Ladeinfrastruktur für E-Mobilität

Mehr Sicherheit auf der Langstrecke

Mit der zunehmenden Popularität von elektrisch betriebenen Fahrzeugen wird das Auto mehr und mehr zu einem mobilen Endgerät. Ein wesentlicher Faktor für das zu erwartende Wachstum der Sparte ist daher eine entsprechende Ladeinfrastruktur. Die muss nicht nur anwenderfreundlich sein, sondern durch ihre weitreichende Vernetzung auch gewisse Sicherheits- und Datenschutzstandards bieten.

  • Mehr Sicherheit auf der Langstrecke

    Der Ausbau der Ladeinfrastruktur soll in Zukunft auch Langstreckenmobilität mit Elektroautos ermöglichen. ((Bildquelle: Thinkstock/iStock))

  • Prof. Dr. Christoph Krauß, Head of Department Cyber-Physical Systems Security beim Fraunhofer SIT.

    „Aus Sicht der IT-Sicherheit ist der aktuelle Stand der Ladeinfrastruktur noch ausbaufähig”, meint Prof. Dr. Christoph Krauß, Head of Department Cyber-Physical Systems Security beim Fraunhofer SIT. ((Bildquelle: Fraunhofer SIT))

  • homas Gereke, Senior Management Consultant E-Mobility Infrastructure,  Siemens Energy Management Division

    Datensicherheit werde künftig eine immer größere Rolle spielen, das gelte auch für den Bereich der Elektromobilität, so Thomas Gereke, Senior Management Consultant E-Mobility Infrastructure, Siemens Energy Management Division. ((Bildquelle: Siemens))

  • Martin Klässner, CEO von Has To Be

    „Relevant wird in Zukunft die Integration neuer Technologien. Hierzu zählt insbesondere das sogenannte ‚Plug & Charge‘-System”, stellt Martin Klässner, CEO von Has To Be, fest. ((Bildquelle: Has To Be GmbH))

Fast zehn Jahre ist es inzwischen her, dass die Bundesregierung ihre Pläne für die Zukunft der Elektromobilität bekannt gab. Deutschland solle zum Leitmarkt für Elektromobilität werden, wie es damals im „Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität” hieß. Das ambitionierte Ziel: Eine Million elektrisch betriebene Fahrzeuge sollten bis zum Jahr 2020 auf den hiesigen Straßen unterwegs sein. Man muss kein ausgemachter Experte sein, um schon jetzt sagen zu können, dass daraus nichts wird. Der Gesamtbestand an zugelassenen Elektro-PKW (ohne Hybride) lag in Deutschland laut Kraftfahrt-Bundesamt zu Beginn des vergangenen Jahres bei gerade einmal 53.861 Exemplaren. Mit 36.062 weiteren Neuzulassungen bis zum Januar 2019 hat das Segment zwar ordentlich zugelegt, ist aber immer noch weit von den ursprünglichen Zielen der Bundesregierung entfernt. Das Wachstum zeigt dennoch, dass ein gewisses Umdenken stattfindet – wenn auch nicht nur aus altruistischen Gründen. Elektromobilität ist längst auch zu einem Lifestyle-Thema geworden, das in Verruf geratenen Statussymbolen neue Integrität einhauchen soll. Ein Effekt, der aufgeht: Laut einer Studie der Unternehmensberatung Arthur D. Little soll inzwischen jeder Zweite dazu bereit sein, mehr Geld für ein Elektroauto zu bezahlen.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 1-2/2019. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Nehmen die Neuzulassungen von Elektro-PKW weiter in diesem Maße zu, muss auch die hiesige Ladeinfrastruktur ausgebaut werden. Defizite sieht Thomas Gereke, E-Mobility-Experte bei Siemens, vor allem im ländlichen Raum. Für das Laden während eines Wochenendausflugs aufs Land oder in die Berge fehle es derzeit noch an der Umsetzung möglicher Konzepte. In dichter besiedelten Gegenden, insbesondere in Großstädten wie Hamburg, Berlin oder München, sei im Vergleich zum derzeitigen Bestand an Elektroautos bereits eine größere Anzahl von Ladestationen vorhanden. Martin Klässner, CEO des Ladestationendienstleisters Has To Be stimmt zu: „Für den aktuellen Marktanteil an elektrisch betriebenen Fahrzeugen befinden sich aktuell ausreichend Ladestationen im Feld, um eine Versorgungssicherheit sicherzustellen”, so seine Einschätzung. Der zügige Ausbau von leistungsstarken Ladeeinrichtungen trage zudem dazu bei, auf den relevanten Verbindungsstrecken durch Deutschland auch Langstreckenmobilität zu ermöglichen. „Die Herausforderung liegt nun an der Bereitstellung von einheitlichen Bezahlsystemen, um neben der technischen Verfügbarkeit auch eine komfortable Bedienung zu ermöglichen”, so Klässner.

