Finds documents with both search terms in any word order, permitting "n" words as a maximum distance between them. Best choose between 15 and 30 (e.g. NEAR(recruit, professionals, 20)).
Finds documents with the search term in word versions or composites. The asterisk * marks whether you wish them BEFORE, BEHIND, or BEFORE and BEHIND the search term (e.g. lightweight*, *lightweight, *lightweight*).
Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien und dem Markthochlauf der Elektromobilität entstehen neue energiewirtschaftliche Herausforderungen und Anforderungen unterschiedlicher Nutzergruppen im Bereich der privaten und halböffentlichen Ladeinfrastruktur. Um aktuelle Herausforderungen im Bereich der Ladeinfrastruktur wie die begrenzte Verfügbarkeit oder Inflexibilität bei der Nutzung erneuerbarer Energiequellen zu lösen ist die Integration digitaler Technologien unabdingbar. Dabei können digitale Plattformen als modulare Softwarearchitekturen für den Betrieb von Applikationen für intelligente Ladevorgänge und fortschrittliche Analyse von Verbrauchs- und Erzeugungsdaten einen Beitrag zur Netzstabilität leisten. Vor diesem Hintergrund stellt dieser Artikel das Konzept einer IoT-Plattform für Ladestationen mit integriertem Service Store zur flexiblen Erweiterung von Funktionalitäten durch Drittanbieter. Basierend auf dem Action Design Research Ansatz wurden drei Expertenworkshops durchgeführt, um zentrale Funktionalitäten und Boundary Resources zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass eine erfolgreiche IoT-Plattform für Ladestationen standardisierte Schnittstellen, klare Governance-Strukturen und ein ausgewogenes Ökosystem-Management benötigt. Die Integration von IoT-Technologien mit einem herstellerunabhängigen Service Store ermöglicht innovative Geschäftsmodelle und eine bessere Nutzerzentrierung. Gleichzeitig wurden Herausforderungen in den Bereichen Datensicherheit, Interoperabilität und rechtliche Rahmenbedingungen identifiziert. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der technischen und organisatorischen Anforderungen an IoT-Plattformen im Kontext vernetzter Elektromobilität und deren Umsetzung. Die Erkenntnisse sind sowohl für Plattformbetreiber als auch für Entwickler digitaler Services und Ladesäulenhersteller relevant.
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
1 Einleitung
1.1 Hintergrund und Relevanz
Die rasante Entwicklung der Elektromobilität erfordert eine effiziente Ladeinfrastruktur (Rivera et al. 2023). Dabei treten Herausforderungen wie begrenzte Verfügbarkeit, Flexibilitätsmangel und Anpassungsfähigkeitsprobleme auf (Kakkar et al. 2022). Eine Optimierung des Lastverhaltens durch Prognosen der Energiebedürfnisse mit HEMS kann die Nutzung von Ressourcen verbessern und den Energieverbrauch reduzieren. Digitale Plattformen, kombiniert mit IoT-Technologien, können hier ein Beitrag leisten. Diese IoT-Plattformen ermöglichen die Integration von Serviceanwendungen in Ladestationen, um den Stromverbrauch dynamisch anzupassen (Cusumano et al. 2019; Shuai et al. 2024).
Obwohl einige Projekte existieren, sind die Potenziale einer IoT-Plattform für Ladestationen noch nicht vollständig erforscht. Eine systematische Entwicklung und Evaluation der Plattform ist daher notwendig, um technische, organisatorische und wirtschaftliche Herausforderungen zu meistern und sowohl Betreibern als auch Endnutzern einen Mehrwert zu bieten (Richter und Anke 2021; Paukstedt 2019). In dieser Studie wurde ein Action Design Research Ansatz gewählt, der durch drei Expertenworkshops umgesetzt wurde, um die Hauptfunktionalitäten und Boundary Resources der Plattform festzulegen (Sein et al. 2011).
Advertisement
1.2 Zielsetzung und Forschungsfrage
Die übergeordnete Zielsetzung dieser Forschungsarbeit ist die systematische Entwicklung und Evaluation einer IoT-Plattform für Ladestationen mittels Action Design Research. Im Fokus steht dabei die Konzeption einer Plattform für Ladestationen im IoT. Die IoT-Plattform dient als modular erweiterbare Middleware, die Serviceanwendungen effizienter und nutzerfreundlicher gestaltet. Vor diesem Hintergrund ergeben sich folgende zentrale Forschungsfragen:
FF1:
Welche Kernfunktionalitäten muss eine IoT-Plattform für Ladestationen aufweisen, um den Anforderungen von Betreibern und Nutzern gerecht zu werden?
FF2:
Welche Serviceanwendungen können mit Hilfe der IoT-Plattform realisiert werden?
FF3:
Welche Boundary Resources zur Realisierung der Serviceanwendungen und Förderung eines Plattform-Ökosystems für die Ladeinfrastruktur sind erforderlich?
Die Ergebnisse sollen einen Beitrag zur Implementierung einer intelligenten Ladeinfrastruktur leisten und den Mehrwert für alle Beteiligten durch die Kombination von IoT-Technologien und digitalen Plattformen aufzeigen. Darüber hinaus sollen Wege zur strategischen Positionierung dieser Plattformen im Vergleich zu etablierten mobilen App Stores ermittelt werden.
