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Kreislauf der Elektromobilität: Wie kommt der Strom in den Tank und welche Variante bietet dabei den größtmöglichen Komfort bei höchstmöglicher Sicherheit.
Quo vadis E-Mobility – Bernd Horrmeyer, Peter Weisheit, Ralf Milke, Matthias Kübel, Achim Raad und Lars Baier in der Diskussion (von links).
Stein des Anstoßes zum Roundtable des  elektronikJOURNALs: der Ladesteckverbinder Typ 2 für das Elektroauto, hier am Beispiel des Hauses Mennekes
Kombiniert auf Basis des Steckers Typ 2 das AC- und das DC-Laden: der Combo-Steckverbinder, hier aus dem Hause Phoenix Contact.
Wird sich die Elektromobilität durchsetzen können? Bernd Horrmeyer, Jürgen Kalthoff und Franz Pacher in der Diskussion (von links).

Nicht sehen und hören zu können und darüber hinaus auch nicht zu wissen, was um einen herum passiert, ist eine beklemmende Vorstellung, die Arthur Penn in seinem preisgekrönten Meisterwerk „Licht im Dunkel“ dem Zuschauer vermittelte. Nun liegt die Entwicklung im Bereich Elektromobilität nicht mehr ganz so im Dunkeln: Im Gegenteil, alle bemühen sich um Transparenz. Beispielsweise konnten auf der Internationalen Automobilausstellung IAA die Presse sowie die Fachbesucher diverse Elektroautos bewundern, etwa den BMW i3, VW e-up!, Audi Urban Concept, Mia oder MUtE, um nur einige zu nennen. Dennoch liegen einige Bereiche zwar nicht mehr im Dunkeln, aber zumindest in einer Grauzone, beispielsweise in punkto Ladestandards. Grund für das elektronikJOURNAL, Anfang Oktober in das Hochhaus des Süddeutschen Verlages zum Roundtable: „Ladesteckverbinder für das Elektroauto“ einzuladen, um für etwas Licht zu sorgen.

Welche Probleme gilt es zu lösen, um bis 2020 eine Million Elektroautos auf deutsche Straßen zu bringen? Ralf Milke, Matthias Kübel, Achim Raad, Lars Baier, Karl Knezar, Stefanie Eckardt, Jürgen Kalthoff und Franz Pacher (von links) im Gespräch über Infra

Welche Probleme gilt es zu lösen, um bis 2020 eine Million Elektroautos auf deutsche Straßen zu bringen? Ralf Milke, Matthias Kübel, Achim Raad, Lars Baier, Karl Knezar, Stefanie Eckardt, Jürgen Kalthoff und Franz Pacher (von links) im Gespräch über InfraAchim Leitner

Eine der entscheidenden Fragen ist sicherlich, ob sich der Plan der Bundesregierung – eine Million Elektroautos auf deutschen Straßen bis 2020, also die weitgehende Serientauglichkeit – überhaupt realisieren lässt. „Das ist abhängig von ganz vielen Rahmenbedingungen“, beantwortet Peter Weisheit, verantwortlich für Kommunikation Marke und Produkt Technologie bei Volkswagen in Wolfsburg die Frage. Er fährt fort: „Wir sind sehr optimistisch, was das gesteckte Ziel angeht. Aber die Rahmenbedingungen sind eminent, um dieses Ziel zu erreichen und da ist noch sehr viel Arbeit zu tun. Von unserer Seite, aber nicht nur.“ Bei den Rahmenbedingungen handelt es sich vor allem um die folgenden Punkte:

  • Infrastruktur
  • Batterie und Reichweite
  • Entwicklung des Kraftstoffpreises
  • Konkurrenzfähigkeit zu Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb
  • Förderungen

Eines der Hauptprobleme bei der Einführung der Elektromobilität stellt die noch lückenhafte Infrastruktur dar. Darüber hinaus ziehen Reichweiten von bisher maximal 100 bis 150 Kilometer unter bestmöglichen Bedingungen (zum Beispiel ohne die Nutzung von Klimaanlage oder Heizung) sowie Ladezeiten von 10 Stunden und mehr potenzielle Kunden auch nicht gerade magnetisch an. In Deutschland muss noch einige Entwicklungsarbeit geleistet werden, wenn Privatpersonen davon überzeugt werden sollen, dem Elektroauto gegenüber einem verfügbaren, sehr kraftstoffsparenden und komfortablen Automobil mit konventionellem Antrieb den Vorzug zu geben, das noch dazu Vorteile in punkto Anschaffungskosten mitbringt.

