Ladegerät für Elektroautos in Tiefgarage

OCPP: Von der Ladeabrechnung bis hin zum Smart Charging

Das Open Charge Point Protocol (OCPP) ist ein Kommunikationsprotokoll zwischen Ladestationen und einem zentralen Managementsystem (auch Backend genannt), das von Ladestationsbetreiber*innen (in Englisch „Charging station operators“) genutzt wird. Es wird besonders im Bereich des öffentlichen Ladens und beim Laden von Fuhrparks eingesetzt. Diese zentrale Steuerung von Ladestationen über ein Managementsystem ist typischerweise für die Abrechnung der Ladevorgänge und für die Überwachung der Ladepunkte zuständig. Mit der Weiterentwicklung von Ladeinfrastruktur und deren intelligenten Funktionen bietet diese Kommunikationsschnittstelle immer zahlreichere und vielfältigere Services an. 

Das OCPP wird von der Open Charge Alliance (OCA) entwickelt, eine in den Niederlanden ansässige, internationale Organisation mit führenden Akteur*innen aus dem Bereich der Ladeinfrastruktur. Das Protokoll ist kostenlos und für jede*n frei verfügbar. Es hat sich zudem als Standard etabliert, was wichtige Vorteile für ihre Nutzer*innen bietet: Ladesäulenhersteller*innen und Ladestationsbetreiber*innen erhöhen ihre Interoperabilität durch die Tatsache, dass sie das gleiche Kommunikationsprotokoll implementiert haben. So sind ihre Produkte oder Lösungen mit einer signifikant höheren Anzahl an anderen Systemen kompatibel, als wenn sie proprietäre oder wenig verbreitete Kommunikationsprotokolle nutzen würden. Durch die Verwendung können auch Geld und Zeit bei der Softwareentwicklung gespart werden, weil dieser Standard zahlreiche Funktionen enthält und beschreibt, die bereits durch viele Anwender*innen getestet wurden. Darüber hinaus organisiert die OCA regelmäßig Testevents zusammen mit ihren Nutzer*innen (sog. „Plugfeste“), damit diese ihre OCPP-Implementierung gegenseitig testen können. Zudem wurde eine unabhängige Zertifizierung von OCPP 1.6 im Jahr 2019 eingeführt, um die konforme Umsetzung in einer Ladestation oder in einem Managementsystem zu belegen. 

Dies erklärt bereits zum Teil, warum die OCPP-Kommunikation aktuell so erfolgreich und weit verbreitet ist. 

OCPP Basisfunktionalität 

Von Anfang an (die erste Version war 2013 bereits erhältlich) hat das OCPP wichtige Basisfunktionen unterstützt, die mit der Zeit stetig weiterentwickelt und ausgebaut wurden: 

  • Zum Beginn eines Ladevorgangs an einer öffentlichen Ladestation muss sich die*der Fahrzeugnutzer*in identifizieren, damit die Transaktion autorisiert wird. Das OCPP sorgt für den passenden Datenaustausch mit dem zentralen Managementsystem je nach Autorisierungsmethode (RFID-Karte, mobile App, Zertifikat aus ISO-15118, etc.). 
  • Das Managementsystem ist zu jedem Zeitpunkt über den Zustand der Ladepunkte informiert (verfügbar, belegt, fehlerhaft, etc.). Seit OCPP 1.5 gibt es auch die Möglichkeit Ladepunkte für einen bestimmten Zeitraum aus der Ferne vorab zu reservieren. 
  • Für die Abrechnung einer Transaktion werden relevante Messdaten (Ladeenergie, Ladezeit, Ladeleistung, etc.) an das Backend übertragen. Tarifinformationen können auch umgekehrt an die Ladestation kommuniziert werden, um diese auf einem Bildschirm für den*die Fahrzeugnutzer*in zur Verfügung zu stellen. 
  • Neue Software für die Ladestation kann „over-the-air“ aktualisiert werden, das heißt ohne dass ein*e Techniker*in vor Ort sein muss. 
  • Fehlerzustände können automatisch an das Backend übermittelt werden. 
  • Das zentrale Managementsystem kann die Konfiguration und diverse Einstellungen der Ladestation einsehen und bei Bedarf ändern.

    Eine Übersicht der Funktionalitäten nach der jeweiligen OCPP-Version gibt es übrigens in der Tabelle am Ende des Beitrags. 

