Protokolle und Dienste für das Laden von Elektrofahrzeugen

Das Laden kann selbst dann scheitern, wenn der Stecker passt und beide Seiten dieselbe Spannung verarbeiten können. Eine vollständige Sitzung hängt außerdem von Signalisierung, digitalen Protokollen, Zugangsmedien, Betreibersystemen, Roaming-Verbindungen und Zahlungsdiensten ab.

Die Kommunikationsebenen

Beim Laden von Elektrofahrzeugen kommen mehrere Schnittstellen mit unterschiedlichen Aufgaben zum Einsatz:

Fahrzeug zur EVSE: Die Basissignalisierung stellt fest, dass ein Fahrzeug angeschlossen ist, und übermittelt sichere Stromgrenzen. Anschließend kann die High-Level-Kommunikation Ladeparameter, Identifikationsdaten, Zertifikate, Zeitpläne und Nachrichten zur Energieübertragung austauschen.
EVSE zum Managementsystem: Die Ladestation meldet ihren Status, empfängt Konfigurationen, prüft die Autorisierung, zeichnet Transaktionen auf und kann Ladegrenzen von einem zentralen System erhalten.
Betreiber zum Mobilitätsdienstleister: Roaming-Verbindungen tauschen Standorte, Verfügbarkeit, Tarife, Zugangsmedien, Sitzungen und Ladedatensätze zwischen Organisationen aus.
Vertrags- und Zahlungsdienste: Konten, Zertifikate, Bankkartenverarbeitung, Rechnungen und Abrechnung bestimmen, wer laden darf und wem Kosten berechnet werden.

Diese Ebenen hängen zusammen, sind aber nicht austauschbar. ISO 15118 deckt vor allem die High-Level-Kommunikation zwischen dem Kommunikationscontroller des Fahrzeugs und dem Kommunikationscontroller der Versorgungseinrichtung ab. OCPP verbindet eine Ladestation mit ihrem Managementsystem. Roaming-Protokolle verbinden Ladebetreiber, Mobilitätsdienstleister oder Hubs.

Der elektrische Energiepfad wird unter EV Charging: The Complete System behandelt, während Steckergeometrie und regionale Schnittstellen unter EV Charging Connectors and Inlets beschrieben werden.

Was vor und nach dem Energiefluss geschieht

Eine typische konduktive Ladesitzung durchläuft mehrere Prüfungen:

Stecker und Fahrzeugeingang werden verbunden, und Näherungs- oder Verriegelungsschaltungen zeigen den Verbindungszustand an.
Die Basissignalisierung teilt dem Fahrzeug mit, wie viel Strom die EVSE bereitstellen kann, und bestätigt, dass der Ladevorgang sicher beginnen darf.
Sofern unterstützt, stellt die High-Level-Kommunikation eine digitale Sitzung her und tauscht Fähigkeiten und Ladeparameter aus.
Der Fahrer oder das Fahrzeug legt ein Zugangsmedium vor. Eine lokale Liste oder ein Backend entscheidet, ob dieses autorisiert ist.
Ladestation und Fahrzeug schließen ihre Sicherheitssequenz ab. Beim DC-Laden stimmen sie außerdem Spannung und Strom aufeinander ab, bevor der Hochvoltpfad geschlossen wird.
Zählerwerte, Status und Transaktionsereignisse werden während der Energieübertragung aufgezeichnet.
Wenn die Sitzung endet, erstellt der Betreiber einen Ladedatensatz, und der zuständige Dienst stellt die Transaktion in Rechnung oder rechnet sie ab.

Nicht jede Sitzung nutzt jede Netzwerkebene. Eine private Wallbox kann lokal autorisieren und ohne aktive Cloud-Verbindung arbeiten. An einer öffentlichen Roaming-Sitzung können das Fahrzeug, die Ladestation, der Ladepunktbetreiber, der Mobilitätsdienstleister, die Roaming-Plattform und der Zahlungsabwickler beteiligt sein.

Authentifizierung, Autorisierung und Zahlung

Diese drei Begriffe beschreiben unterschiedliche Entscheidungen:

Authentifizierung prüft die Identität oder Gültigkeit eines Zugangsmediums, beispielsweise eines RFID-Tokens, App-Kontos, einer Bankkarte oder eines Fahrzeugzertifikats.
Autorisierung entscheidet, ob dieses Zugangsmedium an diesem Ladepunkt gemäß dem geltenden Vertrag oder den Ad-hoc-Bedingungen eine Sitzung starten darf.
Zahlung und Abrechnung übertragen Geld und verteilen Erlöse und Gebühren während oder nach der Sitzung.

Eine App kann einen Fahrer authentifizieren, die Autorisierung aber verweigert werden, weil die Ladestation außerhalb der Roaming-Abdeckung des Anbieters liegt. Eine Bankkarte kann Ad-hoc-Zahlungen ermöglichen, ohne dass ein Vertrag mit einem Mobilitätsdienstleister geschlossen wird. Europäische Vorschriften unterscheiden sinnvoll zwischen Ad-hoc-Laden und vertragsbasierter Zahlung und definieren getrennte Rollen für Betreiber und Mobilitätsdienstleister. EU Regulation 2023/1804 — Alternative fuels infrastructure

Plug & Charge und ISO 15118

Plug & Charge ermöglicht es einem kompatiblen Fahrzeug, über die Ladeverbindung ein Vertragszertifikat vorzulegen, sodass Authentifizierung und Autorisierung ohne eine separate Karte oder App-Aktion erfolgen können. Die Zertifikatskette und die unterstützende Public-Key-Infrastruktur helfen den Parteien bei der Entscheidung, ob dem Vertragsnachweis vertraut werden kann. CharIN — Plug & Charge

Plug & Charge ist kein Synonym für jede automatische Startmethode. Manche Systeme identifizieren ein Fahrzeug über ein Netzwerkkonto oder eine andere Fahrzeugkennung, ohne das Zertifikatmodell von ISO 15118 zu verwenden. Für den Fahrer können sich diese Methoden ähnlich anfühlen, obwohl sie unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Sicherheit, Datenschutz und Interoperabilität aufweisen.

