E-Fahrer*innen und Betreiber von Ladestationen haben ein gemeinsames Ärgernis: Ladestation dessen Verbindung zum Backend getrennt wurde. Das ist nervig, kommt häufig vor und bremst die gesamte Ladeindustrie aus. Kann man denn gar nichts dagegen tun?
Doch die Tage der frustrierenden, getrennten Ladestationen gehören offiziell der Vergangenheit an, dank des “Gateway Projects”, das von den brillanten Köpfen bei Monta ins Leben gerufen wurde. Brian Estrada, Monta’s Engineering Director & Head of Backend hat zusammen mit seinem Team eine geniale Lösung gefunden, um dieses branchenweite Problem anzugehen.
In einem exklusiven Interview hat Brian Estrada uns verraten, wie das “Gateway Project” entstanden ist und wie sie das Problem der getrennten Ladestationen gelöst haben.
Das allgemeine Problem bzw. das Resultat einer instabilen Verbindung zwischen einer Ladestation und ihrem Backend-System ist eine getrennte Ladestation. Das bedeutet, dass die Ladestation die Verbindung zum Backend-System verloren hat und nicht mehr zusammen funktioniert. Die Ladestation funktioniert zwar als Standard-Ladestation weiter, aber Nutzer können keine Funktionen wie SmartCharge nutzen, den Ladevorgang nicht mehr verfolgen und die Ladevorgänge werden nicht mehr protokoliert. Das ist besonders unangenehm für Unternehmen die Ladelösungen anbieten, denn dann kann es sein, dass der Kunde an einer Ladestation ankommt und einfach keinen Ladevorgang starten kann, weil der Ladevorgang durch eine App oder eine Logik ausgelöst wird, die vom Backend gesteuert wird.
Eine schwache oder instabile Internetverbindung, Firmware-Updates an der Ladestation oder Wartungs-Updates können dazu führen, dass eine Ladestation ihre Verbindung verliert. Normalerweise kann eine Ladestation die Verbindung automatisch wiederherstellen, wenn sie unterbrochen wurde. In bestimmten Fällen ist jedoch ein manueller Eingriff erforderlich, um die Verbindung zum Charge Point Management System (CPMS) wiederherzustellen.
Ein gutes Kundenerlebnis mit der Monta-Plattform hängt von einer stabilen Verbindung zu unserem Backend ab. Es geht nicht nur darum, dass wir eine Menge toller Funktionen bereitstellen wollen, um das Laden von Elektroautos für alle besser zu machen. Wir sprechen von Tausenden von E-Fahrern, die morgens aufwachten und ein leeres Auto auffanden oder vor einer Ladestation stehen, die wegen eines kleinen Fehlers abgeschaltet wurde. Wir sprechen von unserer Verantwortung, die Hardware-Hersteller von Ladestationen mit der bestmöglichen Technologie zu unterstützen, um eine stabile Verbindung zu ihren Ladestationen zu gewährleisten.
Alle Unternehmen in der Ladeindustrie sind darauf angewiesen, dass ihre Ladestationen nahtlos mit einem Charge Point Management System (CPMS) zusammenarbeiten, da sie sonst Kunden verlieren könnten. Wir schulden diesen Unternehmen die beste Lösung, weil sie uns als Kunden vertrauen. Wenn die Verbindung zu der Ladestation nämlich einmal unterbrochen wird, kann es in manchen Fällen bis zu 24 Stunden dauern, bis die Verbindung zur Ladestation wiederhergestellt wird. Das sind Stunden, in denen diese Unternehmen kein Geld mit ihren Ladestationen verdienen können. Deswegen sind getrennte Ladestationen ein ziemlich großes Problem.
Der Hauptgrund dafür, dass wir dieses Projekt in Angriff genommen und ihm Priorität eingeräumt haben, war jedoch die Tatsache, dass nicht jede Ladestation mit einer getrennten Verbindung gut zurechtkommt, insbesondere wenn wir neuen Code implementieren, was wir häufig tun, wenn wir unser Produkt verbessern und neue Funktionen entwickeln. Aufgrund des Risikos, dass die Verbindung zwischen den Ladestationen und unserem Backend instabil wird, können wir den Code vielleicht nur zweimal im Monat oder höchstens einmal pro Woche bereitstellen. Das hat uns ungemein ausgebremst. Hätten wir dieses Problem nicht, könnten wir viel schneller skalieren, also sagten wir “genug davon” und fanden eine Lösung.
