Linderung der Probleme beim Laden von Elektrofahrzeugen in Sicht

Anbieter von Ladesystemen entwickeln Technologien, die Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und effizientes Energiemanagement ermöglichen. (Foto: Atom Power)

Der Trend zur Elektrifizierung von Nutzfahrzeugflotten nimmt weltweit zu. Mordor Intelligence schätzt, dass der Markt für kommerzielle Elektrofahrzeuge (EVs) weltweit bereits 105,66 Milliarden US-Dollar erreicht hat und erwartet, dass er sich bis 2028 auf 323,73 Milliarden US-Dollar mehr als verdreifachen wird.

In den USA geht die US-Umweltschutzbehörde davon aus, dass staatliche Anreize und geplante Emissionsvorschriften dazu führen werden, dass bis zum Jahr 2032 bis zu 50 % der neuen Nutzfahrzeuge, 35 % der neuen Sattelschlepper für den Nahverkehr und 25 % der neuen Lastkraftwagen für den Fernverkehr elektrifiziert werden.

Solche Prognosen erhöhen den Druck auf Energieversorger und Privatwirtschaft, die erforderliche Ladekapazität und die erforderlichen Optionen bereitzustellen, um die schnell wachsende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen zu decken. Selbst mit staatlichen Regelungen und Anreizen besteht die Gefahr, dass der Markt für kommerzielle Elektrofahrzeuge schwächelt, wenn der Bedarf an Ladeinfrastruktur und -kapazität nicht gedeckt werden kann.

Infrastruktur hinkt der Einführung hinterher

„Das Elektrofahrzeug ist ebenso neu wie das Aufladen, aber das Vertrauen in die Zuverlässigkeit [von Elektrofahrzeugen] ist größer als das Vertrauen in die Infrastruktur, die sie unterstützt – zumindest soweit wir das bei Flotten gesehen haben“, sagte Ryan Kennedy, CEO von Atom Power, einem Anbieter von Ladesystemen der Stufe 2.

Unternehmen installieren Ladestationen für Elektrofahrzeuge dort, wo sie über ausreichende Kapazität verfügen. Mangelnde Infrastruktur begrenzt diesen Spielraum jedoch. (Foto: Eaton)

Ein Anfang des Jahres von McKinsey & Co. veröffentlichter Bericht spiegelt dies wider. Er zeigt, dass von den mehr als 50 % der befragten Unternehmen, die ihre Flotten bis 2027 dekarbonisieren wollen, ebenso viele Infrastrukturinvestitionen und Fahrzeugkosten als erhebliche Hindernisse für die Einführung von Elektrofahrzeugen ansehen.

„Wir haben den Punkt überschritten, an dem Unternehmen nur so viel elektrifizieren, wie sie über die nötige elektrische Kapazität verfügen. Wir haben Unternehmen gesehen, die ihren aktuellen Gebäudebestand und die verfügbare Leistung prüfen und dort, wo sie über genügend Leistungsreserven verfügen, Ladestationen installieren“, sagte Joe Cappeta, Direktor für technische Anwendungen – Energiewende bei Eaton.

Dieser Spielraum ist jedoch begrenzt. „Wir sehen bereits, dass der Mangel an Infrastruktur zu einem echten Problem wird, insbesondere für mittelschwere und schwere Flotten, die enorme Mengen an Strom zum Laden benötigen“, so Cappeta. „Für diesen Anwendungsfall gibt es keine einfachen Lösungen. Man muss wirklich damit beginnen, Strom über die Infrastruktur zu verteilen und die lokalen Versorgungskapazitäten zu erhöhen. Das erfordert Zeit für Planung und Beschaffung.“

„Jedes Ladegerät benötigt eine Infrastruktur, damit es funktioniert, und je mehr Leistung Sie benötigen, desto mehr müssen Sie im Voraus planen.“

Auch die Zuverlässigkeit der Ladeinfrastruktur ist ein Problem. „Die finanzielle Existenz einer Flotte hängt von der Zuverlässigkeit der Fahrzeuge, der Zuverlässigkeit der Fahrer und der Tankstelle ab, die sie versorgt. Mit der Elektrifizierung von Flotten werden diese zunehmend zur Tankstelle, da es am sinnvollsten ist, Elektrofahrzeuge in Depots und an der Zentrale aufzuladen“, so Kennedy.