Infoskasten

Die Teilnehmer:

  • Lars Baier, Sales Manager EV Components, Mennekes Elektrotechnik
  • Bernd Horrmeyer, Fachreferent für industrielle Netzwerkverkabelung, Phoenix Contact
  • Jürgen Kalthoff, Geschäftsführer Walther Elektro­technische Systeme
  • Karl Knezar, Senior Manager Automotive ­Business, Lapp Systems
  • Matthias Kübel, Standards und Konzepte ­Ladeschnittstelle, Volkswagen
  • Ralf Milke, Elektrik-/Elektronik Entwicklung, Karosserieelektronik, Bordnetz, Volkswagen
  • Franz Pacher, Manager Product Development EDS Germany, FCI
  • Achim Raad, Senior Product Manager, ITT Inter­connect Solutions
  • Peter Weisheit, Kommunikation Marke und ­Produkt Technologie, Volkswagen

Achim Raad vom US-amerikanischen Steckverbinderhersteller ITT gibt einen Ausblick in Richtung Übersee: „Zwar haben wir in den USA ein Produkt, das schon standardisiert ist und in Autos eingebaut ist, die bereits auf der Straße sind. Die Probleme sind aber die gleichen: Die Infrastruktur, die nicht auf die Beine kommt und vor allem die Reichweite.“ Das ist der Grund, warum das Elektroauto in den USA „als Zweit- oder Drittwagen angesehen wird, aber noch nicht als gleichwertiger Ersatz für ein Pkw mit konventionellem Antrieb.“ Eine Herausforderung, die auch in Deutschland noch gemeistert werden muss.

Spieglein, Spieglein an der Wand: Wer hat ein überzeugendes Konzept bei der Hand?

Ein nicht zu unterschätzender Punkt, ist die Entwicklungskurve des Kraftstoffpreises. Klettert diese weiter steil nach oben, überlegt sich der eine oder andere vermutlich doch, auf ein Elektroauto zu setzen. „Wenn der Kraftstoffpreis weiter klettert und gleichzeitig die Besteuerungen der elektrischen Energie weiterhin so moderat bleibt, dann wirkt sich die Kostenschere deutlich zu Gunsten der Elektromobilität aus“, nennt Matthias Kübel von Volkswagen einen möglichen Vorteil für die Elektromobilität. Überhaupt muss sich das Elektroauto dem Vergleich zum Pendant mit konventionellem Antrieb stellen und diesem auch standhalten.

Das betrifft nicht nur die Punkte Anschaffungs- und Haltungskosten, Umweltverträglichkeit und Komfort, sondern ein weiteres und nicht zu unterschätzendes (Verkaufs-)Argument – der Slogan, mit dem eigentlich BMW wirbt: Freude am Fahren. Matthias Kübel: „Als unsere Testfahrer das erste Mal mit Elektromobilität in Berührung kamen, hatte das in erster Linie ökologische Gründe – alle wollen der Umwelt etwas Gutes tun. Fragen Sie die gleichen Personen nach sechs Monaten wieder, dann werden diese etwas anderes sagen. Nämlich: Spaß, Spaß, Spaß. Zum einen die Beschleunigung, dann das zugkraftunterbrechungsfreie Fahren und der niedrige Geräuschpegel.“ Sein Fazit: „Hier mache ich mir keine Sorgen, dass die E-Mobilität nicht beim Nutzer angekommen ist.“

Vorreiter China?

Wenn es um Elektromobilität geht, kommt man nicht darum herum, einen Blick in das Reich der Mitte zu werfen: Die Chinesen drängen mit Macht und – man kann sich des Eindrucks nicht erwehren – auch mit viel Gewalt in den Markt. In der Tat ist der Verbreitungsgrad von Elektrofahrzeugen recht hoch: Etwa 140 Millionen E-Bikes sind auf chinesischen Straßen unterwegs und einige heimische Automodelle, wie der EN-V, wurden vorgestellt. Es fließen Milliarden Euro aus Förderprogrammen und die Batterieforschung scheint sehr weit vorangeschritten zu sein. Hat Deutschland den Anschluss verpasst? „Niemand hat im Bereich E-Mobility einen signifikanten Vorsprung“, ist sich Matthias Kübel sicher. Bernd Horrmeyer, Fachreferent für industrielle Netzwerkverkabelung bei Phoenix Contact in Blomberg, bringt noch einen weiteren Punkt in die Diskussion ein: „In China wird die eigene Geschwindigkeit sehr in den Vordergrund gestellt, was in den Publikationen noch unterstrichen wird. So entsteht nach außen der Eindruck, dass die deutsche Industrie abgehängt ist.“ Das sei aber keineswegs der Fall, Geschwindigkeit ist nicht gleichzusetzen mit technischem Tiefgang.