Du kannst Dir das folgendermaßen vorstellen: es gibt eine Anfrage auf der einen Seite und eine Antwort auf der anderen Seite. Bei den meisten Anwendungen im Internet stellt man eine Web-Anfrage an einen Server und erhält dann eine Antwort – dies wird als kurzlebige Verbindung bezeichnet und funktioniert in etwa so, als würdest Du eine Textnachricht schreiben und eine Nachricht zurückbekommen. In der Welt des E-Ladens funktioniert diese Verbindung jedoch über ein Protokoll namens OCPP. Dieses Protokoll ermöglicht die Kommunikation zwischen einer Ladestation und einer Backend-Software und diese Kommunikation funktioniert eher wie ein Telefongespräch anstelle von Textnachrichten, die hin- und her geschickt werden. Wenn wir die Metapher fortsetzen, ist eine Verbindung zwischen einem Server und einer Ladestation daher mit einem Telefongespräch vergleichbar, worin der Server und die Ladestation eine stetig währende Unterhaltung führen.
Das Problem ist, dass wir jedes Mal diese Verbindung verlieren, wenn wir neuen Code bereitstellen oder irgendetwas eine instabile Verbindung verursacht, z. B. eine fehlende Internetverbindung. Dann wird das Telefonat nämlich aufgehängt und wir können stundenlang nicht mehr mit der Ladestation sprechen. Dies ist jedoch sehr hardwareabhängig: Einige Ladestationen stellen die Verbindung sehr schnell wieder her, wenn sie unterbrochen wurde, während es bei anderen stundenlang dauert.
Die Anrufanalogie bezieht sich auf etwas, das man als WebSocket-Verbindung bezeichnet. Mit WebSocket kann man eine lange Echtzeit-Verbindung herstellen, während eine Alternative z.B. HTTP wäre, was einer Textnachricht entspricht, bei der man ständig eine Nachricht an die Ladestation senden und fragen müssten: “Hey, bist du da? Hey, bist du da? Hey, bist du da?”. Der große Vorteil in der Verwendung von WebSockets ist, dass die Verbindung immer besteht. Glücklicherweise verwendet das OCPP-Protokoll WebSockets, was diese lange Echtzeit-Verbindung überhaupt erst möglich macht.
Wenn wir das Beispiel der Telefonanrufe heranziehen, solltest Du wissen, dass das große Problem hier darin besteht, dass wir dem Server viel abverlangen: Er soll die Verbindung für eine große Anzahl von Anrufen aufrechterhalten und gleichzeitig alle Informationen verarbeiten, die während dieser Anrufe eingehen.
Ein Server kann nur eine bestimmte Anzahl von Anrufen aufnehmen, und das wiederum ist direkt an seine Fähigkeit gebunden, die Informationen zu verarbeiten. Dies ist eine Einschränkung in der Serverarchitektur, mit der die gesamte E-Ladeindustrie zu kämpfen hat, und der Grund für die heutigen Probleme mit der Instabilität der Ladestationen.
Was haben wir bei Monta also getan? Kurz gesagt, wir haben den Teil, der die Verbindung hält, von dem Teil getrennt, der die Informationen verarbeitet. Das Ergebnis ist, dass wir mehr Informationen in kürzerer Zeit verarbeiten können, ohne dass die Verbindung verloren geht.
Um dies näher zu erläutern:
In unserem neuen System sind die Server, die die Verbindung aufrechterhalten, sehr kleine Server, weil sie keine Verarbeitung von Informationen vornehmen; wir nennen sie “Gateway”. Auf der anderen Seite gibt es größere Server, die wir “Processor” nennen, diese führen die interessante, aber schwere Arbeit aus, d.h. einen Großteil der Verarbeitung und der logischen Aktionen.
Der Gateway ist nun der neue Verbindungshalter, d. h. er ist dafür verantwortlich, die Verbindung zur Ladestation so lange wie möglich aufrechtzuerhalten. Es handelt sich um einen Server, der fast nie aktualisiert oder umgestellt wird, weil er sehr simpel gebaut ist. Die Aufgabe des Gateways besteht im Wesentlichen darin, die Informationen von der Ladestation entgegenzunehmen und sie an unseren Informations-Bus weiterzuleiten, damit sie an unsere Prozessoren weitergeleitet werden können.
Der Informations-Bus leitet Nachrichten von unserem Gateway an unseren Prozessor weiter und stellt sicher, dass eine Information von der Ladestation verarbeitet und dann zur Bestätigung an das Gateway zurückgeschickt wird und umgekehrt.
Der Prozessor ist das Herzstück des Ganzen, er enthält die gesamte Logik für die Verarbeitung der von unseren Ladestationen gesendeten Informationen und kann eine Reihe anderer cooler Dinge tun. Die Prozessoren werden ein- bis zweimal pro Woche aktualisiert, und da sie nun die Verbindung nicht mehr halten, können sie ohne Ausfallzeiten unserer Server neu eingesetzt werden. Cool, oder?
Es ist eine ziemlich einzigartige Lösung, und wir sind das erste CPMS, dass dies tut.