Die Verfügbarkeit der Ladestationen ist jedoch uneinheitlich. „Wenn man sich die aktuellen Daten ansieht, liegt die Betriebszeit der Ladestationen in den USA bei etwa 70 bis 73 Prozent. Das ist wirklich niedrig“, sagte Kennedy. „Wenn sie 25 Prozent der Zeit nicht funktionieren, ist das nicht gut.“

Die Zuverlässigkeit eines Systems wird für Flotten zunehmend entscheidend. Wenn dies nicht nachgewiesen werden kann, würde dies die Einführung von Elektrofahrzeugen einschränken.

Die Ladelösung von Atom Power nutzt Halbleiterschalter, die getrennt von den Ladesäulen untergebracht sind und ausschließlich als Stromleitung für die Fahrzeuge dienen. (Foto: Atom Power)

Eine solide (staatliche) Alternative

Um diese und andere Schwachstellen im Flottenbereich zu beheben, ist Kennedy der Ansicht, dass das Laden auf Flottenebene im großen Maßstab und nicht nur auf einer einzelnen Ebene angegangen werden muss.

„Das Laden von Fahrzeugen verbraucht pro Einheit mehr Energie als die meisten anderen Geräte. Mit einem einzigen Ladegerät können bis zu 19 kW erreicht werden“, erklärte er. „Das ist viel Leistung, insbesondere wenn man sie auf eine große Anlage verteilt. Oftmals übersteigt diese Anlage die Anschlussleistung des verfügbaren Versorgungsunternehmens oder die Infrastruktur im Gebäude.“

Energiemanagement ist unerlässlich. „Energiemanagement ist sicherlich eines der vorrangigsten Probleme, die es zu lösen gilt, insbesondere im Flottensektor, da dort viel mehr Fahrzeuge an einem Standort betrieben werden als in anderen Branchen“, sagte Kennedy.

Um Flotten bei der Umstellung auf Elektrifizierung zu unterstützen, hat Atom Power eine Plattform auf Basis von Halbleiterschaltern entwickelt. Anstatt das Ladesystem in einzelne Säulen einzubauen, sind die Halbleiterschalter in den Schalttafeln der Hauptstruktur untergebracht. Die Säulen dienen als Leitung und nicht als Ladegerät.

„Bei einem herkömmlichen Level-2-Ladegerät sind alle Ladefunktionen – Software, Steuerung und Hardware – im Ladegerät selbst integriert, das sich vor dem Fahrzeug befindet. Wir steuern dies über einen Unterbrecher, der sich außerhalb des Fahrzeugs befindet“, sagte Kennedy. Das bedeutet ein geringeres Risiko von Schäden an wichtigen Komponenten und eine einfachere Wartung.

„Für uns war es entscheidend, die Zuverlässigkeit unserer Infrastruktur im Flottenmarkt zu demonstrieren. Das bedeutet, dass es weniger Ausfälle gibt und die Wartung kinderleicht ist – die Ausfallzeiten sind extrem gering“, sagte er. „Wir erreichen eine Verfügbarkeit von 99 %.“

Auch das groß angelegte Energiemanagement eines gesamten Standorts oder Campus ist einfacher. „Andere Systeme sind disaggregiert. Wie kann man garantieren, dass das System nicht überlastet wird? Das ist schwierig, wenn sie nicht miteinander verbunden sind“, erklärte Kennedy. „Bei uns sind sie standardmäßig miteinander verbunden und agieren als eigenständige Einheit innerhalb einer Infrastruktur.“

Vorteile der Festkörpertechnologie für das Laden kommerzieller Elektrofahrzeugflotten Ryan Kennedy von Atom Power diskutiert den Stand der Ladeinfrastruktur und wie die Festkörpertechnologie helfen kann

Die infrastrukturorientierte Software von Atom Power verteilt die Ladevorgänge intelligent auf die Infrastruktur, um eine Überlastung des Gebäude- oder Versorgungsspitzenprofils zu vermeiden. Flottenmanager können damit Funktionen überwachen und auf Kennzahlen wie Ladezeit, priorisierte Lastabschaltung, Spitzenlastzyklen, sicherheitskritische Funktionen, ESG-Ziele usw. zugreifen. Darüber hinaus gewährleistet sie die Cybersicherheit des gesamten Systems.

„Fuhrparks werden zur Tankstelle. Ihr Lebensunterhalt und Ihr Erfolg bei der Auslieferung von Waren oder bei Serviceeinsätzen hängen von der Verfügbarkeit Ihres Fuhrparks ab“, erklärte Kennedy. „Die Wartung ist eine Sache, die Cybersicherheit eine andere. Cybersicherheit wird zu einem immer wichtigeren Thema, insbesondere da die Infrastruktur aufgrund der zunehmenden Verbreitung immer größer wird.“

„Wir haben viel Zeit darauf verwendet, sicherzustellen, dass wir über eines der unserer Meinung nach sichersten Softwaresysteme auf dem Markt verfügen“, fügte er hinzu.

