Trends bei den Ladekapazitäten für Elektrofahrzeuge

Das Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge erscheint unausweichlich: Der Fokus auf die Reduzierung von CO₂-Emissionen, das aktuelle politische Klima, Investitionen von Regierung und Automobilindustrie sowie das anhaltende Streben nach einer vollelektrischen Gesellschaft deuten allesamt auf einen Boom der Elektromobilität hin. Bislang wurde die breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen durch Verbraucher jedoch durch lange Ladezeiten und eine unzureichende Ladeinfrastruktur gebremst. Fortschritte in der Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge begegnen diesen Herausforderungen und ermöglichen sicheres und schnelles Laden zu Hause und unterwegs. Ladekomponenten und -infrastruktur werden stetig ausgebaut, um den Bedarf des rasant wachsenden Marktes für Elektrofahrzeuge zu decken und den Weg für ein exponentielles Wachstum der Elektromobilität zu ebnen.

TRÄGLICHE KRÄFTE HINTER DEM MARKT FÜR ELEKTROFAHRZEUGE

Die Investitionen in Elektrofahrzeuge steigen seit Jahren, doch die verstärkte Aufmerksamkeit und Nachfrage werden von verschiedenen gesellschaftlichen Bereichen hervorgehoben. Der zunehmende Fokus auf Klimaschutzlösungen unterstreicht die Bedeutung von Elektrofahrzeugen: Die Möglichkeit, sowohl die CO₂-Emissionen von Verbrennungsmotoren zu reduzieren als auch in saubere Energieträger für den Verkehr zu investieren, ist zu einem gemeinsamen Ziel von Regierung und Wirtschaft geworden. Dieser Fokus auf nachhaltiges Wachstum und die Schonung natürlicher Ressourcen treibt die technologische Entwicklung hin zu einer vollelektrischen Gesellschaft voran – einer Welt mit unbegrenzter Energie aus erneuerbaren Quellen ohne schädliche Emissionen.
Diese umweltbezogenen und technologischen Entwicklungen spiegeln sich in den Prioritäten der Bundesgesetzgebung und -investitionen wider, insbesondere im Hinblick auf den Infrastrukturinvestitions- und Beschäftigungsgesetz von 2021. Dieses Gesetz sieht 7,5 Milliarden US-Dollar für die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge auf Bundesebene, 2,5 Milliarden US-Dollar für Zuschüsse zur Lade- und Betankungsinfrastruktur sowie 5 Milliarden US-Dollar für das Nationale Ladeprogramm für Elektrofahrzeuge vor. Die Biden-Regierung verfolgt zudem das Ziel, landesweit 500.000 Gleichstrom-Ladestationen zu errichten und zu installieren.

Dieser Trend lässt sich auch auf Ebene der Bundesstaaten beobachten. Staaten wie Kalifornien, Massachusetts und New Jersey arbeiten an Gesetzen zur Förderung von Elektrofahrzeugen. Steuervergünstigungen, die Initiative „Electrify America“, Anreize und gesetzliche Vorgaben tragen ebenfalls dazu bei, dass Verbraucher und Hersteller gleichermaßen auf Elektromobilität setzen.

Auch die Automobilhersteller schließen sich dem Trend zur Elektromobilität an. Führende Traditionsunternehmen wie GM, Ford, Volkswagen, BMW und Audi bringen kontinuierlich neue Elektrofahrzeugmodelle auf den Markt. Bis Ende 2022 werden voraussichtlich mehr als 80 Elektrofahrzeugmodelle und Plug-in-Hybride erhältlich sein. Zudem drängt eine wachsende Zahl neuer Elektroautohersteller wie Tesla, Lucid, Nikola und Rivian auf den Markt.

Auch Energieversorgungsunternehmen bereiten sich auf eine vollelektrische Gesellschaft vor. Um die steigende Nachfrage zu decken, ist es wichtig, dass sie bei der Elektrifizierung eine Vorreiterrolle einnehmen. Entlang der Autobahnen wird kritische Infrastruktur, darunter Mikronetze, benötigt, um Ladestationen zu integrieren. Die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Stromnetz (Vehicle-to-Grid, Vehicle-to-Grid, V2G) gewinnt ebenfalls an Bedeutung auf Autobahnen.