ISO 15118 umfasst außerdem mehr als Plug & Charge. Die mehrteilige Normenreihe definiert Anwendungsfälle und die Kommunikation zwischen EV und EVSE für Funktionen wie Ladesteuerung, Identifikation, zahlungsbezogene Informationen, Zeitplanung und bidirektionale Energieübertragung. ISO 15118-2 und ISO 15118-20 repräsentieren verschiedene Generationen des Anwendungsprotokolls. Eine Angabe wie „unterstützt ISO 15118“ sollte daher den implementierten Teil und die Funktionen benennen. ISO 15118-1:2019 — General information and use-case definition ISO 15118-2:2014 — Network and application protocol requirements ISO 15118-20:2022 — Second-generation network and application requirements

Die Änderung von 2026 an ISO 15118-20 ergänzt AC-Dienste für dezentrale Energieressourcen und das Megawatt Charging System sowie ein überarbeitetes Sicherheitskonzept. Durch die Veröffentlichung werden ältere Fahrzeuge oder Ladestationen nicht mit diesen Funktionen kompatibel. ISO 15118-20:2022/Amd 1:2026 — AC DER, MCS, and security amendment

OCPP, Roaming und Betreiberrollen

Das Open Charge Point Protocol (OCPP) wird zwischen einer Ladestation und einem Ladestationsmanagementsystem eingesetzt. Es kann Funktionen für Autorisierung, Transaktionen, Gerätemanagement, Überwachung, intelligentes Laden und die Unterstützung von ISO 15118 übertragen. OCPP-Unterstützung belegt nicht, dass ein Fahrzeug und eine Ladestation Plug & Charge nutzen können, denn auch die Fahrzeugschnittstelle, Zertifikate, Backend-Integrationen und der Mobilitätsvertrag müssen funktionieren. Open Charge Alliance — Open Charge Point Protocol

Ein Ladepunktbetreiber (CPO) verwaltet und betreibt Ladepunkte und stellt den Ladedienst bereit. Ein Elektromobilitätsdienstleister (eMSP) verkauft Fahrern Ladedienste oder Ladeverträge. Ein Unternehmen kann beide Rollen übernehmen, aber beim Roaming wird der eMSP eines Fahrers häufig mit einem anderen CPO verbunden.

Das Open Charge Point Interface (OCPI) ist ein Protokoll für diesen Austausch zwischen Betreiber und Dienstleister. Es kann Standorte, Tarife, Zugangsmedien, Sitzungen, detaillierte Ladedatensätze und Befehle übertragen. Andere bilaterale oder Hub-Protokolle können eine ähnliche Rolle erfüllen. Die Roaming-Unterstützung muss daher zwischen den konkreten Anbietern geprüft werden, statt sie aus dem Stecker oder Fahrzeug abzuleiten. EVRoaming Foundation — Open Charge Point Interface

Eine Reservierung fügt eine weitere Abhängigkeitskette hinzu. Die App oder der Anbieter muss sie anfordern, das Betreiber-Backend muss sie akzeptieren und die Ladestation muss sie gegenüber anderen Nutzern durchsetzen. Eine Reservierung kann den Zugang zu einem Ladepunkt sichern, aber nicht garantieren, dass die Hardware funktionsfähig oder erreichbar ist oder bei Ankunft des Fahrzeugs die beworbene Leistung liefern kann.

Warum kompatible Systeme dennoch ausfallen

Die Fehlerstelle unterscheidet sich oft vom sichtbaren Symptom:

Ein Fehler am Stecker oder an der Verriegelung verhindert die physische Verbindungsaufnahme.
Eine Abweichung bei Signalisierung oder Protokoll verhindert, dass sich Fahrzeug und EVSE auf eine Sitzung einigen.
Ein abgelaufenes oder nicht vertrauenswürdiges Zertifikat blockiert Plug & Charge.
Ein Ausfall zwischen Ladestation und Backend verhindert die Online-Autorisierung, obwohl die Leistungshardware funktioniert.
In einer Roaming-Vereinbarung fehlen die erforderlichen Zugangs-, Tarif- oder Standortdaten.
Die Sitzung beginnt, aber die Verarbeitung der Zahlung oder des Ladedatensatzes scheitert später.

Fahrer sollten daher mehr als nur den Steckertyp prüfen. Sinnvolle Fragen sind, ob Fahrzeug und Ladestation dieselben ISO-15118-Funktionen unterstützen, ob das Netzwerk Plug & Charge für dieses Fahrzeug und diesen Vertrag aktiviert, ob der Anbieter des Fahrers mit dem Betreiber Roaming vereinbart hat, welche Ad-hoc-Zahlungsmethode verfügbar ist und was geschieht, wenn die Ladestation ihre Verbindung verliert.

Die Gestaltung öffentlicher Schnellladestandorte, Leistungsverteilung, Zuverlässigkeit und Folgen für die Routenplanung werden unter DC Fast Charging behandelt.