Elektroautos: "Wir brauchen einen Durchbruch"

Der alle zwei Jahre in Baden-Baden stattfindende Kongress "Elektronik im Kraftfahrzeug", inzwischen auf "Electronic in Vehicles" (ELIV) umgetauft, ist der größte seiner Art weltweit. Die Kernthemen heuer waren Elektromobilität, Connected Car (vernetztes Fahrzeug) sowie automatisiertes Fahren & Fahrerassistenzsysteme.

Die Ängste Bei der E-Mobilität, die als unabdingbar gilt, um 2020 die CO₂-Ziele der EU einzuhalten, wurden drei große Hürden genannt, die zu beseitigen sind:

Die Angst vor zu geringer Reichweite, also vorm Liegenbleiben.

Die im Vergleich zu "normalen" Pkw viel längeren Ladezeiten.

Der mangelnde Verdienst der Ladesäulenbetreiber. Mit Benzin kann ein Tankstellenbetreiber in 4 min 100 € pro Zapfsäule umsetzen. Beim Stromladen erhält der Ladesäulenbetreiber in 4 min 1 €, also ein Hundertstel.

Stecker-Wirrwarr Ein Hindernis ist zudem die Steckervielfalt, allein in Österreich gibt es neun (siehe Grafik). Dabei wurde bereits auf dem Elektronik-Kongress 2013 der Einheitsstecker CCS (siehe Zusatzartikel) vorgestellt, der dieses Wirrwarr beenden sollte. Das erste Fahrzeug, das damit laden konnte, war der BMW i3. Aber die entsprechenden Ladesäulen verzögerten sich. Inzwischen sind es mehr als 1000 Ladesäulen in Europa, so Wolfgang Selle, Ford, auf dem Kongress. Sie würden problemlos funktionieren: "Es liegen keine Beanstandungen über fehlgeschlagene Ladevorgänge aufgrund von Kommunikationsfehlern oder fehlerhaft umgesetztem Ladeablauf vor."

Einheitliche Tests Aber nicht nur bei den Steckern herrscht Wildwuchs, auch beim Testen: Jeder Hersteller prüft derzeit die Interoperabilität zwischen E-Auto und Ladesäule selbst. Das kostet viel Zeit und Geld. Die Lösung: Die Mitglieder der CCS-Gruppe (siehe Zusatzartikel) haben mit den entsprechenden Organen der EU und der USA eine harmonisierte Testspezifikation entwickelt, die jedem Autohersteller oder Zulieferer offen steht. Sie ist aber nicht Pflicht.

Schneller laden Die zweite neue große Aufgabe ist die Erhöhung der Ladeleistung. Der Druck dazu kommt aus zwei Richtungen: Einerseits werden demnächst E-Autos mit Batterien kommen, die eine Speicherkapazität von 80 kWh haben und eine Reichweite von 400 km auch real ermöglichen. Anderseits wollen die Kunden ihre E-Autos nicht tagelang am Stecker hängen lassen, sondern zumindest 80 % der Energie in einer halben Stunde wieder nachladen können. Das würde zudem helfen, pro Ladesäule mehr Strom zu verkaufen und so die Amortisation verbessern.

Kabelkühlung Für den Kunden soll aber das Laden gleich einfach bleiben wie bisher, sprich, die Kabel sollen gleich dünn und somit leicht bleiben.

Um dies zu ermöglichen, wurde vom CharIN-Team vereinbart, das Ladesystem von den heute genormten 200 A auf 350 A zu erhöhen. Die Spannung soll von heute 600 V auf 1000 V (Gleichstrom) steigen. Damit die Komponenten dennoch nicht schmelzen, wurde nach einer Lösung gesucht. Größere und schwerere Kabel wollte man nicht. Das Vorbild fand man bei Schutzgasschweißanlagen, wo es Ladekabel mit integrierter Luftkühlung gibt. Nun müssen noch die Normprüfer zustimmen.Insgesamt soll durch die Erhöhung der Ampère auf 350, der Spannung auf 1000 V und den luftgekühlten Ladekabeln eine Ladeleistung von 350 kW künftig möglich sein. Das würden Lithium-Akkus gerade noch aushalten, ohne vorschnell zu altern. Heute sind es meist 50 kW mit dem CCS-System mit Gleichstrom und 43 kW mit Wechselstrom. Ziel: 100 km Reichweite in 4 Minuten Ladezeit. Heute führt Tesla mit 120 kW.