1.3 Aufbau der Arbeit
Die vorliegende Arbeit folgt einer systematischen Struktur zur Konzeption einer IoT-Plattform für Ladestationen. Ausgehend von der einführenden Problemstellung und den formulierten Forschungsfragen werden zunächst die theoretischen Grundlagen zu IoT-Plattformen, plattformbasierten Serviceanwendungen, Boundary Resources und deren Bedeutung im Kontext der Elektromobilität dargelegt. Der methodische Teil beschreibt den gewählten Action-Design-Research-Ansatz und erläutert das Forschungsdesign mit seinen iterativen Schritten zur Artefaktgestaltung.
Im Ergebnisabschnitt werden die Ergebnisse der drei mit dem Fallstudienpartner durchgeführten Workshops aufeinander aufbauend präsentiert. Zuerst wird das Konzept einer integrierten IoT-Plattform für die intelligente Ladeinfrastruktur vorgestellt. Darauf aufbauen werden die nutzenstiftenden Serviceanwendungen sowie für deren Entwicklung/Realisierung notwendigen Boundary Resources vorgestellt. Die anschließende Diskussion ordnet die gewonnenen Erkenntnisse in den wissenschaftlichen Kontext der intelligenten Energiesysteme und der Plattformökonomie ein und leitet daraus Implikationen für Theorie und Praxis ab. Die Arbeit schließt mit einer kritischen Reflexion der Ergebnisse sowie einem Ausblick auf zukünftige Forschungsperspektiven.
Advertisement
2 Konzeptionelle Grundlagen
2.1 Internet of Things (IoT)
Das Rückgrat intelligenter Ladestation bilden cyber-physische Systeme (CPS) und IoT-Technologien. CPS integrieren Informations- und Kommunikationstechnologien mit physikalischen Prozessen und physischen Objekten, um Prozesse mittels Sensoren zu überwachen, Daten zu generieren und auf Basis der Datenverarbeitung Prozesse mittels Aktuatoren zu steuern (Boyes et al. 2018). Ein Beispiel hierfür könnte eine intelligente Lastverteilung während Spitzenlastzeiten durch Echtzeitanpassung der Ladeströme sein. Komplementär zu CPS, liegt beim Internet of Things (IoT) der Fokus auf der digitalen Vernetzung von physischen Objekten, Sensoren und Geräten über das Internet, um Daten austauschen und Aktionen auszuführen (Presser et al. 2019). Beide Paradigmen erlauben die Realisierung innovativer Anwendungen.
IoT kann auch in verschiedenen Bereichen der Ladeinfrastruktur eingesetzt werden. Insbesondere in Ladestationen kann die Integration von IoT zukünftig von großer Bedeutung sein, um mittels Sensoren bspw. die Last zu messen, um je nach Verfügbarkeit mittels Aktuatoren automatisch die Stromquelle zu wechseln und so zur Netzstabilität beizutragen (Surendiran et al. 2022).
2.2 IoT-Plattformen
Zur Verarbeitung von Sensordaten und Steuerung benötigen IoT-Systeme eine zentrale digitale Infrastruktur, die von einer IoT-Plattform bereitgestellt wird. Diese Plattformen ermöglichen die Kommunikation zwischen vernetzten Geräten und Sensoren sowie die Integration, Verwaltung und Analyse von Daten in Echtzeit oder Fast-Echtzeit. Technisch bestehen sie aus Bausteinen wie Konnektivität, Datensammlung, Datenanalyse, -verarbeitung und Schnittstellen zur Entwicklung neuer Anwendungen (Mineraud et al. 2016; Wortmann und Flüchter 2015).
Aus der Wertschöpfungsperspektive können IoT-Plattformen sowohl Innovationen fördern als auch Transaktionen erleichtern. Beide Wertbeiträge können sich gegenseitig ergänzen: Innovationsplattformen vereinen Akteure zur Entwicklung neuer Anwendungen, während Transaktionsplattformen verschiedene Marktteilnehmer zusammenbringen und die Transaktionskosten senken. Verschiedene Plattformen haben sich bereits in Domänen wie industrielle Fertigung, Gesundheitswesen und Abfallwirtschaft etabliert.
IoT-Plattformen dienen als digitale Infrastruktur für digitale Serviceangebote (Abbate et al. 2019; Löfberg und Åkesson 2018). Sie bieten technologische Bausteine wie z. B. fertige Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs) zur Integration physischer Objekte wie Elektrofahrzeug-Ladestationen und ermöglichen den Einsatz fortschrittlicher Analytics-Methoden. Über Schnittstellen können die Plattformen auch Daten an andere digitale Systeme weitergeben. Als zentrale Komponente von IoT-Plattformen fungieren zudem die Service Stores, die als digitaler Vertriebskanal agieren und die Anwendungen für Endnutzer zur Verfügung stellen (Petrik et al. 2022).
2.3 Boundary Resources zur Erbringung digitaler Services
Plattformen bilden ebenfalls die Infrastruktur für Ökosysteme aus Wertschöpfungspartnern und Endkunden zur Erbringung von Serviceangeboten (Jacobides et al. 2024). Plattformanbieter müssen den Funktionsumfang und die Zugangsbedingungen gestalten, um Wertschöpfungspartner anzuziehen (Ghazawneh und Henfridsson 2013).
