Von Jeremy Cook
Bis 2030 wird es sich bei 50 % aller in den USA verkauften Fahrzeuge um Elektrofahrzeuge handeln. Und jenseits des großen Teichs plant die EU ein Verbot aller Diesel- und Benzinmotoren bis 2035. Damit bricht in der EU endgültig das Zeitalter des Elektro- und/oder des wasserstoffbetriebenen Fahrzeugs an. In Norwegen übertreffen die Verkaufszahlen für Elektrofahrzeuge bereits jene für Verbrennungsmotoren. Kalifornien, der bevölkerungsreichste Staat der USA, plant, bis 2035 den Verkauf von Fahrzeugen einzustellen, die ausschließlich mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Der Trend geht unverkennbar hin zu nachhaltigeren Elektrofahrzeugen. Damit stellt sich die wichtige Frage, wie Elektrofahrzeuge in Zukunft geladen werden sollen.
Wenn Sie Ihr Fahrzeug zu Hause über Nacht aufladen, sind Sie von diesem Problem wahrscheinlich nicht betroffen. Doch wenn Sie in einer Mietwohnung leben, ist dies vielleicht nicht möglich. Wenn Sie eine lange Fahrt unternehmen möchten, kommt Ihnen die eigentlich enorme Reichweite von 500 Kilometern vielleicht nicht mehr so groß vor.
Sollen Elektrofahrzeuge allgemein genutzt werden, benötigen wir ein zuverlässiges Netzwerk, das schnelle Ladevorgänge unterstützt. In diesem Artikel untersuchen wir die aktuelle Situation in Bezug auf Ladelösungen für Elektrofahrzeuge und beschreiben mögliche künftige Entwicklungen. Wenn Sie mit einem Elektrofahrzeug von Colorado nach Florida fahren müssen, benötigen Sie die entsprechende Infrastruktur – nicht erst nächstes Jahr oder morgen, sondern heute.
Das Ladegerät befindet sich im Fahrzeug
Auch wenn das Gerät, das mit dem Fahrzeug verbunden wird, häufig als „Ladegerät“ bezeichnet wird, ist dies technisch gesehen falsch. Die Standardladelösung für Elektrofahrzeuge sollte besser als Versorgungsgerät für Elektrofahrzeuge bzw. EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) bezeichnet werden. Das EVSE verbindet Ihr Fahrzeug mit dem Stromnetz, über das das tatsächliche Ladegerät im Fahrzeug mit Strom versorgt wird. Dieses Ladegerät wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um. Der Gleichstrom wird direkt in die Batterie geleitet. Bei Schnellladevorgängen wird das Elektrofahrzeug direkt mit Gleichstrom versorgt, um die Umwandlung des Stroms im Fahrzeug selbst zu überspringen.
Bei diesem Modell, bei dem sich das Ladegerät im Fahrzeug befindet, versorgt das Fahrzeug selbst die Fahrzeugbatterie mit dem korrekten Strom. Das Design der externen Ausrüstung kann daher einfach sein, sodass Sie sich keine Gedanken machen müssen, wenn Sie Ihr Fahrzeug an eine Station anschließen, mit der Sie nicht vertraut sind.
Ladestufen 1 und 2 für das Laden von Elektrofahrzeugen zu Hause
Wenn Sie sich nie zu weit von zu Hause entfernen, dann unterscheidet sich das Laden Ihres Fahrzeugs nicht sehr vom Einstecken einer Lampe. Sie schließen das Stufe-1-Ladekabel, das vielleicht bereits im Lieferumfang des Fahrzeugs enthalten war, erst an eine Standardsteckdose und dann an den Ladeanschluss des Fahrzeugs an – und fertig! Nun kann das Fahrzeug geladen werden, wenn auch langsam.
