Noch sind die Maschen im Versorgungsnetz der Elektromobilität locker geknüpft.

Bild: Carlo Gavazzi; iStock, shulz

Die Komplexität des Ladens Messung und Abrechnung an der Stromtankstelle

20.11.2019

Der Umbau der Mobilität hin zum Elektroauto schreitet langsam voran. Doch noch sind die Maschen im Versorgungsnetz locker geknüpft, und noch gehört das Messsystem in der Ladesäule zum Bremsklotz der E-Mobilität.

Eigentlich ist die Messung von Stromverbrauch kein Hexenwerk. Stromzähler für jeden Haushalt sind in allen Gebäuden installiert, die, da sie Abrechnungszwecken dienen, geeicht sein müssen. Dabei muss die Eichung der Energiezähler der europäischen Messgeräterichtlinie 2004/22/EG MID (Measurement Instruments Directive) entsprechen.

Die Vorgaben der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) jedoch lassen die Komplexität der Messeinrichtung für öffentliche Ladepunkte gegenüber dem Haushaltszähler in die Höhe schnellen. Denn zum Schutz der Verbraucher fordert sie, dass nicht nur die Messung, sondern auch der gesamte Abrechnungsprozess dem nationalen Recht entspricht. An der Stromtankstelle soll es so zugehen wie an der Tankstelle für Kraftstoffe. Die wesentlichen Punkte sind dabei:

  • Dem Kunden ist nur die Strommenge zu berechnen, die tatsächlich geladen wurde. Die Betreiber kommerzieller Ladestationen dürfen keine Pauschale oder einen von der Ladezeit abhängigen Betrag fürs Stromtanken erheben, sondern müssen das Entgelt nach den tatsächlich abgegebenen Kilowattstunden berechnen.

  • Bei Ladepunkten müssen das aktuelle Datum, die aktuelle Uhrzeit, der aktuelle Zählerstand, der Zählerstand beim Start des Ladevorgangs, der Zählerstand beim Ende des Ladevorgangs, die bereits geladene Energie und die aktuelle Ladeleistung dargestellt werden. Weiterhin müssen der öffentliche Schlüssel der Messkapsel (Public Key), die ID-Nummer des Zählers und des Versorgungspunktes und die aktuelle Softwareversion der Ladesäule ersichtlich sein.

  • Die angezeigten Werte an der Ladesäule müssen mit den Angaben an unterschiedlichen Ableseeinrichtungen, zu denen sie übertragen werden, übereinstimmen und vor Manipulation geschützt sein. Hierzu gehören das Backend, also die Verrechnungsstelle, oder eine App auf dem Mobiltelefon des Kunden.

  • Damit ein Nutzer später nachvollziehen kann, wann er wo wieviel Strom zu welchem Preis getankt hat, müssen von jedem Ladevorgang zusätzlich zum kWh-Wert die Identifikationsnummer des Zählers, das Datum und die Uhrzeit zusammen mit der Identifikationsnummer des Vorgangs erfasst und gespeichert werden.

  • Der Nachweis über die regelkonforme Funktionsfähigkeit für den Zähler ist per MID-Zertifizierung nachzuweisen und bei jeder Änderung am Zähler erneut zu erbringen. Ein Beispiel für einen MID-konformen Zähler, der die Vorgaben des Eichrechts erfüllt und für Abrechnungszwecke in öffentlichen Ladesäulen zugelassen ist, ist eine Sonderversion der Energiezähler für Drehstromlasten EM340 von Carlo Gavazzi.

Ein Zähler allein jedoch macht noch keine Messlösung für eine Ladestation. Damit ein Messsystem daraus wird, mit dem sich die PTB-Vorgaben umsetzen lassen, müssen Zähler und Display mit weiteren Komponenten kombiniert werden. Der Entwurf der Anwendungsregel E VDE-AR-E 2418-3-100 von 2018-07 legt fest, wie Messsysteme für Ladeeinrichtungen aufgebaut werden müssen. So wird zunächst ein Laderegler (Charge Controller) benötigt, der die Kommunikation der Ladesäule mit der Batterie des Fahrzeugs bewerkstelligt und die Ladestromaufnahme über den Wechselrichter im Fahrzeug steuert. Da bei der Stromtankstelle in der Regel online abgerechnet wird, ist weiterhin eine RFID-Einheit erforderlich, über die sich der Benutzer vor dem Ladevorgang mit einer Karte authentifiziert.

