Elektromobilität Was bei der Entwicklung von Ladestationen zu beachten ist

Das Design von Ladestationen für Elektrofahrzeuge stellt Entwickler vor hohe Herausforderungen, da zahlreiche Details zu beachten sind. Worauf es dabei konkret ankommt, erfahren Sie in diesem Beitrag.

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Elektrische Energie ist kein grundlegend neues Phänomen zum Antrieb von Fahrzeugen. Bereits im Jahr 1899 war ein französisches Fahrzeug mit der Bezeichnung Jamais Contente in der Lage, eine Geschwindigkeit von 100 km/h zu erreichen. Aufgrund der Verbesserungen in der Technologie der Batterien sind mehr als 100 Jahre später Elektrofahrzeuge endlich reif für den Massenmarkt.

Immer mehr Elektroautos auf europäischen Straßen

Die Lithium-Ionen-Chemie entwickelt sich zur bevorzugten Technologie für den Antrieb von Elektroautos. Mit der Einführung von Modellen wie dem Leaf von Nissan werden auf europäischen Straßen bald mehr Elektrofahrzeuge zu sehen sein, die auf Lithium-Ionen-Batterien setzen. Regierungen und Industrie sorgen mit Nachdruck für die nötige Infrastruktur an Ladestationen für Elektrofahrzeuge in Haushalten, Büros und auf Straßen, auf Parkplätzen und an Tankstellen.

Drei unterschiedliche Ladeszenarien

Allerdings kann ein einziges Design­konzept den Anforderungen nicht gerecht werden, die sich durch die unterschiedlichen Situationen des Ladevorgangs ergeben. Die Hersteller von Ladestationen müssen sich auf drei unterschiedliche Anwendungs­szenarien einstellen:

• Langsames Aufladen von Elektrofahrzeugen über eine längere Zeitspanne im Haushalt oder Büro unter Einsatz der herkömmlichen Stromversorgung.

• Öffentliche Ladestationen auf der Straße an universellen Ladestationen.

• Schnelles Laden an einer Tankstelle, wenn während einer Fahrt die Batterie zur Neige geht.

Um diese unterschiedlichen Szenarien abzubilden, sind verschiedenartig intelligente Systeme und unterschiedliche Stromabgaben erforderlich, die im folgenden beleuchtet werden. Auch wenn dem Markt für Ladegeräte ein rasantes Wachstum bevorsteht, müssen sich die Hersteller im Design der Ausstattung darauf einstellen, eine Bandbreite an Anwenderbedürfnissen für verschiedenste Produkte abzudecken. Gleichzeitig besteht Kostendruck, die Designs wiederverwertbar für vielfältige Produkte zu gestalten.

Trends im Batterieverhalten von Elektrofahrzeugen

Die Chemie in einer Batterie wird durch folgenden Größen verdeutlicht: spezifische Energie (Wh/kg), Energiedichte (Wh/l) und spezifische Leistung (kW/kg). In Abhängigkeit von den Kosten wägen die Hersteller von Elektroautos Batterietechnologien mit den höchstmöglichen Werten für jeden dieser Parameter ab. Dazu kommt die Platzanforderung als das höchste Gut. Ein möglichst geringes Gewicht des Fahrzeugs trägt darüber hinaus dazu bei, den Energieverbrauch gering zu halten und damit die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Die Tabelle in Bild 1 zeigt eine Übersicht der verschiedenen Akku-Technologien.

Akkus auf Lithium-Basis für E-Mobile

Für Elektrofahrzeuge eignet sich bevorzugt Lithium (in Form von Lithium-Ionen, Lithium-Polymer oder Lithium-Metall-Polymer). Die Batterie eines Elektroautos besteht aus vielen einzelnen Lithium-Zellen. Ein Sportwagen vom Typ Tesla Roadster etwa benötigt bis zu 6831 Lithium-Ionen-Zellen. Die Zellen werden in Module zusammengefasst, die wiederum in einem Batterie-Pack gruppiert sind. Die Überwachung und den Schutz dieser komplexen Batteriebaugruppen übernimmt ein spezieller Schaltkreis. Dieses Batterie-Management-System (BMS) ist in die Batterie integriert. Jede Ladestation muss mit einer Schnittstelle zum BMS ausgestattet sein, um Daten von ihm erhalten zu können.

Das Laden soll möglichst schnell gehen

Die Batterien eines Elektrofahrzeugs speichern große Kapaziäten an Energie. Sogar ein kleiner Zweisitzer für die Stadt kann eine Kapazität bis zu 8 kWh fassen. Ein Sportwagen mit Elektroantrieb kommt auf bis zu 60 kWh. Der Fahrer eines Elektrofahrzeugs möchte im Idealfall seine Batterie ebenso schnell aufladen, wie sich der Tank eines Verbrennungsmotors befüllen lässt. Diese Anforderung führte zur Entwicklung von schnell aufladbaren Geräten. Diese Geräte müssen eine hohe Abgabeleistung haben, aber dennoch von einer normalen Steckdose gespeist werden können. Für das schnelle Aufladen muss spezielle Ausrüstung bereitgestellt werden, für deren Entwicklung hohe Kosten anfallen.

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