Trends bei den Lademöglichkeiten für Elektrofahrzeuge

Das Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge scheint unvermeidlich: Der Fokus auf die Reduzierung der CO2-Emissionen, das aktuelle politische Klima, Investitionen der Regierung und der Automobilindustrie sowie das anhaltende Streben nach einer vollelektrischen Gesellschaft deuten allesamt auf einen Segen für Elektrofahrzeuge hin. Bisher wurde die breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen bei Verbrauchern jedoch durch lange Ladezeiten und einen Mangel an Ladeinfrastruktur behindert. Fortschritte in der Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge begegnen diesen Herausforderungen und ermöglichen ein sicheres und schnelles Laden zu Hause und unterwegs. Ladekomponenten und Infrastruktur nehmen zu, um den Anforderungen des schnell wachsenden Marktes für Elektrofahrzeuge gerecht zu werden, und ebnen den Weg für ein exponentielles Wachstum im Elektrotransport.

ANTRIEBSKRÄFTE HINTER DEM EV-MARKT

Die Investitionen in Elektrofahrzeuge nehmen seit mehreren Jahren zu, doch mehrere Bereiche der Gesellschaft betonen zunehmende Aufmerksamkeit und Nachfrage. Der zunehmende Fokus auf Klimalösungen hat die Bedeutung von Elektrofahrzeugen hervorgehoben – die Fähigkeit, sowohl die Kohlenstoffemissionen von Verbrennungsmotoren zu reduzieren als auch in den Transport mit sauberer Energie zu investieren, ist zu einem weit verbreiteten Ziel für Regierung und Industrie geworden. Dieser Fokus auf nachhaltiges Wachstum und die Schonung natürlicher Ressourcen treibt auch den Technologietrend hin zu einer vollelektrischen Gesellschaft voran – einer Welt mit unbegrenzter Energie auf Basis erneuerbarer Ressourcen ohne schädliche Emissionen.
Diese Umwelt- und Technologietreiber spiegeln sich in den Prioritäten der bundesstaatlichen Regulierung und Investitionen wider, insbesondere im Lichte des Infrastructure Investment and Jobs Act 2021, der 7,5 Milliarden US-Dollar für die Elektrofahrzeug-Infrastruktur auf Bundesebene und 2,5 Milliarden US-Dollar für Zuschüsse für die Lade- und Betankungsinfrastruktur von Elektrofahrzeugen vorsah. und 5 Milliarden US-Dollar für das National Electric Vehicle Charging Program. Die Biden-Administration verfolgt außerdem das Ziel, landesweit 500.000 DC-Ladestationen zu bauen und zu installieren.

Dieser Trend lässt sich auch auf Landesebene beobachten. Staaten wie Kalifornien, Massachusetts und New Jersey streben Gesetze zur Einführung vollelektrischer Fahrzeuge an. Steuergutschriften, die Electrify America-Bewegung, Anreize und Vorschriften beeinflussen auch Verbraucher und Hersteller gleichermaßen, sich der EV-Bewegung anzuschließen.

Auch die Automobilhersteller schließen sich dem Trend hin zu Elektrofahrzeugen an. Führende Automobilhersteller wie GM, Ford, Volkswagen, BMW und Audi führen ständig neue Elektrofahrzeuge ein. Bis Ende 2022 werden voraussichtlich mehr als 80 Elektroauto-Modelle und Plug-in-Hybride auf dem Markt verfügbar sein. Es gibt auch eine wachsende Zahl neuer Hersteller von Elektrofahrzeugen, die auf den Markt kommen, darunter Tesla, Lucid, Nikola und Rivian.

Auch Versorgungsunternehmen bereiten sich auf eine rein elektrische Gesellschaft vor. Es ist wichtig, dass die Energieversorger bei der Elektrifizierung immer einen Schritt voraus sind, um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden, und entlang der Autobahnen werden kritische Infrastrukturen einschließlich Mikronetzen benötigt, um Stromladestationen unterzubringen. Auch auf Autobahnen gewinnt die Vehicle-to-Grid-Kommunikation an Bedeutung.

HINDERNISSE FÜR WACHSTUM

Während die flächendeckende Einführung von Elektrofahrzeugen zunehmend Fahrt aufnimmt, wird erwartet, dass Herausforderungen das Wachstum bremsen werden. Während Anreize Verbraucher oder Flotten dazu ermutigen, auf Elektrofahrzeuge umzusteigen, können sie einen Haken haben: Möglicherweise gibt es eine Bewegung dahingehend, dass Elektrofahrzeuge mit der Infrastruktur kommunizieren können, um den Kilometerstand zu verfolgen, was technologische Innovationen und Kommunikationsinfrastruktur im Freien erfordert.