Aufgrund der Einschränkungen, denen Standardstromkreise mit 120 V Wechselstrom unterliegen, wird Ihr Fahrzeug bei Stufe-1-Ladevorgängen pro Stunde in der Regel entsprechend einer Reichweite von 16 Kilometern aufgeladen. Es gibt jedoch verschiedene Ladestufen für Elektrofahrzeuge. Stufe-2-Ladegeräte können den Prozess beschleunigen. Stufe-2-Ladegeräte nutzen 240 V Wechselstrom und können Ihr Fahrzeug pro Stunde entsprechend einer Reichweite von 65 Kilometern aufladen. Die Nutzung schnellerer Stufe-2-Ladegeräte ist in der Regel komplizierter und kann den Einsatz eines Elektrikers erfordern.
Was den Anschluss betrifft (lokal und in den gesamten USA), ist die Schnittstelle für die meisten Marken entsprechend einer Spezifikation standardisiert, die als SAE J1772 bezeichnet wird. Dieser Standard legt die physische Form und die Pinbelegung fest und ist mit Systemen der Stufen 1 und 2 kompatibel. Für Gleichstrom-Ladevorgänge werden zusätzliche Anschlüsse verwendet. Diese Art von Ladevorgang kann jedoch in der Regel nicht zu Hause durchgeführt werden.
Tesla nutzt diesen Standard nicht, da hierbei eine andere Art von Ladeanschluss für Elektrofahrzeuge verwendet wird. Es ist jedoch ein Adapter verfügbar, der einen Tesla-Anschluss in einen Anschluss nach SAE J1772 umwandelt. Auf internationaler Ebene hat sich die EU für einen anderen Standard entschieden (IEC 62196), während Japan ebenfalls den SAE J1772-Anschluss verwendet. Der chinesische Standardladeanschluss sieht wie ein EU-Anschluss aus, wobei jedoch die Pinbelegung anders ist.
Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Ladestufen und Ladestandards für Elektrofahrzeuge.
Die Realität bei den aktuellen Ladelösungen für Elektrofahrzeugen
Die aktuellen (ungefähren) Zahlen für die USA für nicht private Ladestationen schlüsseln sich wie folgt auf:
- 50.000 öffentliche Ladestationen mit 140.000 einzelnen Anschlüssen
- 80 % der Anschlüsse unterstützen Stufe-2-Ladevorgänge
- 19 % der Anschlüsse unterstützen schnelle Gleichstrom-Ladevorgänge (die am schnellsten wachsende Kategorie)
- Kalifornien verfügt über mehr als 15.000 Ladestationen, gefolgt von New York mit 3.600 und Florida mit 3.000 Ladestationen.
- Auf jeden Ladeanschluss kommen in den USA zehn Elektrofahrzeuge.
Obwohl diese Zahlen auf den ersten Blick gut aussehen, kommt es auch auf die gleichmäßige Verteilung der Ladestationen an. Andernfalls sind keine langen Fahrten möglich. Außerdem muss die Zahl der Ladestationen entsprechend der immer größeren Zahl von Elektrofahrzeugen wachsen, damit die Zahlen weiter gut bleiben. Und während Sie an der Tankstelle vielleicht fünf Minuten benötigen, dauern sogar Gleichstrom-Schnellladevorgänge sehr viel länger, als einen „leeren Tank“ zu füllen.
Tesla besitzt ein eigenes Ladenetzwerk, während die restlichen Ladestationen aus einer Mischung von öffentlichen und privaten Einrichtungen bestehen. Bei Gleichstrom-Schnellladevorgängen besitzt der J1772-Stecker unten zwei zusätzliche Steckverbinder, während Tesla für alle Ladevorgänge den gleichen Stecker verwendet. Aus Fahrersicht sind die Tesla-Ladevorrichtungen wahrscheinlich einfacher und besser integriert, während J1772-Ladevorrichtungen Unterschiede aufweisen können. Beide Systeme haben Vor- und Nachteile, ähnlich wie Macintosh-Produkte und IBM/Windows-PCs unterschiedliche Benutzererfahrungen bieten.
Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge: Höhen, Tiefen und das wahrscheinlich Unmögliche
Insgesamt erscheint die Zukunft des Ladens von Elektrofahrzeugen ziemlich offensichtlich: mehr Ladestationen, mehr Gleichstrom-Schnellladevorgänge. Es bleibt abzuwarten, wie gut öffentliche und konkurrierende private Einrichtungen miteinander kombiniert werden können. Idealerweise entwickeln sich die Ladeoptionen für Elektrofahrzeuge zu einem nahtlosen Vorgang, wie Sie es von der typischen Tankstelle kennen: zu einer Ladesäule fahren, einstecken und über eine Kreditkarte, eine standardisierte RFID-Technologie oder eine Standard-App bezahlen, um den Ladevorgang zu starten.
Genauso wahrscheinlich ist es jedoch, dass jede Lademarke eine eigene App verwenden wird. Dies macht Ladevorgänge unterwegs aufwändiger und stellt eine weitere Tracking-Methode dar, um Benutzern Werbung zu zeigen und Verbraucheranalysen zu erstellen. Und schließlich kann es zu zusätzlichen Problemen mit dem bereits stark ausgelasteten Stromnetz kommen, wenn auf den Straßen Millionen von Elektrofahrzeugen unterwegs sind.
Es gibt andere experimentelle und/oder unrealistische neue Ladetechnologien für Elektrofahrzeuge, z. B. Ladepads für drahtloses Laden, auf die Elektrofahrzeuge gestellt werden können (mit der gleichen Technologie wie Ladepads für Smartphones), und integrierte Sonnenkollektoren für Elektrofahrzeuge. Auch wenn sich beides nach einer guten Idee anhört, ist es zurzeit nicht umsetzbar.
Obwohl es exotisch klingt, können Sie Ihr Haus während eines Stromausfalls über Fahrzeugbatterien mit Strom versorgen. Dies ist eine ziemlich realistische Möglichkeit und bietet potenziell Vorteile, erfordert jedoch die Installation spezieller Schaltungen durch einen Elektriker. Und wenn Sie das Haus während des Stromausfalls und/oder Notfalls verlassen müssen und die Fahrzeugbatterien erschöpft sind, haben Sie ein Problem. Ohne gespeicherten oder verfügbaren Strom sitzt Ihr Fahrzeug fest, bis das Stromnetz wieder verfügbar ist.
Die Zukunft des Ladens von Elektrofahrzeugen
Zurzeit können wir eine Standardisierung von Ladeanschlüssen auf den SAE J1772-Standard erkennen. Gleichzeitig sind Adapter für den Tesla-Standard verfügbar. Auch wenn einige Fragen noch offen sind, beispielsweise hinsichtlich der Verteilung und der allgemeinen Spannungsversorgung, sollte diese Kompatibilität zum Ausbau der Ladekapazitäten für Elektrofahrzeuge beitragen.
Die gute Nachricht ist, dass private Ladestationen zu Hause, über die der größte Anteil der Stromübertragung erfolgt, leicht eingerichtet werden können und die nötige Ausrüstung heute bereits verfügbar ist. Mit zunehmender Entwicklung der Batterietechnologie sehen wir möglicherweise einer Zukunft entgegen, in der Ladestationen außerhalb des Zuhauses weniger notwendig werden. Wenn Fahrzeuge mit einer einzigen Ladung 1.600 Kilometer fahren können (oder auch nur die Hälfte dieser Strecke), dann wäre so gut wie jede Tagesreise möglich. Das Laden von Elektrofahrzeugen wird vielleicht in Hotels möglich sein und als Extra mit Übernachtungen angeboten werden, wie heute WLAN und Frühstück.
Natürlich setzt die Entwicklung von Elektrofahrzeugen die Verfügbarkeit verschiedener elektrischer Geräte voraus, die Arrow bereitstellen kann. Beispielsweise könnten Sie die elektrische Fahrzeugnetzsicherung XEV25-200 von Eaton mit einer Kapazität von 200 A bei 500 V Gleichstrom oder die programmierbare Ladesteuerung EV-PLCC-AC1-DC1 von Phoenix Contact in Betracht ziehen.
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