Dafür nutzen Plattformanbieter häufig verschiedene Plattformressourcen (sog. Boundary Resources). Sie ermöglichen externen Partnern das Erstellen von Anwendungen, die mit der Plattform interagieren können (dal Bianco et al. 2014). Typische Boundary Ressources umfassen APIs und Entwicklungswerkzeuge sowie nicht-technische Unterstützung wie Dokumentation. Ihre Qualität beeinflusst die Attraktivität der Plattform für die Wertschöpfungspartner (Petrik und Herzwurm 2020; Petrik et al. 2021). Sie fördern zudem den Wissenstransfer zwischen dem Plattformanbieter und den Partnern und ihre Bereitstellung ist entscheidend für die Applikationsentwicklung durch Dritte (Ghazawneh und Henfridsson 2013).
Zusammengefasst: Boundary Resources sind kritisch für den Erfolg von IoT-Plattformen, da sie die Entwicklung und Nutzung externer Anwendungen unterstützen.
3 Methodik
3.1 Forschungsdesign: Action Design Research
Angesichts des Mangels an Studien zum Einsatz digitaler Plattformen in der Ladeinfrastruktur wurde zur Beantwortung der Forschungsfragen eine Action Design Studie (ADR) durchgeführt. ADR verbindet den Ansatz der interventionistischen Aktionsforschung zur Lösung von Organisationsproblemen mit dem Forschungsparadigma der Design Science zur iterativen Entwicklung von Artefakten (Sein et al. 2011). Dabei agieren die Forscher nicht nur als Beobachter, sondern gestalten Artefakte zusammen mit Experten aus der Praxis. Die Experten wurden aus einem neu entstehenden Plattformökosystem im Kontext intelligenter Ladeinfrastruktur rekrutiert. Sie gehören dem Plattformanbieter ChargeIQ GmbH sowie den Wertschöpfungspartnern (u. a. Hersteller von Ladestationen) und Pilotkunden des Plattformanbieters an. Das erarbeitete Artefakt ist das Plattformarchitekturkonzept inklusive der darauf aufbauenden Serviceanwendungen und Boundary Resources, die für die Entwicklung der Serviceanwendungen in Kooperation mit den Partnern benötigt werden.
3.2 Datenerhebung und -analyse
Dieses Artefakt wurde in drei Fokusgruppen-Workshops und mehreren informellen Gesprächen sowie Feedbackschleifen zwischen den Workshops erarbeitet. Das Forschungsdesign besteht somit aus mehreren Stufen:
1.
Analyse des Ist-Zustandes der Ladeinfrastruktur und der Produkte der Ladestationsanbieter sowie des bestehenden Ökosystems von E‑Mobility-Anwendungen in den Smartphone App Stores (Apple App Store & Google Play Store) zur Feststellung des aktuellen Technikstandes und Identifikation relevanter Funktionalitäten und Services woraus im Dialog mit dem Plattformanbieter und intendierten Wertschöpfungspartnern eine Problemstellung und der IoT-plattformbasierte Lösungsansatz erarbeitet wurden.
2.
Durchführung von Workshop I mit Experten zur vertiefenden Konzeption der Plattformlösung inkl. der Definition und Priorisierung der erforderlichen Hauptfunktionalitäten der IoT-Plattform (sog. Plattformkern).
3.
Durchführung von Workshop II zur Definition plattformbasierter nutzenstiftender Serviceanwendungen zur Unterstützung des Hochlaufs der E‑Mobilität.
4.
Durchführung von Workshop III zur Definition der für die Entwicklung der Serviceanwendungen erforderlichen Boundary Resources für die erfolgreiche Integration und Befähigung von Drittanbietern.
5.
Iterative Abstimmung der Erkenntnisse und Evaluation der Teilergebnisse mit den Experten des Fallstudienpartners gemäß den Prinzipien der Action Design Research.
Die Fokusgruppen wurden vom Forschungsteam vorbereitet, moderiert und ausgewertet, basierend auf Workshopunterlagen und Aufzeichnungen. Die Themen orientierten sich an bestehendem Wissen zu digitalen Plattformen (Cusumano et al. 2019; Tiwana 2013) und Dienstleistungen in der intelligenten Ladeinfrastruktur (Paukstedt 2019; Paukstedt und Becker 2021).
Experten schlugen gefragte Serviceanwendungen vor, die Forscher dann weiter ausarbeiteten. Die Boundary Resources wurden anhand von Beispielen aus anderen Domänen wie AWS oder Microsoft IoT erläutert. Die Teilnehmer bewerteten deren Eignung für ihr Projekt und entwarfen neue Boundary Resources.
Die Fokusgruppen wurden aufgezeichnet, und die Gespräche wurden protokolliert und transkribiert. Für die Auswertung wurde die qualitative Kategorienbildung nach Mayring und Fenzl (2019) verwendet, wobei der Ablauf deduktiv mit induktiven Ergänzungen erfolgte. Die Abb. 1 zeigt den Ablauf der noch laufenden ADR-Studie.