Hier prallen wohl zwei Philosophien aufeinander: Auf der einen Seite die Experimentierfreude der Chinesen nach dem Motto Learning by Doing, auf der anderen Seite die pragmatische Seite der Deutschen, einen Punkt nach dem anderen zu betrachten und Normen abzuwarten. Franz Pacher, Manager Product Development EDS Germany, FCI kann über eine äußerst positive und erfolgreiche Zusammenarbeit mit seinen chinesischen Kollegen sprechen: „Die Leute, die mit dem Thema befasst sind, wissen schon was sie tun, sind auch sehr lernwillig und durchaus in der Lage, zuverlässige Ladesteckverbinder zu entwickeln.“ Die Standardisierung der Ladesysteme ist jedenfalls ein Punkt, der in China vermehrt Beachtung findet und wo durchaus Gesprächsbereitschaft vorhanden ist. „Ich bin ziemlich optimistisch, dass der langfristigere Ansatz, den wir hier in Deutschland gewählt haben, auch in China Anklang findet und weitestgehend übernommen wird“, glaubt auch Bernd Horrmeyer.

Letztendlich gilt auch im Bereich der Steckverbinderstandardisierung: Miteinander statt gegeneinander wäre besser. Zu Gunsten einer erfolgreichen Einführung der Elektromobilität sollten Kompromisse auf beiden Seiten gemacht werden.

Bremst der Fachkräftemangel Deutschland aus?

Ein hohes Ausbildungsniveau und herausragendes Expertenwissen bilden die Grundlage für Deutschlands Wettbewerbsfähigkeit. Nach Aussagen des VDE bahnt sich für Deutschland jedoch ein ernsthaftes Problem in Bezug auf Fachkräfte an. Der Trend zur Elektromobilität und damit eng verbunden zu Smart Grids sorgt zusätzlich für einen noch höheren Bedarf an Elektroingenieuren. Das liegt daran, dass die gegenwärtigen Fachkräfte logischerweise älter werden und in ihre wohlverdiente Rente gehen und gleichzeitig zuwenig Nachwuchs an den Hochschulen studiert beziehungsweise eine Ausbildung beginnt.

Das könnte zu Schwierigkeiten führen, schließlich werden im E-Mobility-Bereich nicht nur Entwickler gesucht – auch Werkstätten benötigen gut ausgebildetes Fachpersonal. „Das Know-how im Bereich Elektromobilität müssen wir aufbauen und halten“, erklärt Peter Weisheit. „Die ganze Technik sollte Kernkompetenz der deutschen Autoindustrie werden und bleiben. Deshalb steht die Wissensförderung deutlich im Vordergrund.“ Das Fachwissen fällt jedoch nicht vom Himmel, sondern muss erlernt werden. Dazu Karl Knezar von Lapp Systems: „In Stuttgart gibt es zum Beispiel einen Lehrstuhl für Elektromobilität, damit will man hier dem Fachkräftemangel entgegenwirken. Es wird zwar etwas dauern – ich denke etwa eine Studienperiode – aber dann wird es ausgebildete Leute geben, die darauf aufsetzen können. Es ist ja keiner mit Elektromobilität aufgewachsen.“

Immerhin sehen die am Roundtable teilnehmenden Experten bisher kein Problem darin, geeignete Fachkräfte und interessierte junge Leute für Praktika zu finden. „Das Thema Elektromobilität lockt heftig“, berichtet Jürgen Kalthoff aus seinem Umfeld und ergänzt: Wir sind auf dem Land lokalisiert – da ist es nicht immer ganz einfach an Fachkräfte zu kommen. Aber das Thema zieht, so dass es momentan nicht schwer ist, an gute Leute zu kommen. Auch Studenten von der Universität wollen dabei sein – unabhängig vom Standort.“ Das kann Lars Baier nur unterstreichen: „Das Thema Elektromobilität ist zukunftsweisend und unheimlich spannend. Die Personen, die sich beispielsweise bei uns beworben haben, haben das deshalb getan, weil sie Teil der Entwicklung sein möchten. Wir haben in den letzten anderthalb Jahren 40 Fachkräfte eingestellt, die in erster Linie uns gefunden haben.“ Der Sales Manager EV Components aus dem Hause Mennekes resümiert: „Auch ich sehe kein Problem dabei, Fachkräfte zu finden.“