Stromzähler, RFID-Einheit und Laderegler erzeugen Daten, die teilweise untereinander abgeglichen und zusammen mit der Identifikationsnummer des Zählers, dem Datum, der Uhrzeit und der Versionsangabe der Software im Datenspeicher gespeichert werden. Die entsprechenden Daten müssen vor Ort an einer Live-Anzeige für den Kunden ersichtlich sein.
Das Datenprotokoll muss über das Internet an das Backend sowie an weitere Anzeigemöglichkeiten, beispielsweise auf eine App des Smartphones des Verbrauchers, übertragen werden. Nur so lassen sich die Daten für Bezahlprozesse verwenden. Und nur so kann ein Verbraucher die Werte auch zu einem späteren Zeitpunkt prüfen, ohne dass er dazu an die Ladesäule fahren muss. Die sogenannte Transparenzsoftware ermöglicht die gesicherte Übertragung der Daten zur Abrechnungsstelle und von da zum Verbraucher. Diese Software erlaubt zusätzlich, bei Bedarf, eine nachträgliche Kontrolle der Abrechnungsdaten. Dabei bedient sich die Software der gespeicherten signierten Daten aus der Ladesäule sowie des sogenannten Public Key, also dem öffentlichen Schlüssel der Messkapsel, der an der Ladestation angezeigt wird.

Verplombte Messkapseln gegen Manipulationen

Nun ist MID gewissermaßen eine alte Richtlinie. Sie enthält Vorschriften fürs Messen und Anzeigen, aber keine für die Datenübertragung. Da personenbezogene Daten bei der Abrechnung eine Rolle spielen, deren Behandlung die Datenschutzgrundverordnung (DSGVO) reguliert, werden sie vor der Übertragung mittels eines Krypto-Controllers digital signiert und verschlüsselt. So sollen die Manipulation der Abrechnung und der Datenzugriff durch Unbefugte ausgeschlossen werden – eine Forderung des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) zum Schutz der Bürger. Die Komponenten Stromzähler, RFID-Einheit, Laderegler, Display und Krypto-Controller kauft der Anbieter von Ladesäulen von unterschiedlichen Herstellern; sie werden in einer sogenannten Messkapsel zusammengefasst. Dass sie regelkonform arbeitet, ist mit einer Baumusterprüfbescheinigung der PTB nachzuweisen. Nach der Einzelprüfung wird die Messkapsel geschlossen und verplombt, damit jegliche Manipulation ausgeschlossen werden kann. Bei jeder Änderung an einem der Bestandteile, sei es auch nur durch ein Firmware-Update, ist eine erneute Abnahme der Messkapsel erforderlich. Vergleichbar ist sie mit dem Haushaltszähler im Keller, bei dem es sich inklusive der Zuleitungen ebenfalls um ein geschlossenes System handelt.

Eichrechtskonforme Abrechnung

Angesichts der Komplexität ist es nicht einfach, eine Baumusterprüfbescheinigung für eine öffentliche Ladepunkt-Lösung zu erhalten und damit die Bescheinigung, dass sie allen mess- und eichrechtlichen Anforderungen genügt und einen für den Kunden transparenten und nachvollziehbaren Lade- und Abrechnungsvorgang gewährleistet. Inzwischen jedoch nimmt die Zahl der zertifizierten Ladesäulen zu. Ursprünglich sollte die Umrüstung per 1. April 2019 vollzogen sein. Um zu verhindern, dass im Ladestellennetz Lücken durch die Abschaltung nicht konformer Ladesäulen entstehen, wurde mit der Aufsichtsbehörde ein Bestandsschutz vereinbart. Das erlaubt den Betreibern, die bestehen Ladesäulen bis zu einem mit der Aufsichtsbehörde vereinbarten Termin nachzurüsten.

Bildergalerie

  • Ein MID-konformer Zähler ist die Sonderversion des Energiezählers EM340 von Carlo Gavazzi.

    Bild: Carlo Gavazzi

  • Bild: Carlo Gavazzi

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