Abb. 1
Forschungsprozess der durchgeführten Action-Design-Studie nach Sein et al. (2011)
Aus Studien der NOW GmbH und des Bundesverkehrsministeriums ergibt sich, dass 68 % der Energiemenge zum Laden von Elektrofahrzeugen im privaten und halböffentlichen Bereich verbraucht werden (NOW GmbH 2024). Dies bietet ein großes Potenzial für Flexibilität und Lastverschiebung zur Steigerung der Netzstabilität bei steigender E‑Mobilität. Die Kombination von Ladevorgängen und verteilten erneuerbaren Ressourcen kann die Netzstabilität sichern.
Ohne eine IoT-Plattform als zentrale Entität ist die Vernetzung der Ladepunkte mit anderen Energiesystemen nicht möglich. Eine Auswertung von Sensordaten zur Optimierung des Energiemanagements sowie die Erfüllung unterschiedlicher Benutzerbedürfnisse in Bezug auf Laden, Smart-Home und passende Stromtarife erfordern eine datenverarbeitende und interoperable IoT-Plattform mit Flexibilität für softwarebasierte Erweiterungen.
4 Ergebnisse
4.1 Architekturkonzept einer IoT-Plattform
Intelligente Energiemanagementsysteme, die den gesamten Stromkreislauf miteinbeziehen, sind derzeit kaum existent. Die Nutzungspotenzialität bleibt daher überwiegend ungenutzt, da verschiedene Protokolle und Schnittstellen von Energieanbietern zu einem fragmentierten Markt führen (Bojovic und Bojovic 2023).
Proprietäre Systeme, veraltete Standards und ein geringer Digitalisierungsgrad behindern die Implementierung eines intelligenten Energiemanagements. IoT-Plattformen können jedoch den Austausch von Daten zwischen Ladestationen, Elektrofahrzeugen und Serviceanwendungen ermöglichen. Sie generieren relevante Informationen über den Ladestatus, Energieverbrauch und Verfügbarkeit der Ladestationen. Je mehr Ladestationen mit einer IoT-Plattform ausgestattet sind, desto umfangreicher und aussagekräftiger werden die Daten für neue datenbasierte Ladeservices (Gregory et al. 2022). Dadurch profitieren E‑Automobilisten und PV-Anlagenbesitzer von optimierten Lade- und Einspeiseprozessen sowie zusätzlichen Services.
Die technologische Architektur von IoT-Plattformen im Kontext der Elektromobilität umfasst dabei fünf Schlüsselkomponenten und ist in Abb. 2 dargestellt:
Sensorik und Aktorik zur Erfassung und Steuerung der physischen Ladeinfrastruktur
Kommunikationsschicht zum sicheren Datenaustausch
Datenmanagement und -analyse zur Verarbeitung der erfassten Informationen
Service-Layer zur Integration und Ausführung von Anwendungen und Diensten
Sicherheitsarchitektur zum Schutz sensibler Daten und Funktionen
Abb. 2
Mehrschichtiges Architekturkonzept einer IoT-Plattform für die Ladeinfrastruktur
Die IoT-Plattform ist dabei modular erweiterbar und integriert zur Kommunikation mit der physischen Ladeinfrastruktur verschiedene Schnittstellen Es wurde sich für zwei offene Kommunikationsstandards entschieden: OCPP und MQTT. OCPP ist weit verbreitet, aber unzureichend für die Vernetzung von Smart-Home-Lösungen und E‑Fahrzeugen. MQTT, hingegen, erfüllt hohe Sicherheitsanforderungen und bietet eine optimierte Performance in ressourcenbeschränkten Netzwerken (Lim et al. 2021). Diese Technologie ermöglicht die Vernetzung der Ladeinfrastruktur und den Mehrwert durch zusätzliche Services.
Die IoT-Plattform fungiert primär als verteilte Innovationsplattform, die zwischen lokalen Modulen in Ladestationen und der Cloud verankert ist. Sie unterstützt intelligente Energiemanagement-Funktionen wie die Abstimmung von Ladevorgängen mit Sonnenstrom. Tarifinformationen werden über die Cloud auf die Ladestationen verteilt, und Installationsupdates werden zentral gesteuert. Die Cyber-Security-Funktionsmodule der IoT-Plattform überwachen Zugriffe auf vernetzte und mit dem Internet verbundene Ladestationen.
Im Gegensatz zur heutigen Situation in der die Elektroautobesitzer meist auf Smartphone-Apps angewiesen sind, um mit Ladestationen zu interagieren, funktioniert die IoT-Plattform unabhängig von mobilen Betriebssystemen wie Apple und Google. Dies erhöht die digitale Souveränität der E‑Mobilisten bei der Nutzung von Ladestationen.
4.2 Plattformbasierte Serviceanwendungen im Bereich Intelligenter Ladeinfrastruktur
Die Bereitstellung von Serviceanwendungen ermöglicht es, die technischen Möglichkeiten des IoT mit nutzerorientierten Services zu verbinden und so einen echten Mehrwert für alle beteiligten Akteure des plattformbasierten Ökosystems zu schaffen (Sikdar und Damle 2022).