Standard gesucht und gefunden

„Die Elektromobilität wird definitiv nicht am Steckverbinder scheitern“, so die Meinung des Elektromobilitätsexperten Prof. Dr.-Ing. Friedbert Pautzke, Hochschule Bochum. Ein Argument, das Ralf Milke von Volkswagen nur unterstreichen kann: „Der Steckverbinder ist lediglich ein Faktor, der das Ganze noch eleganter machen kann. Wir werden mit dem Stecksystem allein kein Auto mehr oder weniger verkaufen.“ Allerdings sorgt ein einheitliches Lade- und Stecksystem für eine höhere Komfortabilität und damit eine vermehrte Wettbewerbsfähigkeit des Elektroautos im Vergleich zu einem Fahrzeug mit konventionellem Verbrennungsmotor. Denn welcher Fahrer möchte schon gerne mit einem oder mehreren Adaptern unterwegs sein?

In Deutschland (und Europa) kommt der Stecker Typ 2 zum Einsatz. Er ist prädestiniert für sämtliche Leistungsklassen – angefangen von der einphasigen Wechselspannung (230 V) bis hin zum dreiphasigen Anschluss mit 63 A (400 V) und er eignet sich darüber hinaus auch für die DC-Ladung mit 70 A. Mit diesem Steckertyp wird Sicherheit großgeschrieben. Er stellt

  • Wegfahrschutz,
  • elektrischen Schutz,
  • mechanischen Schutz und
  • den Schutz der elektrischen Komponenten

sicher. Durch den Wegfahrschutz lässt sich gewährleisten, dass der Fahrer nicht aus Versehen oder absichtlich das gesteckte Ladekabel herauszieht. Das wird durch den elektrischen Schutz ergänzt: Ein weiterer Stromkreis überprüft, ob der Ladestecker auch wirklich steckt. Erst dann wird die Ladespannung angelegt. Auf mechanischer Ebene ist gewährleistet, dass der robuste Steckverbinder durch Schläge, Vibrationen und selbst durch Überfahren keinerlei Schaden nimmt. Mit einer intelligenten Laderegelung lässt sich darstellen, in welchem Zustand sich die elektrischen Komponenten befinden, ob sie eventuell überlastet werden und wie der Strom- und Spannungsbedarf des Fahrzeugs aussieht.

Gut kombiniert: Combo-Ladestecksystem

Aus den bisherigen Erfahrungen und Absprachen der Automobilhersteller, der Steckverbinderhersteller und der Energieversorgungsunternehmen ergab sich dann eine zukunftsträchtige Lösung: Das Combined-Charging-System auf Basis des Steckertyps 2 ist ein System für das AC-Laden mit langen Ladezeiten, beispielsweise über Nacht, und schnelles DC-Laden – und zwar mit einem Steckgesicht, je nach Belegung der Leistungskontakte. Eine Erweiterung des Typ-2-Steckers mit nur zwei weiteren Kontakten erlaubt bei Bedarf höchste Ladeleistungen. Vorteile: eine leichte Handhabung – der Steckverbinder lässt sich mit relativ wenig Kraft in das Inlet fügen – und kurze Ladezeiten. Seine integrierte Elektronik garantiert eine ansprechende Funktionalität und eine hohe Sicherheit. Das System erkennt automatisch, ob der Nutzer den Steckverbinder richtig in das Inlet gesteckt hat oder in welcher Stromhöhe die Ladung erfolgen darf. Zudem verfügt es über eine Bolzenverriegelung, die gewährleistet, dass der Ladevorgang komplett abgeschlossen wird. So kann der Anwender den Stecker nicht während des Ladevorgangs oder vor dem Bezahlen entfernen.