HINDERNISSE FÜR DAS WACHSTUM

Obwohl die Verbreitung von Elektrofahrzeugen an Dynamik gewinnt, dürften Herausforderungen das Wachstum bremsen. Anreize sollen zwar Verbraucher und Flotten zum Umstieg auf Elektrofahrzeuge bewegen, doch diese könnten einen Haken haben: Es könnte Bestrebungen geben, Elektrofahrzeuge mit der Infrastruktur zu verbinden, um die gefahrenen Kilometer zu erfassen. Dies erfordert technologische Innovationen und eine entsprechende Außenkommunikationsinfrastruktur.

Eines der größten Hindernisse für die Verbreitung von Elektrofahrzeugen im Endkundenbereich ist eine zuverlässige und effiziente Ladeinfrastruktur. Schätzungsweise 9,6 Millionen Ladepunkte werden bis 2030 benötigt, um dem prognostizierten Wachstum des Elektrofahrzeugmarktes gerecht zu werden. Fast 80 % dieser Ladepunkte werden für Privathaushalte und etwa 20 % für öffentliche Ladestationen oder Ladestationen am Arbeitsplatz vorgesehen sein. Derzeit zögern Verbraucher aufgrund der Reichweitenangst – der Sorge, dass ihr Auto keine längere Strecke ohne Nachladen zurücklegen kann und dass Ladestationen zum benötigten Zeitpunkt nicht verfügbar oder effizient sind – mit dem Kauf eines Elektrofahrzeugs.

Insbesondere öffentliche oder gemeinsam genutzte Ladestationen müssen rund um die Uhr nahezu konstant schnelles Laden ermöglichen. Ein Fahrer, der an einer Ladestation an einer Autobahn hält, benötigt in der Regel eine schnelle, leistungsstarke Ladung – Hochleistungsladesysteme müssen in der Lage sein, Fahrzeuge nach nur wenigen Minuten Ladezeit nahezu vollständig aufzuladen.

Schnellladegeräte erfordern spezielle Konstruktionsmerkmale für einen zuverlässigen Betrieb. Flüssigkeitskühlung ist notwendig, um die Ladekontakte auf optimaler Temperatur zu halten und die Ladezeit mit höheren Strömen zu verlängern. In stark frequentierten Ladezonen gewährleistet die Kühlung der Ladekontakte ein effizientes und gleichmäßiges Laden mit hoher Leistung, um den stetigen Ladebedarf der Kunden zu decken.

ÜBERLEGUNGEN ZUR KONSTRUKTION VON HOCHLEISTUNGSLADEGERÄTEN

Ladegeräte für Elektrofahrzeuge werden zunehmend mit Fokus auf Robustheit und hohe Ladeleistung entwickelt, um den Bedürfnissen von Fahrern von Elektrofahrzeugen gerecht zu werden und Reichweitenangst zu minimieren. Ein Hochleistungsladegerät mit 500 Ampere wird durch das Flüssigkeitskühl- und Überwachungssystem ermöglicht: Der Kontaktträger im Ladestecker ist wärmeleitend und dient gleichzeitig als Kühlkörper, da das Kühlmittel die Wärme über integrierte Kühlkanäle abführt. Diese Ladegeräte verfügen über verschiedene Sensoren, darunter Kühlmittelleckagesensoren und eine präzise Temperaturüberwachung an jedem Stromkontakt, um sicherzustellen, dass die Pins 90 Grad Celsius nicht überschreiten. Wird dieser Schwellenwert erreicht, reduziert der Laderegler in der Ladestation die Ladeleistung, um eine akzeptable Temperatur zu gewährleisten.

Ladegeräte für Elektrofahrzeuge müssen zudem verschleißfest und wartungsfreundlich sein. Die Ladegriffe sind auf Abnutzung ausgelegt; eine unsachgemäße Behandlung, die mit der Zeit die Kontaktfläche beeinträchtigt, ist unvermeidlich. Daher werden Ladegeräte zunehmend mit modularen Komponenten konstruiert, um den einfachen Austausch der Kontaktfläche zu ermöglichen.
Das Kabelmanagement in Ladestationen ist ebenfalls ein wichtiger Faktor für Langlebigkeit und Zuverlässigkeit. Hochleistungsladekabel enthalten Kupferdrähte, Kühlflüssigkeitsleitungen und Stromkabel und müssen gleichzeitig Zug- und Überfahrbelastungen standhalten. Weitere wichtige Aspekte sind abschließbare Verschlüsse, die es dem Fahrer ermöglichen, sein Fahrzeug an einer öffentlichen Ladestation unbesorgt laden zu lassen (Modularität der Steckfläche und Darstellung des Kühlmittelflusses).