Wie bereits erwähnt werden IoT-Sensoren und -Aktuatoren mit der Ladestation verbunden, um die Daten wie Stromfluss, Temperatur oder Auslastung zu erfassen. Diese Daten werden über standardisierte Protokolle an die IoT-Plattform übermittelt, dort aufbereitet und den verschiedenen Serviceanwendungen bereitgestellt, so dass diese Serviceanwendungen mit Hilfe der Daten spezifische Funktionen anbieten können. Folgende Serviceanwendungen, die zum Hochlauf der Elektromobilität und zur Stabilität des Stromnetzes beitragen, konnten im Rahmen des zweiten Fokusgruppen-Workshops identifiziert werden:
Energiemanagement und -optimierung. Services zur intelligenten Steuerung von Ladevorgängen unter Berücksichtigung von Strompreisen und Netzauslastung.
Abrechnungs- und Bezahlsysteme. Integration verschiedener Zahlungsmethoden und transparente Abrechnung.
Fahrzeugintegration. Direkte Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation für optimierte Ladevorgänge.
Smart Home Anbindung. Vernetzung mit häuslichem Energiemanagement und anderen IoT-Geräten
Flottenmanagement. Mit diesem Service können Geschäftskunden Ihren Mitarbeitern ermöglichen, die E‑Firmenflottenfahrzeuge zuhause zu laden und sich anschließend die entstandenen Ladekosten erstatten zu lassen.
Sharing privater Ladestationen: Möglichkeit für Privathaushalte ihre Ladestationen an unbekannte Dritte zu vermieten. Denkbar sind hier Nutzungsszenarien in Hotels oder bei Unternehmen, die ihre Ladestationskapazitäten kurzzeitig an Gäste oder Besucher vermieten.
Die sechs Serviceanwendungen wurden im Dialog mit Pilotnutzern definiert und stehen in Wechselwirkung zueinander. Beispielsweise funktioniert das Energiemanagement nur in Kombination mit der Fahrzeugintegration, die durch die Smart-Home-Anwendung weiter optimiert wird. Die Integration verschiedener Bezahlsysteme ist insbesondere für den Sharing-Bereich notwendig, und Flottenmanagement benötigt ebenfalls die Fahrzeugintegration.
Der Energiemanagement-Dienst nutzt APIs einer Strombörse und ermöglicht spätere Einbindung individueller Stromanbieter mit dynamischen Tarifen. Das User-Interface (UI) zeigt Ladevorgänge und Kosten an und unterstützt durch Fahrzeugintegration automatisierte Vorgänge sowie die Abrechnung über weitere APIs der Strombörse. Abb. 3 zeigt das Interface dieses Diensts.
Abb. 3
Interface des dynamischen Energiemanagements für preisoptimiertes Laden (via Webbrowser)
Der in die IoT-Plattform integrierte Service Store ist die zentrale Plattformkomponente für die Schaffung eines lebendigen Plattform-Ökosystems an der Schnittstelle zwischen der Ladeinfrastruktur und der E‑Mobilität. Durch den Store-Ansatz kann das Portfolio an Serviceanwendungen auf Basis von IoT-Technologien stetig erweitert und den Endkunden bereitgestellt werden. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung an sich ändernde Nutzerbedürfnisse und technologische Entwicklungen im Bereich der Elektromobilität. Die Netzbetreiber wiederum versprechen sich von der Nutzung solcher Serviceanwendungen eine Optimierung der Netzauslastung.
4.3 Boundary Resources zur Bereitstellung plattformbasierter Services
Die Erstellung der Serviceanwendungen erfordert eine enge Integration von Wertschöpfungspartnern und Endkunden. Boundary Resources spielen hierbei eine entscheidende Rolle, indem sie den Partnern die Integration in die Plattform ermöglichen und auf IoT-Funktionalitäten zugreifen lassen (Bender 2020).
Der Erfolg der Boundary Resources basiert auf einer Balance zwischen Standardisierung und Flexibilität (Ghazawneh und Henfridsson 2013). Dabei müssen klare Standards definiert werden, während die IoT-Plattform flexibel genug ist, um innovative Dienste zu ermöglichen. Die Herausforderung besteht darin, diese Balance mit den Anforderungen der Wertschöpfungspartner in Einklang zu bringen (Petrik und Herzwurm 2020). Im Rahmen eines Workshops wurden insgesamt 16 Boundary Resources identifiziert:
Plattformzugriff:
1.
APIs (API-First-Design) sorgen für die Interoperabilität zwischen den Anwendungen, dem lokalen Teil der IoT-Plattform und der Cloud sowie Drittanbietern wie der Strombörse, einzelnen Stromanbietern oder Bezahldienstleistern, um eine durchgängige Kommunikation und Datenaustausch mit der Ladestation, dem Cloud-Backend und den Drittanbietern zu ermöglichen.
2.
Standardisierte Protokolle, um IoT-Daten aus Ladestationen, Fahrzeugen und anderen IoT-fähigen Smart-Home-Geräten (z. B. PV-Anlagen und Batteriespeichersysteme) zu empfangen und diese vernetzten Objekte zu steuern.
3.