Joe Cappeta, Direktor, Technische Anwendungen – Energiewende, Eaton

Ladestrategien

Eaton arbeitet daran, große Infrastrukturprojekte für Elektrofahrzeuge schnell mit zuverlässigem Laden und besserer Kontrolle über die Energiesysteme zu ermöglichen, so Cappeta. Das Angebot reicht von integrierten und eigenständigen Ladegeräten mit einer Leistung von 7,7 bis 19,2 kW bis hin zu einem Gleichstrom-Schnellladegerät, das bis zu 150 kW Leistung an ein Fahrzeug liefern kann, um Ladezyklen zu beschleunigen.

Das Unternehmen integriert außerdem Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge in Schalttafeln und Verteilerschränke, um den Einbau von Ladestationen zu vereinfachen. „Wir vereinen normalerweise separate Geräte in einer platzsparenden, werkseitig montierten Lösung, die Materialeinsparungen von bis zu 24 % und Arbeitskosteneinsparungen von 16 % ermöglicht“, sagte Cappeta.

Eine branchenweit erste Ladeschiene für Elektrofahrzeuge bietet eine Überkopf-Ladetechnologie, die die Installationszeit um 40 % reduzieren soll, eine skalierbare Ladeinfrastruktur ermöglicht und größere Änderungen an vorhandenen Park- oder Förderstrukturen vermeidet.

Das Unternehmen entwickelt außerdem Batterie-Energiespeichersysteme (BESS), um das Laden von Fahrzeugen zu ermöglichen, „wenn der Massenstrom günstig ist“, und um Energie auf eine Weise zu entladen, die die Auswirkungen der Elektrifizierung auf die lokalen Verteilungssysteme reduziert, sagte Cappeta.

„Wir sind außerdem in der Lage, eine beliebige Anzahl von DERs (verteilte Energieressourcen) zu integrieren und ein Mikronetz zu errichten, sodass die Kunden die Stromversorgung ihrer Anlagen und Transportmittel vor Ort besser selbst in die Hand nehmen können.“

Zu den Lösungen von Eaton gehört der EV Charging Busway, der eine schnelle Installation und leicht skalierbare Ladekapazität ermöglicht. (Foto: Eaton)

Doch Hardware allein reicht nicht aus. „Unternehmen brauchen Strategien, um bestehende Energiesysteme effizienter und intelligenter zu machen und so die Elektrifizierung zu beschleunigen. Beispielsweise helfen Lastmanagement-Software oder die Erweiterung der Energieinfrastruktur mit DERs, Engpässe im System zu beseitigen und die für die Elektrifizierung benötigte zusätzliche Energie schnell bereitzustellen“, erklärte Cappeta.

Eaton sieht enorme Chancen für ein effektiveres Energiemanagement, indem es die durch die Energiewende verfügbaren Hebel nutzt. Laut Cappeta erfordert dies, die traditionellen Grenzen der Leistungsfähigkeit elektrischer Systeme zu durchbrechen.

„Wir arbeiten mit Kunden zusammen, um ihre Energiesysteme zu optimieren, damit sie Lasten verwalten, Kapazitätserweiterungen vermeiden oder verschieben sowie erneuerbare Energien und Energiespeicher integrieren können, um die Elektrifizierung zu dekarbonisieren“, erklärte Cappeta. „Beispielsweise haben wir eine Möglichkeit gefunden, die Ladetechnologie auf die Größe eines Leistungsschalters zu verkleinern. Wir integrieren sie in unsere Stromverteilungsanlagen für nahtlose Installationen, die die Installationszeit verkürzen und die Zuverlässigkeit erhöhen.“ Diese Integration ermögliche zudem neue Flexibilität, Skalierbarkeit und Modularität, fügte er hinzu.

Eaton unterstützt zudem die Verwaltung der Betriebszeit durch das laut Cappeta „größte Serviceunternehmen Nordamerikas“, um Service-Level-Agreements für Flottenladestationen umzusetzen. Darüber hinaus integriert das Unternehmen mithilfe seines Fernüberwachungs- und -verwaltungsservices Predict Pulse intelligente Funktionen in seine Ladegeräte und BESS.

