Ladestrategien der Zukunft

Bis zum heutigen Tag teilen sich die Elektromibilisten in zwei Lager. Die Einen wollen so schnell wie möglich unterwegs laden und die Anderen langsam und dynamisch an ihren Eigenerzeugeranlagen.

Beide Lager tauschen auch gern Ihre Meinungen kontrovers in diveren Foren aus. Nicht immer geht es hier fair zu und man stellt die eigene Ladewahl des Fahrzeuges und dessen Notwendigkeit als global und „normal“ geltende Meinung hin.

Aber genau dann, wenn es zu solch unterschiedlichen Ansichten kommt, ist die bisherige Lösung nicht gut und geschweige denn perfekt!

Um sich die Strategien der Zukunft vorzustellen, beginne ich mit ein paar Fragen.

1.) Was muss das Ziel für Akkukazitäten in Fahrzeugen sein, um den gesamten Markt zu durchdringen?
2.) Ist AC Ladung im Fahrzeug sinnvoll?
3.) Ist der Typ 2 Stecker ein idealer Ladestecker?
4.) Ist die CCS-Ladung eventuell nur eine Übergangstechnologie?

Generell kann man sicherlich sagen, dass unsere derzeitigen Elektrofahrzeuge (bis auf das Tesla Model S) nur Übergangsfahrzeuge sind. Niemand wird ernsthaft in Erwägung ziehen wollen, dass alle Kfz-Inhaber in Zukunft mit Reichweiten von 100-200km zufrieden sein werden.

Genauso steht es fest, dass sich die Batterie-Kapazitäten/kg binnen 5 Jahren verdoppeln werden und das bei stark fallenden Preisen. Batterien sind kein Hexenwerk, die Produktion der Batterien bedarf einer globalen Standardisierung! Dies hebt den Output und drückt die Kosten.

Doch wie groß muss die Batterie eines z.B. Mittelklassewagens sein? Dazu eine kleine Rechnung. Im Durchschnitt legen die heutigen Verbrenner mit einer Tankfüllung 600-800km zurück. Nehmen wir den untersten Wert an und ermöglichen es so den Wettbewerbern, sich mit leicht gesteigerten Reichweiten ein Alleinstellunsgmerkmal zu erarbeiten.

Der Verbrauch eines Mittelklasse-Elektrofahrzeuges liegt bei ca. 210Wh/km.

Der Winter macht ca. 20% Abstriche und bei 80% DOD sollte die Batterie für den Nutzer zu 100% voll sein.

=> 600km * 210Wh / 0,80 / 0,80 = ca. 200kWh

Ein Mittelklassefahrzeug müsste also eine Bruttobatterie von 200kWh mitnehmen. An dieser Bruttokapazität lässt sich nun die Ladeinfrasturktur ableiten, was mich zu den Fragen 2, 3 und 4 bringt.

Sicherlich kann man heutzutage sagen, dass wir nicht an einer Wechsel-/Drehstromladung vorbeikommen. Unsere Lade-Infrasturktur ist sehr schwach und von einer DC Infrastruktur möchte ich gar nicht sprechen. Aber ist in Zukunft eine AC Ladung sinnvoll? Kann man beiden „Ladelagern“ gerecht werden, wenn man einfach eine AC und DC Ladung ins Fahrzeug einbaut? Auf den ersten Blick sicherlich, aber ist dies eine komfortable Lösung?

Schnellladung

Ausgehend von der 200kWh Batterie (mit einer Ladekapazität von 160kWh) im Fahrzeug möchte ich zunächst die Schnellladung betrachten, die sicherlich unausweichlich ist. Gerade mit großen Kapazitäten macht es technisch erst Sinn, über „Ultra-Charging“ nachzudenken. Aber bietet der Gleichstromteil des CCS dafür die erforderliche Leistung? Bisher beschreibt die Automobilindustrie die eingesetzten 400V als Hochvolt, aber ein neuer Stern am Horizont weist uns den Weg zu 750V. Das bedeutet für den derzeitigen CCS Standard eine maximale Ladeleistung von 150kW.

Das hört sich nach viel Leistung an, wird aber nicht ausreichen, um ein Fahrzeug innerhalb von 10 Minuten an einer Tankstelle auf augenscheinliche 100% aufzuladen. Dazu wäre eine Leistung von 1000kW nötig, also 1300A an einem 750V System. Sicherlich ist diese Leistung als „Endausbaustufe“ anzusehen und wohl mittelfristig nicht umsetzbar. Aber 400A sollten es schon sein und somit ein Draft für den CCS2 Standard.

Nach 600km Autobahnfahrt und diesen 400A wäre ein Betanken auf der Raststätte innerhalb von 30-45 Minuten möglich. Danach gehts 600km weiter. Die Evolution der Betankung und der Akkus würde dann mittel- & langfristig dazu führen, das Laden auf 15 Minuten zu reduzieren. Dieses Ultra-Charging bleibt Tankstellen und vielleicht weiteren 3rd Party Distributoren vorbehalten, aus verständigen Gründen.