Command Line Interface (CLI) als Schnittstelle für Entwickler und Administratoren zur direkten Interaktion mit der IoT-Plattform. Ermöglicht die automatisierte Ausführung von Befehlen, die Fernwartung von Ladestationen auch bei eingeschränkter Netzwerkverbindung und die Integration in Entwicklungsworkflows.
4.
Integrationswerkzeuge wie SDKs, Bibliotheken und Simulatoren können den Entwicklern die technische Anbindung an die IoT-Plattform erleichtern und Best Practices für die Implementation bereitstellen. Diese Werkzeuge ergänzen die APIs durch praktische Hilfsmittel für eine effiziente Entwicklung.
Entwicklungsunterstützung:
5.
API Gateway zur Verwaltung der Vielzahl an APIs von der IoT-Plattform und von den Drittanbietern. Diese Ressource hilft die Versionsstände der APIs aktuell zu halten und die APIs hinsichtlich eines möglichen Missbrauchs zu überwachen sowie notfalls den API-Zugang für einzelne Ladestationen zu sperren.
6.
Service Store für eine bessere Auffindbarkeit der Serviceanwendungen durch die Endkunden und einen strukturierten Prozess bei Qualitätssicherung und Updates bei den Serviceanwendungen, die überwiegend durch Drittanbieter erstellt und gewartet werden.
7.
Container Management Service für die Orchestrierung von Updates der IoT-Plattform sowie Serviceanwendungen in einem containerisierten Format.
8.
Kostenloser Test-Zugang für Wertschöpfungspartner, um in einer Sandbox-Umgebung die IoT-Plattform besser kennenlernen zu können.
9.
Da die IoT-Plattform umfangreich in ein physisches Objekt – eine Ladestation – integriert ist, soll auch ein physischer Demonstrator mit einer Test-Plattforminstanz für Entwickler-Events bereitgestellt werden.
Wissen:
10.
Entwicklerdokumentation über die Plattformmöglichkeiten inkl. der Anleitungen und Best-Practices für die Wissensübertragung rund um die IoT-Plattform an die Wertschöpfungspartner. Hierfür soll ein Entwicklerportal aufgebaut werden.
11.
Auf der Webseite wiederum sollen alle Updates zur IoT-Plattform auffindbar sein und eine Wissensdatenbank rund um die Anwendungsfälle, Potenziale und Integrationspraktiken sowie Anwendungen in der IoT-Plattform gebündelt werden.
Community:
12.
Entwicklerportal mit einem Forum zu Problemen und Lösungen rund um die API-Integration und die Anwendungsentwicklung.
13.
Liste der Servicepartner als zusätzliche marketingorientierte Ressource, um die Sichtbarkeit der Wertschöpfungspartner als affiliierte Komplementoren des Plattformökosystems zu erhöhen.
14.
Mehrstufiges Supportkonzept mit einem strukturierten Supportkanal mit mehreren definierten Supportumfängen. Bei entsprechendem Support-Umfang werden Keyaccounts abgestellt.
15.
Git-Repository als Infrastruktur für den Austausch zwischen den Wertschöpfungspartner rund um den technischen Plattformkern.
16.
Partnerportal mit exklusiven Informationen zu Updates des Plattformkernes, Service Level Agreements, Verträgen und Bestimmungen zum Umgang mit der Intellectual Property sowie der Möglichkeit den Supportumfang zu ändern.
Zusätzlich zu den sechzehn identifizierten Ressourcen können einige von Amazon Web Services (AWS) bereitgestellte Ressourcen von den Wertschöpfungspartnern genutzt werden, da die Plattformkomponenten in der Cloud auf dem AWS-Stack aufbauen.
5 Diskussion
5.1 Interpretation der Ergebnisse
Aus den Ergebnissen dieser Studie ergeben sich wichtige Erkenntnisse für die Gestaltung und Umsetzung von IoT-Plattformen im Kontext der Elektromobilität. Die Komponenten und Anforderungen lassen sich in drei Kernbereiche gliedern: Technische Architektur, Serviceanwendungen und Boundary Resources.
Die technische Architektur integriert IoT-Technologien über eine reine Vernetzung hinaus. Dabei wird OCPP für die Interoperabilität im Ladeinfrastruktur-Ökosystem und MQTT zur flexiblen Integration von Smart-Home-Anwendungen eingesetzt. Diese Kombination bildet eine solide Basis für innovative Serviceanwendungen.
Die identifizierten Serviceanwendungen spiegeln unterschiedliche Nutzungskontexte wider und stehen in einem komplexen Zusammenspiel, was eine ganzheitliche Plattformstrategie erfordert. Die erfolgreiche Integration von IoT-Technologien und Serviceanwendungen ermöglicht ein dynamisches Ökosystem für intelligente Ladeinfrastrukturen.
Ein zentrales Element ist der Service Store als Plattformkomponente, der technologische sowie strategische Bedeutung hat. Er unterstützt eine kontinuierliche Evolution des Serviceangebots und fördert die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle im Gegensatz zu proprietären Lösungen.
Die 16 identifizierten Boundary Resources umfassen sowohl technische als auch nicht-technische Komponenten und spiegeln Stakeholderbedürfnisse wider. Physische Demonstratoren und Sandbox-Umgebungen sind dabei wichtige Boundary Resources, die oft in der Plattformforschung vernachlässigt werden.
