individueller Stromtarif möglich ist. Variable Stromtarife haben oft ein Akzeptanzproblem, weil diese nicht nur für flexible Verbraucher, sondern auch für alle anderen Verbraucher in einem Haushalt gelten. Durch On-Board Metering wird hier eine Trennung möglich, was insgesamt zu niedrigeren Strompreisen und einer höheren Verbreitung von variablen Tarifen führen könnte.

Die flexiblen Lade- und Antriebskonzepte der Elektromobilität ermöglichen einen schrittweisen Ausbau von Infrastruktur. Dabei bietet das On-Board Metering ein für andere Lösungen offenes System. Aufgrund der Kosteneffizienz beim Aufbau eines flächendeckenden Systems zum intelligenten Laden und der damit verbundenen Förderung der Netzintegration von Eneuerbaren Energien sollte On-Board Metering einen höheren Stellenwert bei der Strategiefindung von Fahrzeugherstellern einnehmen, zumal diese mit den Kunden auf der Nachfrageseite des Strommarkts agieren und daher natürliche Konkurrenten der Energieversorger sind.

David Dallinger, Simon Funke und Martin Wietschel
Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI
⇢ www.isi.fraunhofer.de

Veröffentlicht am 19. April 2013