Diverse Risikoszenarien

Da es sich bei einer solchen Infrastruktur nicht nur um ein paar leistungsstarke Steckdosen an den Autobahnen handelt, sondern um ein komplexes Netzwerk aus Ladesäulen, intelligenten Stromnetzen und Backend-Systemen, müssen die Stationen auch gewissen Standards für IT-Sicherheit und Datenschutz gerecht werden. Prof. Dr. Christoph Krauß vom Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie (SIT) sieht hier ganz klar Luft nach oben. Im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts Delta entwickelt das Institut Schutzprofilentwürfe für sicheres Laden und Abrechnen in der Elektromobilität. Diese sollen Sicherheitsanforderungen für die Kommunikations-Controller im Fahrzeug und der Ladesäule sowie die Anbindung an Backend-Systeme beschreiben. „Je früher entsprechende Schutzmaßnahmen Berücksichtigung finden, desto besser, denn vorhandene Altsysteme lassen sich oftmals nicht oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand auf aktuelle Sicherheitsmaßnahmen aufrüsten”, gibt der Experte zu bedenken.

So werden Elektroautos geladen

In Europa hat sich mit dem sogenannten Typ-2-Stecker bereits vor einigen Jahren ein Standard für die Ladung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen etabliert. Der Anschluss verfügt in der klassischen Ausführung über sieben Kontakte – zwei für die Kommunikation mit dem Fahrzeug, fünf für die Gewährleistung des Stromflusses. Der Standard wurde von der Mennekes GmbH & Co. KG entwickelt, einem Hersteller von Steckvorrichtungen aus dem Nordrhein-Westfälischen Kirchhundem. Der Typ-2-Stecker ist dementsprechend an fast allen öffentlichen Ladesäulen zu finden.

Bevor diese auch genutzt werden können, müssen sie in der Regel freigeschaltet werden. Das kann z.B. per RFID-Karte, App oder SMS geschehen. Aktuell benötigt man für gewisse Anbieter bisweilen eigene Mitgliedskarten, die wiederum nur bedingt mit den Säulen anderer Anbieter kompatibel sind. Ladevorgänge können derzeit also eine gewisse Vorplanung erfordern. Die Abrechnung erfolgt in der Regel nach Zeit oder Stromverbrauch. Der Ladevorgang selbst ist von verschiedenen Faktoren abhängig, darunter etwa von der Batteriekapazität und Ladeleistung. Bei der Geschwindigkeit spielt die Ladetechnik in der Säule eine wesentliche Rolle. Gibt diese Wechselstrom aus, muss die Leistung vom Fahrzeug in Gleichstrom umgewandelt werden, um von der Batterie genutzt werden zu können. Ermöglicht es die Säule, direkt über Gleichstrom zu laden, geht der Vorgang deutlich schneller.

Während ein PKW an einer Ladestation mit Wechselstrom lediglich auf eine Ladeleistung von bis zu 22 kW kommen soll, ermögliche eine Gleichstrom-Ladestation eine Leistung von bis
zu 200 kW.