Zusammenfassend sind erfolgreiche IoT-Plattformen im Bereich der Elektromobilität als sozio-technische Systeme zu verstehen, deren Erfolg von ausgewogenen technischen und nicht-technischen Faktoren abhängt. Die identifizierten architektonischen Komponenten bieten einen umfassenden Rahmen für ihre Gestaltung und Umsetzung.
5.2 Bedeutung für Wissenschaft und Praxis
Die Arbeit leistet sowohl einen wissenschaftlichen als auch einen praktischen Beitrag zum Verständnis von IoT-Plattformen im Kontext der Elektromobilität. Sie erweitert das bestehende Wissen zu digitalen Plattformen um spezifische Eigenschaften für eine intelligente Ladeinfrastruktur (Wortmann und Flüchter 2015; Ghazawneh und Henfridsson 2013) und neue Serviceanwendungen (Paukstedt 2019; Richter und Anke 2021).
Für die Praxis bietet sie konkrete Einblicke in die Gestaltung und den Betrieb von Ladestationsplattformen. Technische Komponenten und Integrationsmöglichkeiten dienen als Orientierung für Plattformanbieter und Entwickler. Besonders hervorgehoben wurden standardisierte Schnittstellen und flexibler Zugriff, welche strategische Entscheidungen beim Aufbau der Ladeinfrastruktur unterstützen.
Die Ergebnisse unterstreichen die Rolle von IoT-Plattformen als Enabler für Elektromobilität. Sie zeigen, wie technische Infrastruktur und digitale Dienste zusammenarbeiten müssen, um den Anforderungen eines wachsenden Marktes gerecht zu werden. Diese Erkenntnisse sind besonders wertvoll für die digitale Transformation des Mobilitätssektors.
5.3 Limitationen der Arbeit
Die vorliegende Arbeit weist methodische und inhaltliche Limitationen auf, die bei der Interpretation berücksichtigt werden müssen. Der gewählte Action Design Research-Ansatz mit nur einem Fallstudienprojekt begrenzt die Generalisierbarkeit der Ergebnisse. Trotz der Möglichkeit tiefgehender Einblicke fehlt es an einer externen Bewertung des Architekturkonzepts.
Zusätzlich stellte die Durchführung von nur drei Fokusgruppen eine Einschränkung dar. Der Austausch mit Projektpartnern lieferte wertvolle Erkenntnisse, aber zusätzliche Datenerhebungen aus der Perspektive von E‑Automobilisten und Endkunden hätten zu einer differenzierteren Analyse geführt. Eine Evaluierung unter realen Bedingungen steht noch aus, was die Leistungsfähigkeit und Akzeptanz der Ergebnisse einschränkt.
Die identifizierten Boundary Resources basieren hauptsächlich auf Experteneinschätzungen und wurden für Wertschöpfungspartner noch nicht freigegeben. Eine empirische Validierung ihrer Attraktivität konnte nicht durchgeführt werden. Der zeitliche Aspekt der Plattformentwicklung wurde nur begrenzt berücksichtigt, sodass die Studie eine Momentaufnahme der Anforderungen liefert und zukünftige Entwicklungen nur bedingt antizipieren kann. Gesetze im Bereich der Nachhaltigkeit und Klimaschutz könnten sich ändern und den Designprozess der IoT-Plattform beeinflussen.
6 Fazit & Ausblick
6.1 Zusammenfassung der Erkenntnisse
Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Frage, wie eine IoT-Plattform gestaltet sein muss, um den Anforderungen der Stakeholder gerecht zu werden und gleichzeitig Innovationen im Ökosystem zu fördern.
Die Studie hat gezeigt, dass der Erfolg einer IoT-Plattform für Ladestationen auf drei Säulen beruht:
1.
Eine erweiterbare verteilte technische Architektur, die lokale Intelligenz mit Cloud-Diensten verbindet
2.
Ein skalierbares Portfolio an Serviceanwendungen, die einen konkreten Mehrwert für verschiedene Nutzergruppen schaffen
3.
Ein umfassendes Set an Boundary Resources, die Integration und Innovation im Ökosystem ermöglichen
Durch die Kombination mit einem Service Store entsteht eine offene Innovationsplattform, die es ermöglicht, die Ladeinfrastruktur kontinuierlich an neue Anforderungen anzupassen und um zusätzliche Funktionen zu erweitern. Die Arbeit zeigte auch, dass die Verknüpfung von Energiemanagement, Smart Home Integration und flexiblen Abrechnungssystemen erhebliche Synergieeffekte erzeugt.
Diese Vernetzung verschiedener Services optimiert die Ladeinfrastruktur und bietet einen Mehrwert für alle Beteiligten. Die gewonnenen Erkenntnisse helfen Plattformanbietern, Entwicklern und Betreibern bei der zukünftigen Gestaltung und Weiterentwicklung ihrer Systeme und zeigen den Weg zu einer intelligenten und nutzerorientierten Ladeinfrastruktur durch gezielten Einsatz von IoT-Technologien.
6.2 Zukünftige Forschungsrichtungen
Aus den Ergebnissen dieser Studie ergeben sich mehrere Forschungsrichtungen:
1.