„Diese Technologie überwacht aktiv über 200 Datenpunkte innerhalb der Hardware, um potenzielle Ausfälle vorherzusagen und zu minimieren. Wir können einen LKW mit der richtigen Ausrüstung anrücken lassen und das bald defekte Teil austauschen, um einen ungeplanten Ausfall zu verhindern“, so Cappeta. „Wichtig ist auch, dass wir in ganz Nordamerika über hervorragende Vertriebspartner verfügen, die vor Ort Lagerbestände haben, um die Verfügbarkeit von Teilen und Support sicherzustellen.“

Diese und andere kreative Lösungen werden von entscheidender Bedeutung sein, um die Hürden bei der Einführung zu nehmen und Flottenbesitzern und -betreibern die Gewissheit zu geben, dass sie die Anzahl gewerblicher Elektrofahrzeuge in ihren Flotten erfolgreich und profitabel steigern können.

Benutzern helfen, ihre Bedürfnisse zu verstehen

„Im Flottenmarkt herrscht die Annahme, dass Gleichstrom-Schnellladesysteme erforderlich sind, was in den meisten Fällen jedoch nicht zutrifft“, sagte Ryan Kennedy von Atom Power. Solche Level-3-Ladegeräte beziehen deutlich mehr Energie aus dem Netz und können im Vergleich zu einem Level-2-Ladesystem bis zu 20-mal teurer sein.

„Wir müssen regelmäßig Daten erheben, um herauszufinden, wie Ihre Fahrgewohnheiten sind, welche Fahrzeuge Sie nutzen und wie lange Sie dort verweilen“, so Kennedy. „Dabei stellt sich heraus, dass ein erheblicher Teil der Flottenladung mit einer höheren Leistung der Stufe 2 – etwa 19 kW – erfolgen kann.“

Joe Cappeta von Eaton erklärte, das Unternehmen habe eine übermäßige Vereinfachung der Ladebedarfsmodellierung beobachtet, die dazu führe, dass einige Systeme für ihren tatsächlichen Bedarf überdimensioniert seien. „Beispielsweise wünschen sich die Leute oft das größte Ladegerät oder planen für den schlimmsten Fall – Fahrzeuge kommen mit leerer Batterie an und müssen so schnell wie möglich zu 100 % geladen werden“, sagte er. „Doch typischerweise liegt die Verweildauer dieser Fahrzeuge bei über 10 Stunden. In dieser Zeit kann man mit nur einem 7,7-kW-AC-L2-Ladegerät eine enorme Menge an Strom liefern, die den Bedarf des Fahrzeugs mehr als decken würde.“

„Es ist äußerst wichtig, Ihre Ladeanforderungen zu verstehen“, sagte er und fügte hinzu, dass Eaton Ressourcen anbietet, um Flotten dabei zu helfen, zukunftssichere und richtig dimensionierte Ladestationen zu entwickeln, was potenziell sowohl Zeit als auch Kosten spart.

„Im Flottenmarkt herrscht die Annahme, dass Gleichstrom-Schnellladesysteme erforderlich sind, was in den meisten Fällen jedoch nicht zutrifft“, sagte Ryan Kennedy von Atom Power. Solche Level-3-Ladegeräte beziehen deutlich mehr Energie aus dem Netz und können im Vergleich zu einem Level-2-Ladesystem bis zu 20-mal teurer sein.

„Wir müssen regelmäßig Daten erheben, um herauszufinden, wie Ihre Fahrgewohnheiten sind, welche Fahrzeuge Sie nutzen und wie lange Sie dort verweilen“, so Kennedy. „Dabei stellt sich heraus, dass ein erheblicher Teil der Flottenladung mit einer höheren Leistung der Stufe 2 – etwa 19 kW – erfolgen kann.“

Joe Cappeta von Eaton erklärte, das Unternehmen habe eine übermäßige Vereinfachung der Ladebedarfsmodellierung beobachtet, die dazu führe, dass einige Systeme für ihren tatsächlichen Bedarf überdimensioniert seien. „Beispielsweise wünschen sich die Leute oft das größte Ladegerät oder planen für den schlimmsten Fall – Fahrzeuge kommen mit leerer Batterie an und müssen so schnell wie möglich zu 100 % geladen werden“, sagte er. „Doch typischerweise liegt die Verweildauer dieser Fahrzeuge bei über 10 Stunden. In dieser Zeit kann man mit nur einem 7,7-kW-AC-L2-Ladegerät eine enorme Menge an Strom liefern, die den Bedarf des Fahrzeugs mehr als decken würde.“

„Es ist äußerst wichtig, Ihre Ladeanforderungen zu verstehen“, sagte er und fügte hinzu, dass Eaton Ressourcen anbietet, um Flotten dabei zu helfen, zukunftssichere und bedarfsgerechte Ladevorgänge durchzuführen, wodurch potenziell sowohl Zeit als auch Kosten gespart werden können.