Bei einem Ladevorgang kann neben der Kommunikation zwischen Fahrzeug und Station bzw. dem entsprechenden Betreiber auch ein Austausch mit Zahlungsdienstleistern und Energieversorgern stattfinden. Grundsätzlich berge dies für alle Beteiligten gewisse Risiken, wie Krauß erklärt. Diese würden jedoch davon abhängen, wie der Ladevorgang im Einzelfall gestaltet sei. Ein Faktor bei der Frage nach potentiellen Gefahren ist u.a. die Notwendigkeit einer Anmeldung für den Ladevorgang. In diesem Fall könnten sich laut Krauß auch potentielle Auswirkungen durch Datenschutzaspekte ergeben, da hier üblicherweise Identitätsdaten übertragen würden. „Auch die Realisierung der Bezahlweise hat Auswirkungen auf das Risiko. Hat der Kunde beispielsweise einen Flatrate-Tarif, wäre es für ihn persönlich vermutlich nicht schlimm, falls ein Angreifer auf seine Rechnung laden kann”, so seine Einschätzung.

Wie konkrete Manipulationsszenarien aussehen könnten, demonstrierte Mathias Dalheimer vom Chaos Computer Club im Jahr 2017. Der Experte warnt bereits seit geraumer Zeit vor Sicherheitslücken in der Ladeinfrastruktur und zeigte u.a., wie sich Ladestationen mit gefälschten Anmeldekarten oder USB-Sticks austricksen lassen. Die Untersuchungen des Fraunhofer SIT bekräftigen diese Annahmen, wie Christoph Krauß bestätigt: „Die meisten Ladesäulen sehen eine Möglichkeit vor, Konfigurationsänderungen oder Firmware-Updates per USB einzuspielen, was ein Angreifer ausnutzen könnte, um seine eigene manipulierte Firmware einzuspielen.” Darüber hinaus sei auch die Kommunikation mit den Backend-Systemen problematisch. Die derzeit eingesetzten Protokolle wie etwa das „Open Charge Point Protocol” (Version 1.5 und 1.6) sehen laut Krauß keine Sicherheitsmaßnahmen vor. „Setzt der Betreiber keine zusätzlichen Maßnahmen um, z.B. ein Virtual Private Network (VPN), werden alle Daten im Klartext übertragen und ein Angreifer könnte Informationen wie Kunden-IDs, Tarif- und Abrechnungsinformationen abfangen und missbrauchen”, so seine Befürchtung.

Die Möglichkeit, einen PKW über den Ladevorgang mit Schadsoftware zu infizieren, wird im Fraunhofer SIT derzeit eher als theoretisches Risiko gesehen. „Ausschließen sollte man dies bei einer Risikobewertung auf keinen Fall”, betont Krauß dennoch, da sich beispielsweise bei einem Ladevorgang gemäß ISO 15118 Zertifikate über die Station auf das Fahrzeug aufbringen lassen könnten. „Falls beim Kommunikations-Controller im Fahrzeug Schwachstellen vorhanden sind, wäre es theoretisch denkbar, dass darüber auch Schadcode in das Fahrzeug gelangen kann”, so seine Einschätzung. Um hier eine verlässlichen Einblick zu erhalten und kritische Schwachstellen zu vermeiden, führten Hersteller im Labor des Fraunhofer SIT zum Teil besondere Penetrationstests durch. Ob ein Angreifer im Umkehrschluss mit kompromittierten Elektrofahrzeugen theoretisch sogar Stromnetze über Ladestationen beeinflussen könnte, ist derzeit noch unklar.

