Image: Verbesserte Ladestationen für E-Autos nach EichrechtPrüfsystem für die E-Säule: Ladestationen nach Eichrecht | alexsl
TechnikLaden ohne Eichstrich

Verbes­serte Lade­sta­tionen für E-Autos nach Eich­recht

Lesezeit ca.: 4 Minuten
Rüdiger Vossberg

Rüdiger Voßberg

freier Journalist

Alle zwei Jahre kontrolliert das Eichamt Zapfsäulen an Benzintank­stellen. So soll sicherge­stellt werden, dass die Kraftstoff­menge stimmt. In Zukunft brauchen auch Elektrofahr­zeuge Ladeeinrich­tungen, die transparent und nachvoll­ziehbar Verbrauch und Kosten erfassen. Damit das Verlustri­siko beim elektrischen Stromtanken möglichst gering bleibt, haben Ingenieure der Physikalisch-Technischen Bundesan­stalt (PTB) ein Prüfsystem für die E-Säule entwickelt.

22. Oktober 2019

An der Ladesäule geht es nicht immer mit rechten Dingen zu: Denn Schnellla­de­sta­tionen auf Gleichstrom-Basis (DC) sind noch nicht auf die korrekte Messung der abgegebenen Kilowatt­stunden eingestellt. Die Ladeinfra­struktur muss erst an das deutsche Eichgesetz angepasst werden.

Ladesäulen­be­treiber dürfen sich deshalb mit einem Kniff behelfen: Gemessen wird nicht der abgegebene Gleichstrom, sondern der Wechselstrom (AC), der an den Schnellla­de­säulen aus dem Stromnetz ankommt. Dies entspricht aber nicht derselben Energie durch Gleichstrom, die an das Fahrzeug abgegeben wird. Denn bei der AC/DC-Umwandlung in der Ladesäule geht Energie verloren.

Diese Ladeverluste an Gleichstrom-Schnellla­de­säulen mit einer Leistung von mehr als 24 Kilowatt werden von den Eichämtern auf 20 Prozent geschätzt. Deshalb gilt dort noch die Pi-mal-Daumen-Regelung: den Stromabneh­mern wird ein Fünftel weniger Strom in Rechnung gestellt als real mit dem Wechselstrom­zähler gemessen wurde.

Bei Flat-Rate-Angeboten für den Ladestrom oder Tarifen mit einer monatlichen Pauschale findet das Eichrecht nämlich keine Anwendung. Verbrauchs­ab­hän­gige Tarife werden aber immer häufiger von den Verbrauchern nachgefragt, so dass früher oder später alle öffentli­chen Ladesäulen, Tarifmodelle nutzen werden, die dem Eichrecht unterliegen.

Lizenz zum Eichen

Knapp 21.000 öffentliche Ladepunkte gibt es nach Angaben des Bundesver­bands der Energie- und Wasserwirt­schaft (BDEW) aktuell in Deutschland (Stand August 2019). Deren Betreiber dürfen wohl bald Besuch vom Eichamt erwarten. Denn seit 1. April 2019 dürfen nur noch „konformi­täts­be­wer­tete DC-Messsysteme“ eingebaut werden. Ein mögliches Prüfwerk­zeug dafür steht jetzt zur Verfügung und kommt von der PTB aus Braunschweig.

Mit dem so genannten In-Kabel-Leistungs­mess­system kann nun die elektrische Energie, die aus der Säule in ein Elektrofahr­zeug übertragen wird, exakt gemessen werden. Aber einfach nur einen Akku anschließen, laden und messen was angekommen ist, reicht für die Eichung nicht aus. Die Physik der beteiligten Systeme ist kompliziert, deshalb mussten die Ingenieure einen eigenen Simulator für die Fahrzeug­kom­mu­ni­ka­tion mitentwi­ckeln.

Auf dem Prüfstand

„Unser Simulator muss sich gegenüber der Ladesäule als Auto ausgeben, sonst funktioniert die Prüfung nicht“, erklärt Dr. Christoph Leicht von der Arbeitsgruppe Messeinrich­tungen und -systeme für Elektrizität an der PTB. Denn nur mit Hilfe dieser Simulation können die Ingenieure die Säule überhaupt dazu bewegen, definierte Energie abzugeben, um dann zu prüfen, wie sich die Säule bei einem realen Energietrans­port durch die Leitungen zum Akku verhalten würde.

Eine Überprüfung an Ort und Stelle ist vergleichs­weise aufwendig, denn irgendwo muss die Energie ja hin, die von der Ladesäule – wenn auch nur zu Testzwecken – geliefert wird. Auf dem Braunschweiger Prüfstand haben die Ingenieure die Säulen besser im Griff und können den abgezapften Strom wieder ins Netz zurückspeisen.

Für ihre Messungen reicht den Ingenieuren pro Prüfpunkt das Energiespek­trum von einer bis zehn Kilowatt­stunden. Davon abhängig dauern die einzelnen Tests zwischen wenigen Sekunden bei hoher Energiedichte und bis zu mehreren Stunden für geringe Eingangs­werte. Dabei liegt die Dynamik zwischen einem und einigen 100 Ampere und bietet so den Ingenieuren eine große Matrix an Testpunkten für ihre umfangrei­chen Messreihen.

Die Anforderungs­liste, gegeben durch das Eichgesetz ist lang und betrifft unter anderem die Anzeige der Ladewerte, die Speicherung und den dauerhaften Nachweis der Messergeb­nisse, die Messbestän­dig­keit und Reproduzier­bar­keit sowie den Schutz gegen ihre Verfälschung. Selbst die Zeitmessung in der Ladesäule muss unter Umständen überprüft und geeicht werden.

Das Zeitproblem

Ist der Preis der Energie abhängig von der Uhrzeit, muss für den Nutzer der Ladesäule sicherge­stellt sein, dass die Uhrzeit der Ladesäule 18.14 Uhr auch der realen Ortszeit entspricht. Genauso sollte sich auch der Betreiber darauf verlassen können, dass seine Ladesäule gegen eine Manipula­tion der Zeitmessung von außen nach dem Stand der Technik geschützt ist.

Dafür wird ein neues Sicherheits­pro­to­koll mit dem Namen Network Time Security (NTS) eingesetzt, dass die internatio­nale Standardi­sie­rungs­or­ga­ni­sa­tion IETF unter Beteiligung der PTB entwickelt hat. „Damit wird der Zeitempfänger jetzt in die Lage versetzt, die Identität seines Zeitgebers eindeutig zu verifizieren und damit sicher zu sein, den richtigen Server zu verwenden“, berichtet der zuständige PTB-Referats­leiter Dr. Dieter Sibold. Darüber hinaus bieten die eingesetzten kryptogra­fi­schen Verfahren ein hohes Maß an Sicherheit gegen das Verfälschen einzelner Pakete der Datenkom­mu­ni­ka­tion – von Amts wegen geeicht.