Es begann als eine Idee in meinem und Morten’s [Staff Engineer] Kopf und wir sprachen immer wieder darüber. Eines Tages hatten wir eine Menge Probleme mit einigen Ladestationen, die ständig die Verbindung verloren haben, und viele Kunden beschwerten sich bei uns.
Als ich dann letzten Sommer in die USA reiste, hatte ich die erste Version an einem Wochenende gebaut. In den darauffolgenden zwei oder drei Wochen haben Morten und ich daran gefeilt. Ich würde sagen, dass wir am Ende etwa zwei Monate gebraucht haben, um es nach der ersten Wochenends-Version auf den Markt zu bringen. Wir haben es im November 2022 eingeführt, es ging also relativ schnell.
Es hat sich viel verändert. Alles in allem hat dieses Projekt die Reaktionszeit des Systems verbessert und die Stabilität so weit erhöht, dass wir keine getrennten Ladestationen mehr haben, wenn wir neuen Code implementieren.
Wir sind dadurch von asynchronen Daten und Ladestationen zu Synchronen übergegangen. Das bedeutet im Grunde, dass wir nach einem Befehl sofort eine Antwort erhalten. Ein Befehl ist zum Beispiel, wenn ein Fahrer einen Ladevorgang mit der App starten möchte. Früher haben wir einem Befehl wie “Hey, ich möchte jetzt laden” an die Ladestation gesendet und dann fünf Minuten gewartet, bis die Ladestation schließlich sagte “Ja, Sie können laden”, und dann haben wir den Befehl wieder nach oben gesendet. Wir haben also etwa fünf Minuten gewartet, bis die Ladestation den Ladevorgang schließlich gestartet hat. Seit wir das Gateway-Projekt ins Leben gerufen haben, können wir die Antwort sofort zurücksenden, was letztlich eine besseres Ladeerlebnis für E-Fahrer*innen bedeutet.
Noch wichtiger ist, dass die an unser CPMS angeschlossenen Ladestationen wesentlich stabiler sind. Früher bekamen wir bei jeder Codeeinführung eine Menge Meldungen darüber, dass Ladestationen getrennt wurden. Jetzt sind diese Meldungen zusammen mit den getrennten Ladestationen fast vollständig verschwunden.
Nun, die Medaille hat zwei Seiten.
Die eine Seite der Medaille ist das Problem der instabilen Verbindungen. Durch die Beseitigung der Ursache haben Ladestationen, die mit unserem Backend verbunden sind, eine viel stabilere Verbindung und werden daher nicht mehr so leicht getrennt. Unsere Kunden und Endnutzer können unsere zahlreichen Updates, Produktverbesserungen und neuen Funktionen in Echtzeit nutzen, ohne dass es zu Ausfallzeiten ihrer Ladestationen kommt. Darüber hinaus können E-Fahrer*innen dank unserer verbesserten Reaktionszeit schneller laden.
Die andere Seite der Medaille ist das Problem der Skalierung. Ich habe das bisher noch nicht so ausführlich erklärt, aber was Du wissen musst, ist, dass Server teuer sind. Jedes Mal, wenn unser Netzwerk an Ladestationen wächst, muss auch unsere Serverinfrastruktur wachsen. Das kostet eine Menge Geld.
Früher hatten wir einen Server, der alles gemacht hat, d. h. die Verbindung gehalten und gleichzeitig Informationen verarbeitet hat. Diese Art von Servern sind groß und teuer. Jedes CPMS ist in diesem Kreislauf gefangen und muss große, teure Server kaufen, wenn es wächst.
Da wir bei Monta unsere Server jedoch auf kleine und große Server aufteilen, müssen wir nur in die kleineren und günstigeren Server investieren, wenn wir wachsen. Wir haben uns im Grunde eine Infrastruktur aufgebaut um kosteneffizient zu skalieren! Wie Du Dir vorstellen kannst, profitieren unsere Kunden letztlich davon: Sie erhalten nicht nur die stabilste, sondern auch die kostensparendste Lösung.
Das Gateway-Projekt hat sich als Erfolg erwiesen und zu einer höheren Kundenzufriedenheit bei den E-Fahrern und einer größeren Rentabilität bei den Unternehmen der E-Ladeindustrie geführt.
E-Fahrer*innen, die Monta nutzen, können sich nun von der Frustration über getrennte Ladestationen verabschieden und sich auf ein nahtloses, zuverlässiges Ladeerlebnis freuen, während Unternehmen, die Ladestationen betreiben, und Hardwarehersteller ihre Kapazitäten voll ausschöpfen können, ohne befürchten zu müssen, Kunden oder Einnahmen aufgrund einer instabilen Verbindung zu verlieren.
Die Bemühungen des Teams haben die Branche verändert und den Weg für zukünftige Innovationen im Bereich des Ladens von Elektrofahrzeugen geebnet, damit unsere Kunden besser laden und unsere Partner effizienter skalieren können.
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