umlaut Breakout-Box

Case

Wann wird laden so einfach wie tanken?

Bidirektionales Laden, WLAN an der Säule, neue internationale Standards: wie umlaut die Interoperabilität voranbringt

Elektrogeräte wie Handy oder Laptop können problemlos überall und jederzeit geladen werden, sofern das passende Kabel und eine Steckdose zur Hand sind. Auf Reisen sorgt ein Adapter für die jeweilige Region für einfache Abhilfe. Davon können Nutzer von Elektroautos aktuell oft nur träumen. Denn nicht jedes Fahrzeug kann mit jeder Ladesäule geladen werden, die Interoperabilität ist oft nicht gegeben. Beim Laden des Smartphones verdächtigen die wenigsten das Kabel oder die Steckdose als Auslöser für Ladeschwierigkeiten. In der Elektromobilität ist das bislang anders, die Probleme liegen genauso oft an der Ladesäule wie am Fahrzeug. Diese Interoperabilitätsprobleme sind ein Hauptgrund für bislang geringe Akzeptanz in der breiten Masse und somit ein zentraler Fokuspunkt in Absicherungsstrategien. Der Weg zum reibungslosen Laden von Elektroautos erfordert immer wieder Pioniergeist und -arbeit.

Testfahrten zur Ladeabsicherung seit rund zehn Jahren

Als die ersten, noch spärlich gesäten Elektroauto-Prototypen und vereinzelte Ladesäulen zur Verfügung standen, waren umlaut Experten bereits auf den ersten Ladeabsicherungsfahrten unterwegs. Reichweiten der Fahrzeuge, ein löchriges Ladesäulen-Netz und die Geschwindigkeit des AC-Ladens (Wechselstrom) zwangen die Testing-Teams dazu, die Fahrzeuge auf Anhänger zu verladen und sie so von Ladesäule zu Ladesäule zu transportieren. Die während der Testfahrten gesammelten Daten wurden mehr oder weniger händisch zusammengetragen und die Ergebnisse sagten hauptsächlich aus, ob der Ladevorgang erfolgreich war oder nicht.

Problembehebung „on the Road“

Die Anzahl an Elektroautos hat sich seit 2012 weltweit mehr als ver-50-facht. Ebenso ist die Zahl installierter Ladesäulen deutlich gestiegen. Das verschafft den Endverbrauchern nicht nur eine größere Fahrzeugauswahl und erleichtert die Nutzung ihres Elektrofahrzeugs. Gleichzeitig steigt dabei der Bedarf an Ladeabsicherungsfahrten für die Fahrzeughersteller, um eine hinreichende Marktabdeckung bei der Absicherung zu erreichen. „Mit dem wachsenden Markt und steigenden Komplexität erhöht sich zugleich die Menge an Daten, die zur Absicherung des Ladevorgangs erhoben werden“, sagt Dr. Sabine Hug, Managerin für EV Charging bei umlaut. „Schnell fiel auf: Wir benötigen die Auswertungen nicht nur schneller, sondern auch deutlich detaillierter.“

Und dafür waren noch keine passenden Werkzeuge auf dem Markt. umlaut Experte Dr. Maximilian Boy ist Softwareentwickler mit jahrelanger Testfahrt-Erfahrung und erinnert sich noch genau an die Zeit: „Um den Ansprüchen unserer Kunden und unseren eigenen gerecht zu werden, konnten wir nicht einfach sagen ‚Diese Anforderung lässt sich so leider nicht testen‘. So haben wir beispielsweise damals direkt während der Fahrt Code geschrieben, um die notwendige Datenerhebung künftig automatisiert zu ermöglichen und tagesaktuell Berichte an den Kunden liefern zu können.“ Durch Teilautomatisierungen und Anpassungen des Testprozesses konnten Boy und weitere Testingenieure die Liefergeschwindigkeit der Testergebnisse erhöhen. „Während wir bei der ersten Testfahrt noch abends im Anschluss Präsentationen erstellt haben, konnten wir später direkt nach Erfassung der Daten und Durchführung der Tests automatisiert einen Testbericht für den Kunden bereitstellen,“ sagt Boy.