Eines der größten Hindernisse für die Einführung von Elektrofahrzeugen auf Verbraucherebene ist eine zuverlässige und effiziente Ladeinfrastruktur. Bis 2030 werden schätzungsweise 9,6 Millionen Ladeanschlüsse benötigt, um dem prognostizierten Wachstum des Elektrofahrzeugmarktes gerecht zu werden. Fast 80 % dieser Anschlüsse werden Heimladegeräte sein, und etwa 20 % werden öffentliche Ladegeräte oder Ladegeräte am Arbeitsplatz sein. Derzeit zögern Verbraucher aus Angst vor der Reichweite, ein Elektrofahrzeug zu kaufen – die Sorge, dass ihr Auto keine lange Fahrt ohne Aufladen zurücklegen kann und dass Ladestationen bei Bedarf nicht verfügbar oder effizient sind.

Insbesondere öffentliche oder gemeinsam genutzte Ladegeräte müssen in der Lage sein, rund um die Uhr nahezu konstante Hochgeschwindigkeitsladefähigkeiten bereitzustellen. Ein Fahrer, der an einer Ladestation entlang einer Autobahn anhält, benötigt wahrscheinlich eine schnelle Hochleistungsladung – Hochleistungsladesysteme können Fahrzeugen bereits nach wenigen Lademinuten eine nahezu vollständig aufgeladene Batterie liefern.

Für den zuverlässigen Betrieb von Hochgeschwindigkeitsladegeräten sind besondere Designüberlegungen erforderlich. Flüssigkeitskühlungsfunktionen sind erforderlich, um die Ladestifte auf einer optimalen Temperatur zu halten und die Zeit zu verlängern, in der ein Fahrzeug mit höheren Strömen aufgeladen werden kann. In Ladebereichen mit vielen Fahrzeugen sorgt die Kühlung der Kontaktstifte für ein effizientes und gleichbleibend zuverlässiges Hochleistungsladen, um den konstanten Ladebedarf der Verbraucher zu decken.

ÜBERLEGUNGEN ZUM DESIGN VON HOCHLEISTUNGSLADEGERÄTEN

Bei der Entwicklung von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge liegt der Schwerpunkt zunehmend auf der Optimierung von Robustheit und Hochleistungsladefähigkeiten, um den Bedürfnissen von Elektrofahrzeugfahrern gerecht zu werden und Reichweitenangst zu überwinden. Mit dem Flüssigkeitskühl- und Überwachungssystem wird ein leistungsstarkes EV-Ladegerät mit 500 Ampere ermöglicht – der Kontaktträger im Ladestecker verfügt über Wärmeleitfähigkeit und dient gleichzeitig als Kühlkörper, da das Kühlmittel die Wärme über integrierte Kühlkanäle abführt. Diese Ladegeräte enthalten eine Vielzahl von Sensoren, darunter Kühlmittellecksensoren und eine präzise Temperaturüberwachung an jedem Stromkontakt, um sicherzustellen, dass die Pins 90 Grad Celsius nicht überschreiten. Wird dieser Schwellenwert erreicht, reduziert der Laderegler in der Ladestation die Leistungsabgabe, um eine akzeptable Temperatur aufrechtzuerhalten.

Ladegeräte für Elektrofahrzeuge müssen zudem verschleißfest und wartungsfreundlich sein. Ladegriffe für Elektrofahrzeuge sind auf Verschleiß ausgelegt. Eine grobe Handhabung, die sich im Laufe der Zeit auf die Kontaktfläche auswirkt, ist unvermeidlich. Ladegeräte werden zunehmend mit modularen Komponenten konstruiert, die einen einfachen Austausch der Steckflächen ermöglichen.
Auch das Kabelmanagement in Ladestationen ist ein wichtiger Aspekt für Langlebigkeit und Zuverlässigkeit. Hochleistungsladekabel enthalten Kupferdrähte, Flüssigkeitskühlungsleitungen und Aktivitätskabel und müssen dennoch dem Ziehen oder Überfahren standhalten. Weitere Überlegungen umfassen abschließbare Riegel, die es dem Fahrer ermöglichen, sein Fahrzeug an einer öffentlichen Station aufzuladen (Modularität der Anschlussfläche zusammen mit einer Darstellung des Kühlmittelflusses), ohne befürchten zu müssen, dass jemand das Kabel abtrennt.