Einen kleinen Haken hat das Ganze jedoch: der Preis je kWh. Dieser würde sicherlich bei ca. 40-50cent/kWh liegen (abgeleitet vom heutigen Strompreis im Juni 2014) oder bedarf einer vorherigen Umlagefinanzierung, wie bei Tesla.

dynamisches, langsames Laden an Eigenerzeugeranlagen

Nachdem das Schnellladelager nun sicherlich zufrieden sein wird, geht es nun um den Eigenstrom direkt vom Hausdach oder via Roaming am Arbeitsplatz oder jeder anderen Steckdose auf dieser Welt.

Ist es denn sinnvoll, neben der DC Ladung noch ein Ladegerät ins Fahrzeug zu bauen, um auch langsam an Eigenerzeugeranlagen laden zu können? Kurzfristig gesehen würde ich dies mit einem klaren Ja beantworten, aber langfristig mit einem klaren Nein. Wieso?

Die kurzfristige Strategie könnte der derzeitige CCS Stecker sein oder auch nur der Typ2 mit Mid-DC Umschaltung. Ich persönlich würde den Typ2 für kleine Batteriekapazitäten bevorzugen und erst ab 70kW Ladeleistung und großen Batteriekapaziäten auf CCS wechseln. Vielleicht wäre hier auch etwas kompakterer Stecker möglich!?

Die langfristige Strategie kann nur die reine DC Ladung mittels Wallbox zu Hause, beim Arbeitgeber usw. sein. Hier sind Leistungen von 100W bis 300.000W möglich.

Immer kompaktere Leistungselektronik macht es möglich, auch DC Ströme im Auto dynamisch zu regeln, wenn unter Umständen auch mit Einschränkungen der maximalen Leistung. Befinden sich sogar Solarzellen im Panoramdach des Fahrzeuges, ist eine DC-DC Regelung ohnehin ein Muss.

Die Intelligenz der Steuerung für z.B. eine Überschussladung befindet sich derzeit außerhalb des Fahrzeuges und regelt so den Charger im Fahrzeug. Aber warum? Warum befindet sich die Intelligenz nicht in jedem Fahrzeug? Das Fahrzeug kennt am besten seinen Füllstand, Umweltfaktoren und andere, eventuell vom User, vorgegebene Parameter. Ihm fehlt derzeit nur ein Wert: der Überschuss an Leistung vom Dach!

Gibt man ihm diesen Wert über eine kleine, standardisierte Hardware und über das Backend des Herstellers, so regelt das Auto von ganz allein. Eine solche Ladung ist an jeder beliebigen Wallbox möglich, auch an einer Schuko-Steckdose irgendwo in Wladiwostok. Durch das Verlagern der Logik ins Fahrzeug/Backend wird auch ein Strom-Roaming möglich. Ein kleines Beispiel.

Die PV Anlage erzeugt zu Hause 5kW und sie sind auf Arbeit. Kein Problem, einfach das Fahrzeug an eine freie Wallbox gesteckt und schon tankt er den Strom von zu Hause, und nur Den. Hier tun sich neue Geschäftsfelder für unsere geliebten Energieversorger auf. Spielen die EVUs mit, wäre das ganze auch ohne zusätzliche Hardware im heimischen Schaltschrank möglich, ein Smartzähler würde dies übernehmen.

Nun kann jeder zu Hause oder an jeder beliebigen anderen Steckdose seinen Strom von zu Hause tanken und damit Geld sparen. Immerhin stehen die deutschen Fahrzeuge im Durchschnitt >90% ihrer Lebenszeit.

Vielleicht entwickeln sich aber auch neue Stromtarife, die es auch den Nicht-PV-Besitzern ermöglicht, nachts günstigen, überschüssigen Windstrom zu tanken, mit geringeren Ladeleistungen.

Das Fazit

IMHO will ich damit ausdrücken, dass sie für die Ladestrategien der Zukunft zwei Teile geben wird:

a.) intelligente, kostengünstige, langsame Ladung an z.B. Eingenerzeigeranlagen oder günstigen Stromtarifen, z.B. auch an „dummen“ Straßenlaternen über Nacht, kontaktlos auf Supermarktparkplätzen, alles ohne nervige RFID Karte oder andere, mannigfaltige Abrechnungssysteme

b.) ultraschnelle, teurere Schnellladung für den Kurzstopp, Flottenfahrzeuge, LkW usw.

Das Ultra-Charging ist auf neue Standards angewiesen und bedarf großer Batteriekapazitäten in den Fahrzeugen.

Die effiziente und intelligente Ladung mit geringen Leistungen ist am einfachsten für eine Logik direkt im Fahrzeug umzusetzen.

Wir werden sehen, was die Zukunft bringt.

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