Ladeabsicherungsfahrten

Ladeabsicherungsfahrt in Südeuropa - 6.400 km, 95 Standorte, ca. 150 Tests

Von der „Blackbox“ zur Breakout-Box

Neben der Geschwindigkeit der Datenauswertung stieg über die Jahre auch die Menge der Daten. Ohne spezielles Testequipment konnten zuvor nur die Fehlermeldungen des Fahrzeugs oder der Ladesäule selbst ausgelesen werden. Einige Tests waren damit nicht durchführbar und blieben ohne ergänzende Messdaten irrelevant – die Daten liefen in eine Art Blackbox. „Nachdem das von unseren erfahrenen Testern benötigte Equipment in der Form nicht erhältlich war, entwickelten unsere Testingenieure sogenannte Breakout-Boxen selbst“, erklärt Hug. „Diese werden zwischen Fahrzeug und Ladesäule gesteckt und ermöglichen dadurch den Zugriff auf die ausgetauschten Signale und Werte.“ Mittlerweile hält umlaut mehrere Generationen dieser Boxen im Repertoire bereit – sowohl für Wechselstrom (AC)- als auch für Gleichstrom (DC)-Ladesäulen. Es gibt Lösungen für den europäisch-amerikanischen Combined Charging System Standard (CCS) als auch für den chinesischen GB/T-Standard sowie eine universelle Multi-Breakout-Box. Mit diesem maßgeschneiderten Equipment ermöglicht umlaut heute weitere Messungen und Tests, wie beispielsweise die Messung von Ladestrom und -Spannung oder auch Signalunterbrechungen des chinesischen Standards – „das sind wichtige Stresstests sowohl für das Fahrzeug als auch die Ladesäule“, so Hug.

Internationale Standards

Durch die engen Kooperationen mit allen relevanten Stakeholdern in der Ladekette –OEMs, Zulieferer bis hin zu Ladesäulenherstellern – ist es umlaut als objektiver, externer Berater möglich, die unterschiedlichen Interpretationen der internationalen Kommunikationsprotokolle zu bündeln und zwischen den verschiedenen Interessenvertretern zu vermitteln. Aktuell unterstützen die Testing-Teams unter anderem bei der Entwicklung des internationalen Standards ChaoJi und bieten spezialisiertes Testequipment an.

Künstliche Intelligenz zur Fehlerbehebung

Was in den Anfängen der Ladeabsicherungsfahrten eher durch Tüfteleien und aus Eigeninitiative begann, haben die Testingenieur-Teams mittlerweile professionalisiert: „Wir arbeiten daran, sämtliche Daten zur Ladeabsicherung vollautomatisiert auszuwerten“, so Hug. „Zur Fehlerklassifizierung bedienen wir uns dafür an Machine-Learning-Lösungen. Außerdem entwickeln unsere Experten Technologien, um Fehlerfälle aus dem Feld schon an den von uns betreuten Prüfständen abtesten zu können.“ So können einige Anforderungen, insbesondere reine Kommunikationsfehler, bereits vorab am Prüfstand abgetestet werden. „Das spart unseren Kunden Zeit und Geld und ermöglicht uns während der Fahrten den Fokus auf weiterführende Testinhalte zu richten“, erklärt sie.

Globaler Wissenstransfer

Dank der weltweiten Aufstellung verfügt umlaut über ein Netzwerk, das die neuen Services global anbieten und damit lokal agieren kann. So werden die Testfahrten zur Ladeabsicherung heute unter anderem in USA, Asien und Europa durchgeführt. Wobei sich die globalen Testing-Teams gegenseitig unterstützen, Wissen und Fähigkeiten bündeln und sich gegenseitig ergänzen.

Testfahrten zur Ladeabsicherung heute

Von einer vollständigen Interoperabilität - alle Fahrzeuge können an allen Ladesäulen elektrisch geladen werden – sind wir auch heute noch weit entfernt. Doch die Entwicklungen des Elektromobilitätsmarktes versprechen nach wie vor einen großen Bedarf an innovativen Lösungen. umlaut macht sich auf den Weg und rückt neue Testing-Kriterien und Funktionen in den Fokus:

  • Der Bedienungskomfort ist ein essenzieller Faktor für die Akzeptanz der Elektromobilität; etwa durch das Thema Plug & Charge, bei dem sich das Auto selbst an der Ladesäule authentifiziert und bezahlt. Die nötige Datensicherheit beim Laden wird unter anderem durch Transport Layer Security (TLS)-Verschlüsselung erzeugt, um Missbrauch zu verhindern. In engem Austausch mit den OEMs und Ladesäulenbetreibern arbeitet umlaut daran, diese Funktion erfolgreich in den Markt zu bringen.
  • Aus dem Bereich der User Experience kommen neue Features hinzu, die neben der standardmäßigen Absicherung des Ladevorgangs getestet werden müssen. Dazu gehört beispielsweise funktionsfähiges WLAN für Kunden an der Ladesäule.
  • Die Technologien für bidirektionales Laden werden immer ausgereifter. Dabei gilt es abzusichern, inwiefern die Energie des Elektroautos ins Netz zurück gespeist werden kann oder wie sie genutzt wird, um andere Geräte zu laden.