Ausblick CharIN-Chef Claas Bracklo ist optimistisch, dass es nach dem schwierigen Start "künftig deutlich besser wird. Im Hochvoltbereich werden die Beteiligten besser zusammenarbeiten." Selbst Toyota sei interessiert. 2017 sollen zudem alle neuen Ladestellen in der EU CCS-Stecker-tauglich sein. Auch ein Roaming-Bezahlsystem wird entwickelt.

CCS Combined Charging System (Kombi-Ladesystem)

Derzeit ist es weltweit das einzige standardisierte Lade- system seiner Art. Es erlaubt das Laden mit Wechsel- oder Gleichstrom über eine einheitliche Ladeschnittstelle, den sogenannten Combo-Stecker. CCS wurde entwickelt von EU- und US-Autoherstellern (Audi, BMW, Daimler, Ford, Opel/GM, Porsche, VW), EU- und US-Organen.

CharIN Charging Interface (Schnittstelle) Initiative

Wurde im Mai 2015 in Berlin gegründet. Ziel ist eine schnellere Umsetzung der Ladeinfrastruktur. Ein Kern- punkt dabei ist die Erhöhung der heute meist 50 kW Ladeleistung für CCS auf künftig 350 kW. Als Zwischenschritt werden 150 kW angepeilt. Gründungs- mitglieder von CharIN sind u.a. Audi, BMW, Daimler, Opel, Porsche, VW, TÜV Süd, Mennekes und PhoenixContact.

Induktives LadenBusse laden bereits mit dem Bombardier-System berührungslos. Für Pkw stellte Bombardier in Baden-Baden ein System vor, das Audi auf der IAA zeigte. Expertise liefert auch Silver Atena in München. Die Serienproduktion hat begonnen. Bosch geht davon aus, dass für Pkw die Ladeleistung klein bleiben wird: 3,5 oder 7 oder max. 11 kW, so Achim Henkel. Für 7 kW reicht bei Bosch eine 30 x 30 cm2 große Platte. Die Versatztoleranz beträgt je 15 cm links bzw. rechts, heißt, das Auto muss nicht ganz exakt auf der Platte parken. Allerdings nimmt der Wirkungsgrad mit der Ungenauigkeit ab. Im besten Fall liegt der Wirkungsgrad laut Henkel bei 90 %, im schlechten Fall bei 85 %. Induktives Laden sei alles andere als trivial und "deutlich mehr als Energieübertragung." Sowohl Bombardier wie Bosch sehen im induktiven Laden auch für Pkw eine große Zukunft, vor allem in Privatgaragen.

800 V"Wir werden 800 V gezielt in Serie bringen", kündigte Otmar Bitsche schon im Juni beim AVL-Symposium in Graz an. Auf dem Kongress in Baden-Baden legte Bitsche nach. Mit dem Sieg von Porsche in Le Mans habe man gezeigt, dass 800 V technisch beherrschbar sind. Auch Komponenten gebe es bereits dafür. Die Vorteile lägen auf der Hand: Mit 800 V nehme ein 90-kWh-Akku in 20 Minuten Strom für 400 km Reichweite auf. Und das, ohne die Ampère enorm zu erhöhen. Kunden bräuchten künftig mit einem E-Auto von Berlin nach Lindau (720 km) kaum länger als mit einem normalen Auto.

Aber: Es gibt noch keine entsprechende Lade-Infrastruktur. Auch bei der Normung sind noch große Hürden zu nehmen, so Bitsche, vor allem in den USA und in China. Hilfreich sei, dass etwa die Solarbranche Ähnliches fordere.