Antriebe, Steuerungen, Komponenten

Elektromobilität benötigt Ladeinfrastruktur

Elektroautos sind umweltfreundlich und praktikabel, für Fuhrparkflotten von Logistik-/Serviceunternehmen geradezu prädestiniert. Im wasserkraftreichen Zukunftslabor Norwegen (N) ist ihr Preis wegen zahlreicher Zusatzvorteile für den Nutzer günstig.

Ladeanschluss (Fa. Mennekes, www.mennekes.de) Box für Innenraum (AMTRON® Wallbox).

Um dem Willen der Bundesregierung entsprechend bis zum Jahr 2020 eine Million Elektro- und Hybridmodelle auf deutschen Straße zu etablieren, müssen in diesem Bereich N vergleichbare Maßnahmen sowie Anreize wie neugeordnete Steuerregeln, Zulassungsgebühren, reduzierte Mehrwertsteuer u. ä. eingeführt werden. Zugleich erfordert der geplante Durchbuch neben den funktionellen Vorbedingungen (Antrieb, Bordnetz, Kommunikation, Zuverlässigkeit u. a.) eine leistungsfähige, nutzerfreundliche und sichere, vor allem in Ruhe-/Wartezeiten verfügbare Ladeinfrastruktur.

Von Initiativen wie in N hört man in D zu wenig. Fachleute befürchten daher, dass unser Land trotz gegenteiliger Beteuerungen internationales Schlusslicht bei der Elektromobilität bleibt (Prof. Dudenhöffer, Uni Duisburg-Essen).

Ladeanschluss (Fa. Mennekes, www.mennekes.de) Säulen für Freiluft ≤ 22 kW, IP 44, mit allstromsensitiven Leitungsschalter.

Anforderungen
Elektrisches Fortbewegen benötigt neben den geeigneten Fahrzeugen die Ladeinfrastruktur. Ihre Einheitlichkeit/Leistungsfähigkeit sichert Markteinführung und breite Akzeptanz der E-Mobilität bei flächendeckender Interoperabilität. Öffentlichen wie privaten Nutzern müssen flexible, systemfähige Akku-Ladestationen (Tabelle 1) zugänglich sein. Sie haben unterschiedliche Fahrzeuge zuverlässig mit elektrischer Leistung zu „beladen“. Vor allem bei schrittweise umzurüstenden Flotten ist Erweiterungsfähigkeit ohne Zusatzkosten zu gewährleisten. Gefahren und Fehlinvestitionen lassen sich vermeiden, wenn neben den technischen Anschlussbedingungen der Netzbetreiber TAB, den üblichen Installations- /Schutzvorschriften gültige Normen und Vorschriften beachtet werden.

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Vernünftige Ladestrategien garantieren, dass

  • ihre Netzeinbindung Rückwirkungen vermeidet und das Nutzen regenerativer Energien sicherstellt wird,
  • der tägliche Bedarf mit der verfügbaren Leistung (aus Netz oder dezentraler Generation) zur Deckung gebracht wird (Lastmanagement),
  • intelligente Verfahren optional die energiewirtschaftliche Nutzung der Akkus während der Standzeit an der Ladesäule als mobile Speicher ermöglichen.
Tabelle 1: Tabelle 1: Ladepunkte – Anschlussbedingungen– Anschlussbedingungen

Darüber hinaus ist die sichere Kommunikation zwischen Fahrzeug, Ladestation und Stromlieferant zu gewährleisten, um diese, sich automatisch identifizierenden Maschinen Fahrzeug, Ladestation in aktuelle und künftige Internet-Versionen zu integrieren. Zudem sind mechanische Bedingungen hinsichtlich Umgebung und Aufstellung zu erfüllen.

Insgesamt erfordert die Verwaltung der Anschaltpunkte (Erfassung, Abrechnung, Überwachung, regelmäßige Prüfung) maximale Sicherheit, Zuverlässigkeit und Sorgfalt. Ergonomische Gesichtspunkte wie Bedienbar-, Ablesbar-, Zugänglichkeit spielen wie die elektromagnetische Verträglichkeit EMV gleichfalls eine wesentliche Rolle.

Tabelle 2: Energieversorgung für Elektro-Fahrzeuge

Realisierungsmöglichkeiten
Die verschiedenen Lösungen (Tabelle 2) führen zu elektrisch und konstruktiv angepassten Ladesäulen und -steckern (Komfort, Funktionalität, Design). Alle Aufstellpositionen sind in einem offenen System (Markplatz) zu vernetzen.

Beim stationären, berührungsfreien Übertragen ist die zulässige Positionierungenauigkeit des Fahrzeuges von Bedeutung (Parktoleranz). Zusätzlich zeigt sich das unvermeidliche Streufeld als wichtiger Schutzaspekt (EMV, Personengefährdung).

Ladestecker Typ 2 (Betriebsart 3), europaweit genormt, ≤ 32 A, Basis für Combined Charging System für AC-/DC-Ladung. (Quelle: www.produktion.de)

Sogenannte Supercharger mit Leistungen > 100 kW (Hersteller beispielsweise Tesla/USA) laden Akkus extrem schnell (100 Prozent in 75 min., 80 Prozent in 40 min.). Als fortschrittlichste Technologie gelten schattenspendende Solarzellendächer.

Laden ohne Grenzen (E-Roaming)
Mit der Ausbreitung der E-Mobilität geht die kommerzielle Optimierung der „Betankung“ zum Marktplatz für geschäftliche Transaktionen einher. Er verbindet alle beteiligten Teilnehmer über E-Roaming mit genormten Steckern zur europaweiten Ladeinfrastruktur bei zugleich einfacher Abwicklung. Dieser B2B-Markplatz (Business-to-Business) steht für weitere Dienste wie Lastmanagement, Suchen und Reservieren von Ladepunkten, Abrechnung u. a. bereit.

Induktives Laden mit bidirektionalen Vier-Quadranten-Stellern (Energieübertragung mit Mittelfrequenz, Nennabstand der Spulen (Luftspalt) ca. 15 Zentimeter); a. Vier-Quadranten-Steller mit SiC-Bauelementen; b. bidirektionaler Netzgleichrichter.

Entwicklungen
Schwerpunkte liegen beim kabellosen Laden, bei der Brennstoffzellen-Technologie, in Lademanagement und Smart-Grid-Verbund. Schnellladesysteme für Zeiten 5 bis 10 Minuten befinden sich vor der Einsatzreife. Gestützt werden alle Arbeiten von den Fortschritten umweltverträglicher Speichertechnik.

Neueste Arbeiten befassen sich mit der induktiven Energietransformation während der Fahrt ohne große Bordspeicher auf präparierten Straßen des Linienverkehrs.

Dr.-Ing. habil. Joachim Krause

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