Smart Charging und OCPP 

Mit Smart Charging wird die OCPP-Schnittstelle noch interessanter. Bei Smart Charging geht es darum, das Stromnetz zu schonen und das Laden kostengünstiger und umweltfreundlicher zu machen, indem die Ladeleistung über die Zeit gesteuert wird. Nachfolgend werden verschiedene Arten von Smart Charging beispielhaft beschrieben: 

  • Das Lastmanagement ist sicher die am stärksten verbreitete Anwendung. Ziel in diesem Fall ist die Ladeleistung der Elektrofahrzeuge so zu regeln, dass die maximale Leistungsgrenze am Netzanschluss nie überschritten wird. Ein Ausbau der Netzinfrastruktur und damit verbundene Kosten werden dadurch vermieden. Man spricht von dynamischem Lastmanagement, wenn die Leistungsgrenze aller Ladepunkte unter Berücksichtigung des aktuellen Stromverbrauchs des Gebäudes hinter demselben Netzanschluss dynamisch angepasst wird. 
  • Das Peak Shaving kann man als Variante des Lastmanagements sehen: ab einem bestimmten jährlichen Stromverbrauch zahlen Unternehmen Netzentgelte, die von ihrer maximalen Leistungsspitze im Jahr abhängen. Das Ziel vom Peak Shaving besteht also darin, diese Leistungsspitze durch gezielte Ladeleistungsreduzierung zu kappen, so dass Netzentgelte in der Stromrechnung günstiger werden. 
  • Das intelligente Fuhrparkmanagement ist auch oft mit dem Lastmanagement verbunden: hier werden die Ladevorgänge zwischen den angesteckten Fahrzeugen nach Mobilitätsbedarf priorisiert. Das heißt zum Beispiel, dass Fahrzeuge mit einer früher geplanten Abfahrtszeit bevorzugt geladen werden, wenn nicht alle Fahrzeuge parallel mit voller Leistung geladen werden können. Fahrzeuge die erst zu einem späteren Zeitpunkt benötigt werden können so mit einer niedrigeren Leistung geladen werden. 
  • Mit dem tarifoptimierten Laden werden die Fahrzeuge bevorzugt in Zeitfenstern geladen, wenn der Strom günstig ist. Hier sollten aber natürlich die Mobilitätwünsche der Fahrzeugnutzer*innen berücksichtigt werden. 
  • Die Erhöhung von Solarstromeigenverbrauch ermöglicht es die Ladephasen mit den Zeiträumen zu synchronisieren, in denen Überschuss von erzeugtem Strom durch eine PV-Anlage besteht. So kann mehr Strom von der PV-Anlage durch Eigenverbrauch genutzt werden und dementsprechend weniger Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen und bezahlt werden. 

Eine zusätzliche Erweiterung zum Smart Charging bietet das bidirektionale Laden, bei dem Elektrofahrzeuge als Stromspeicher betrachtet werden und je nach Bedarf im Haus- oder Stromnetz geladen bzw. entladen werden können. Ihr Verhalten ist mit dem von Stationärspeichern vergleichbar. 

Alle diese Arten von intelligenter Ladesteuerung lassen sich mit einem zentralen Managementsystem vernetzt und flexibel ausführen. Hier spielt die OCPP-Kommunikation eine wichtige Rolle. Zuerst braucht das Backend viele Informationen von der Ladestation vor und während des Ladevorgangs (Identifikation von Ladepunkt/Fahrzeug/Vertrag, aktueller Ladezustand, Leistungsgrenzen, mögliche Lademodi, Ladewünsche wie Abfahrtzeit und Ziel-Ladezustand, etc.), die durch die OCPP-Schnittstelle eingesammelt werden. Mit diesen Informationen kann dann das Managementsystem Ladepläne optimal und individuell berechnen und diese durch OCPP an die Ladestationen für jede Art von Smart Charging verteilen. Ein Monitoring der Ladevorgänge lässt sich auch durch OCPP realisieren, so dass eine zentrale Instanz überwachen kann, ob die Fahrzeuge erwartungsgemäß geladen werden. Wenn Abweichungen, Fehler oder unerwartete Ereignisse auftreten, kann das Backend informiert werden und ggf. geeignete Maßnahmen ergreifen. Schließlich können viele Einstellungen der Ladestation durch OCPP zentral ausgelesen und geändert werden. Somit bietet das OCPP ein umfangreiches und standardisiertes Funktionalitätspaket, das eine zentrale und intelligente Ladesteuerung unterstützt. 

Fazit 

Das OCPP bietet etliche Vorteile für Ladesäulenhersteller*innen und Ladestationsbetreiber*innen, wie eine Interoperabilität zwischen den Akteur*innen, ein standardisiertes und erprobtes Protokoll, das Entwicklungskosten reduzieren kann, eine Kompatibilität mit wichtigen anderen Standards wie die ISO 15118, einen gesicherten Kommunikationskanal und einen breiten Funktionalitätsumfang, der sich kontinuierlich ausbaut.  Deswegen hat sich das OCPP, zumindest in Europa, als wichtigster Standard für die Kommunikation zwischen Ladestationen und zentralen Managementsystemen etabliert. Sogar so gut, dass das OCPP in einen internationalen Standard (IEC 63110) überführt werden soll.  

Das OCPP ist zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht für das bidirektionale Laden befähigt. Jedoch arbeitet die OCA unter anderem auch mit Inputs von der VISPIRON SYSTEMS GmbH daran, dass demnächst eine OCPP-Version das bidirektionale Laden in Verbindung mit der ISO 15118-20 ermöglichen wird. 

 Tabelle-OCPP-Blog

Tabelle „Übersicht der Funktionalitäten nach OCPP-Version“ 

 
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