Umweltfreundliche Mobilität der Zukunft

Das Elektroauto kommt. Dazu mag man stehen, wie man will – die Pläne der Bundesregierung und der anderer Nationen sehen die konsequente Einführung der Elektromobilität vor. Für Deutschland heißt das eine Million Elektroautos bis 2020.
Was in den neun Jahren passieren muss? Hier stehen der Ausbau der Infrastruktur und die Reichweitenoptimierung an oberster Stelle. Die Standards für das Laden hingegen scheinen auf dem rechten Weg zu sein. Mit dem Combo-Ladesystem, einer gemeinsamen Entwicklung der Steckverbinderhersteller mit Automobilherstellern, heißt es: Strom tanken statt langer Ladezyklen. Darüber hinaus steht mit dem induktiven Laden eine interessante Alternative oder Ergänzung zum Laden mit Stecker zur Verfügung. Allerdings nur, wenn Leistung und Sicherheit stimmen.

Stellt sich die Frage, wie weit Standardisierung und Normung fortgeschritten sind. Dazu Bernd Horrmeyer: „Der Combo-Stecker befindet sich im Normentwurf. Er macht aber soweit einen technisch stabilen Eindruck, so dass nur noch marginale Änderungen zu erwarten sind.“ Aus diesem Grund ist der aktuelle Stand bereits die Basis für derzeitige Entwicklungen, sowohl was die Seite der OEMs als auch die der Elektroindustrie betrifft. Matthias Kübel ergänzt: „Der Combo-Stecker ist in der IEC 62196-3 festgehalten. Hier ist er in einer Familie mit anderen Steckverbindern, wie dem chinesischen DC-Coupler, dem japanischen CHAdeMO und der amerikanischen Variante des Combo-Steckverbinders auf Basis des Typs 1. Somit haben alle Beteiligten das Ziel, spätestens 2013 die Normierung abgeschlossen zu haben.“ Ausgelegt ist das Combo-Stecksystem gemäß der IEC 62196-3 für 200 A, die Leistung liegt in Abhängigkeit von der Spannung bei etwa 100 kW.

Kabel kontra kabellos:Induktives Laden

Das Laden via Ladekabel ist die eine Seite – es geht aber auch drahtlos, was zumindest für den Anwender erst einmal nach einer komfortablen Lösung klingt. So müsste er kein Kabel von der Ladesäule zum Elektroauto ziehen und er könnte auch kurze Stopps zum Laden nutzen. „Das induktive Laden wird sicherlich die Lade­infrastruktur beeinflussen“, räumt Karl Knezar ein. „Ich könnte mir vorstellen, dass es den Ladevorgang an sich nicht mehr gibt, sondern ich nehme immer mal wieder – beispielsweise an der Ampel – eine Portion Ladung mit. Das hätte schon deutliche Vorteile.“ Franz Pacher dazu: „Es würde eine hohe Komfortabilität für den Nutzer bieten, aber aufgrund der übertragbaren Ladeleistungen wird in Zukunft das Laden ohne Stecker nicht möglich sein.“
Von Seiten der Automobilhersteller ist die induktive Variante eine Ladeoption, die verschleißfrei, vandalismussicher und barrierefrei ist. BMW testet dieses Modell derzeit in einem Pilotprojekt. Auch Volkswagen ist der induktiven Lösung gegenüber offen eingestellt und hat entsprechende Projekte in der Vorentwicklung. „Wenn sich die Verlustleistung reduzieren und die Sicherheit entsprechend darstellen lässt, kann induktives Laden eine interessante Lösung sein“, ist Ralf Milke denn auch überzeugt. Das Problem dabei: Das Schnellladen wird sich vorerst nicht über induktives Laden realisieren lassen. „Da wird der Stecker die erste Wahl bleiben“, ist Milke sicher. Auch Lars Baier glaubt, dass die induktive Option kommen wird. „Allerdings ist es von der Leistung begrenzt und deshalb wird der Steckverbinder als Haupt­instrument bleiben.“

Fazit: Die deutsche Automobilindustrie hat ihre Hausaufgaben trotz vieler Medienschelte durchaus gemacht und hart daran gearbeitet, dass die Technik da ist, damit eine Million Elektrofahrzeuge 2020 auf der Straße sein können. Die Herausforderung Infrastruktur sollte auf Dauer kein Problem sein. Wenn zudem Konzepte, wie Plug-in-Hybrid und Range-Extender mit in die Eine-Million-Zählung fallen, dann wäre die Marke vermutlich sogar sehr schnell erreicht. Das Potenzial der E-Mobility kommt aber nur zum Tragen, wenn alle Beteiligten an einem Strang ziehen.