Technische Leistungsbewertung: Untersuchung der Skalierbarkeit, Latenzzeiten und Ausfallsicherheit unter realen Bedingungen sowie die Integration neuer Technologien wie 5G/6G oder Edge Computing.
2.
Vernetzung verschiedener Infrastrukturen: Nähere Analyse des Zusammenspiels von privater, halböffentlicher und öffentlicher Ladeinfrastruktur über IoT-Plattformen und die daraus resultierenden Synergieeffekte.
3.
Nutzerakzeptanz: Detaillierte Untersuchung der Nutzerakzeptanz und des Mehrwerts verschiedener Services sowie langfristige Auswirkungen auf das Nutzerverhalten und Effizienz durch Längsschnittstudien
4.
Validierung der Architekturkonzepte: Empirische Validierung der vorgestellten Architekturkonzept zusammen mit den Boundary Resources und Evaluation ihrer Wirksamkeit für die Plattform-Ökosystementwicklung.
5.
Netzstabilität: Untersuchung der Rolle von IoT-Plattformen in der Stabilisierung des Stromnetzes durch erneuerbare Energien, insbesondere im Kontext von Smart Grids und Vehicle-to-Grid-Technologien sowie die Nutzung prädiktiver Techniken wie maschinelles Lernen.
6.
Ökonomische Aspekte: Untersuchung von Geschäftsmodellen für Plattformbetreiber und Monetarisierungsstrategien für Dienstleister im Ökosystem.
Diese Forschungsrichtungen können das Verständnis für die Rolle von IoT-Plattformen bei der Transformation der Ladeinfrastruktur vertiefen und konkrete Handlungsempfehlungen für erfolgreichen Plattformbetrieb entwickeln.
Open Access Dieser Artikel wird unter der Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz veröffentlicht, welche die Nutzung, Vervielfältigung, Bearbeitung, Verbreitung und Wiedergabe in jeglichem Medium und Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle ordnungsgemäß nennen, einen Link zur Creative Commons Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die in diesem Artikel enthaltenen Bilder und sonstiges Drittmaterial unterliegen ebenfalls der genannten Creative Commons Lizenz, sofern sich aus der Abbildungslegende nichts anderes ergibt. Sofern das betreffende Material nicht unter der genannten Creative Commons Lizenz steht und die betreffende Handlung nicht nach gesetzlichen Vorschriften erlaubt ist, ist für die oben aufgeführten Weiterverwendungen des Materials die Einwilligung des jeweiligen Rechteinhabers einzuholen. Weitere Details zur Lizenz entnehmen Sie bitte der Lizenzinformation auf http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de.
Hinweis des Verlags
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
Our product recommendations
HMD Praxis der Wirtschaftsinformatik
HMD liefert IT-Fach- und Führungskräften Lösungsideen für ihre Probleme, zeigt ihnen Umsetzungsmöglichkeiten auf und informiert sie über Neues in der Wirtschaftsinformatik (WI).
Cusumano MA, Gawer A, Yoffie DB (2019) The business of platforms: strategy in the age of digital competition, innovation, and power. Harper Business, New York
dal Bianco V, Myllärniemi V, Komssi M, Raatikainen M (2014) The role of platform boundary resources in software ecosystems: a case study. IEEE/IFIP Conference on Software Architecture, S 11–20 https://doi.org/10.1109/WICSA.2014.41CrossRef
Gregory RW, Henfridsson O, Kaganer E, Kyriakou H (2022) Data network effects: key conditions, shared data, and the data value duality. Acad Manag Rew 47:189–192. https://doi.org/10.5465/amr.2021.0111CrossRef
Paukstadt U, Becker J (2021) From Energy as a Commodity to Energy as a Service—A Morphological Analysis of Smart Energy Services. Schmalenbach Journal of Business Research 73:207–242. https://doi.org/10.1007/s41471-021-00111-x
Petrik D, Schönhofen F, Herzwurm G (2022) Understanding the design of app stores in the IIoT. In: IEEE/ACM International Workshop on Software-Intensive Business (IWSiB), S 43–50 https://doi.org/10.1145/3524614.3528636CrossRef
Presser M, Zhang Q, Bechmann A, Beliatis MJ (2019) The Internet of things as driver for digital business model innovation. In: Aagaard A (Hrsg) Digital business models: driving transformation and innovation. Springer, Cham, S 27–55 https://doi.org/10.1007/978-3-319-96902-2_2CrossRef
Richter D, Anke J (2021) Exploring potential impacts of self-sovereign identity on smart service systems: an analysis of electric vehicle charging services. Bus Inf Syst 1:105–116. https://doi.org/10.52825/bis.v1i.68CrossRef
Surendiran J, Reenadevi R, Vidhya R, Sivasankari S, Kumar BP, Balaji N (2022) IoT-based advanced electric vehicle charging infrastructure. In: 2022 Fourth International Conference on Cognitive Computing and Information Processing (CCIP), S 1–6 https://doi.org/10.1109/CCIP57447.2022.10058649CrossRef
Tiwana A (2013) Platform ecosystems: aligning architecture, governance, and strategy. Morgan Kaufmann, San Francisco