Intelligente Ladesteuerung

Die Kommunikation zwischen der Ladeinfrastruktur und intelligenten Stromnetzen nimmt laut Thomas Gereke eine wichtige Rolle ein: „Die Stabilität des Stromnetzes und die damit einhergehende Versorgungssicherheit sind ganz entscheidend für den Hochlauf der Elektromobilität.” Als Beispiel führt er den sogenannten „18-Uhr-Effekt” an. Darunter verstehe man die zusätzliche Belastung des Stromnetzes durch das Laden der Elektrofahrzeuge während der bereits bestehenden Lastspitze in der frühen Abendzeit. Die Problematik sei dabei die „Gleichzeitigkeit“ der zusätzlichen Last durch das Laden vieler PKW.

Über die zentralen Backend-Systeme würden sich Verschiebungen in der Netzlast zentral und effizient steuern, planen und auswerten lassen, wie Martin Klässner anmerkt: „Diese Vorkehrungen sind wichtig, um langfristig Beeinträchtigungen des Stromnetzes durch gleichzeitige Ladevorgänge zu verhindern.” Dies erfolge sowohl über lokale Lastmanagement-Systeme, die einen Lastgang abbilden oder sich dynamisch auf Grundlage der Netzspannung auf den jeweiligen „Gesundheitszustand“ des Stromnetzes anpassen. Weiterhin sorgten zentrale Lastmanagement-Systeme dafür, dass auch im übergeordneten Kontext keine Schieflasten generiert würden. Ohne diese intelligente Ladesteuerung wäre laut Gereke ein physikalischer Ausbau des Netzes nötig, um Ausfällen entgegenzuwirken. Das bedeute eine meist kostenintensive Verlegung neuer Stromleitungen und die Installation leistungsfähigerer Ortsnetzstationen.

Neben den Aspekten des Energiewesens dürfte in der nächsten Zeit vor allem die Integration neuer Technologien im Mittelpunkt stehen. Dazu zählt laut Martin Klässner insbesondere das sogenannte „Plug & Charge”-System, welches eine Identifikation des Nutzers über das Fahrzeug ermögliche. Hiermit werde das Laden im täglichen Betrieb komfortabler, da der Fahrer das Fahrzeug nur noch mit der Ladeeinrichtung verbinden müsse. Die Authentifikation und Autorisation erfolgen hier über Zertifikate, die im Fahrzeug gespeichert sind und eine Powerline-Kommunikation über das Ladekabel, wie Christoph Krauß erklärt. „Die derzeit standardisierte Version 1 berücksichtigt bereits Sicherheitsmaßnahmen wie die Nutzung von TLS oder XML-Security zur Absicherung der Kommunikation. „Derzeit untersuchen wir den Standard auf Lücken und erarbeiten entsprechende Verbesserungsvorschläge”, erläutert der Experte.

Darüber hinaus sollen neue Ladestandards wie ISO/IEC 15118 eine wichtige Rolle spielen, um weitere Funktionalitäten zu ermöglichen, wie Thomas Gereke betont. Hierüber könnten etwa sogenannte „Vertragszertifikate“ oder „Tarif-/Preisverhandlungen“ zwischen Elektroautos und Ladestationen ausgetauscht werden. „Das bedeutet: Das Auto wird beispielsweise nur geladen, wenn der Ladepreis ein gewisses Limit nicht überschreitet oder wenn ausreichend Strom aus erneuerbaren Energiequellen verfügbar ist”, so Gereke.

Man ahnt: Die Entwicklung der Ladeinfrastruktur für die Zukunft der E-Mobilität ist noch lange nicht auserzählt. Neue Standards versprechen straffere Sicherheitsvorgaben und neue Funktionen, mit denen die Ladesäulen einen zusätzlichen Nutzen bieten können. Ob das wirklich genügt, um auch die Massen für das Thema zu begeistern und dem Nischendasein ein Ende zu bereiten, bleibt also zunächst offen.

©2019Alle Rechte bei MEDIENHAUS Verlag GmbH

Unsere Website verwendet Cookies, um Ihnen den bestmöglichen Service zu bieten. Durch die weitere Nutzung der Seite stimmen Sie der Verwendung zu. Weitere Infos finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

ok