Noch ist der von Berlin gewünschte Durchbruch in der Elektromobilität nicht erreicht - von rund drei Millionen Neuwagen im Jahr 2012 waren nur knapp 3000 reine Elektroautos. Die größten Hindernisse sind einerseits die momentan noch hohen Batteriepreise und niedrigen -laufzeiten sowie die damit verbundenen begrenzten Reichweiten. Genauso wichtig ist das Fehlen eines flächendeckenden Ladesäulennetzes. Eine Umfrage des Beratungsunternehmens Hórvath & Partner bei Unternehmen der Automobil- und Energiebranche hat jedoch ergeben, dass bis 2020 insgesamt 6,2 Millionen Elektro- und Hybridfahrzeuge im Einsatz sein könnten. Die großen Autohersteller setzen offensichtlich auf diese Entwicklung: BMW, Daimler, Volkswagen und so weiter, sie alle bringen in diesem Jahr neue Elektro- und Hybridmodelle auf den Markt.
Um die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen in der Bevölkerung zu testen, startete die Ruhr-Universität Bochum im vergangenen Jahr einen Feldversuch. Die Tester waren mit der Handhabung der Autos schnell vertraut, die beschränkte Reichweite stellte im alltäglichen Gebrauch kein Problem dar, da vier Fünftel der gefahrenen Strecken kürzer als fünf Kilometer waren. Als größte Barriere nannten jedoch über die Hälfte der Teilnehmer die fehlenden Lademöglichkeiten.
Auch die EU-Kommission befasst sich mit diesem Thema: In ihrer neuen Kraftstoffstrategie fordert sie einen europaweiten Ausbau der Ladeinfrastruktur, um der Elektromobilität zum Durchbruch zu verhelfen. Bis 2020 sollen in Deutschland 150.000 öffentlich zugängliche Ladestationen zur Verfügung stehen. Darüber hinaus - und vor allem, solange das Netz noch nicht dicht genug ist - sind Lösungen gefragt, die das Laden von Elektroautos und Plug-In-Hybridfahrzeugen auch an Haushaltssteckdosen ermöglichen. Hierbei darf die Sicherheit nicht eingeschränkt werden. Denn Elektrofahrzeuge sind wesentlich größere Verbraucher als Haushaltsgeräte, für welche die Stromversorgung im Haushalt ausgelegt ist. An der Ladestation können Elektroautos im Mode-3-Lademodus Ströme bis zu einer Stärke von 63 A zapfen.
Bei Mode 2, dem Lademodus bei Anschluss an reguläre Haushaltssteckdosen, wurde bisher bereits höchstens mit 16 A geladen. Nach einer neuen VDE-Norm sind es jetzt sogar nur 10 A. Doch selbst wenn diese Stromstärke eingehalten wird, sind Haushaltssteckdosen grundsätzlich nicht für eine solche Strombelastung über Stunden hinweg vorgesehen. Hinzu kommt, dass Steckdosen gerade in älteren Häusern oft von mangelnder Qualität sind oder bereits korrodierte Kontakte besitzen. Ein schlechter Kontakt zwischen Stecker und Dose führt zu einem erhöhten Übergangswiderstand, woraus wiederum eine Verlustleistung resultiert. Diese wird direkt in Wärme umgewandelt, welche zur Oxidation der Kontakte führen kann. Die Oxidation begünstigt die Wärmeentwicklung noch zusätzlich - ein Teufelskreis, der mit einer erhöhten Brandgefahr verbunden ist.
Überhitzte Steckdosen vermeiden
Die Lapp Gruppe hat eine spezielle Steckerlösung entwickelt, die das Laden über die im Haushalt gebräuchlichen sogenannten Schuko-Stecker ohne Risiken ermöglicht. Das Unternehmen reagierte damit auf Anfragen von Kunden, die sich mit einer potenziell gefährlichen Wärmeentwicklung beim Laden über die Haushalts-Infrastruktur konfrontiert sahen. Ziel der Entwicklungsarbeit war, eine auf Überwachungssensoren basierende Lösung zu entwickeln, die den Ladevorgang beim Überhitzen der Steckdose herunterregelt oder abschaltet.
Es gab zwar bereits vorher Ladestecker mit integriertem Temperatursensor, der im vorderen Bereich des Steckers angebracht wird, so nahe wie möglich am Pin, also der Quelle der Erwärmung. Allerdings ist bei dieser Methode die Messung einer absoluten Temperatur nicht möglich. Denn die Wärme entsteht an der Spitze des Ladesteckers, wo ein Sensor aufgrund von Sicherheitsrichtlinien nicht angebracht werden kann. Drei Faktoren verwässern daher die erhobenen Daten:
�?� der direkte Verlust am Pin durch die Wärmeabstrahlung,
�?� die isolierende Wirkung des Kunststoffs, der sich zwischen Pin und Sensor befindet und
�?� die Außentemperatur beziehungsweise das Erwärmen durch Sonneneinstrahlung, die ebenfalls erheblichen Einfluss auf die am Sensor gemessene Temperatur hat.
Da sich keine genauen Werte ermitteln lassen, dient ein Schwellenwert dazu, den Ladevorgang wegen möglichen Überhitzens abzubrechen. Der Nachteil: Gerade im Sommer kann es passieren, dass die Schwelle auch dann erreicht wird, wenn eigentlich noch keine Gefahr besteht, dass der Stecker überhitzt. Das Auto würde dann nicht für die Weiterfahrt aufgeladen, obwohl dies gefahrlos möglich wäre.
Zwei Sensoren zum sicheren Laden
Für die Weiterentwicklung dieser Lösung hat Lapp Systems, ein Unternehmen der Lapp Gruppe, ein Patent angemeldet. Die Innovation besteht darin, einen zweiten Sensor in den Ladestecker zu integrieren, der die Außentemperatur in die Temperaturauswertung mit einbezieht. Dies erfolgt über einen angepassten Algorithmus. Das Funktionsprinzip ist so genial wie einfach: Der Algorithmus ist so programmiert, dass er die Temperaturerhöhungen beider Sensoren im Lauf der Zeit verarbeitet. Wird eine drastische Erhöhung am hinteren Sensor, nicht aber am vorderen registriert, ist also lediglich die äußere Temperatur angestiegen. Kommt es jedoch zu einer Erhitzung am Steckerkontakt, meldet der vordere Sensor einen Anstieg der Temperatur, am hinteren Sensor fällt der Anstieg jedoch erheblich geringer aus und tritt außerdem zeitlich später auf. So kann das System zwischen einem für die Steckdose gefährlichen und einem durch die Umgebungstemperatur induzierten Temperaturanstieg unterscheiden �?? der Ladevorgang wird nur dann unterbrochen, wenn es wirklich nötig ist.
Während des Entwicklungsprozesses wurden mehrere Prototypen getestet, bevor die optimale Lösung feststand. Die Ingenieure von Lapp Systems experimentierten mit unterschiedlichen wärmeleitfähigen Materialien und Positionen der Sensoren im Stecker, um die Wärmeleitung zwischen Steckkontakt und Sensor zu optimieren. Hierdurch konnte eine prozess- und kostenoptimierte finale Version entwickelt werden. Der Spezialstecker wird zukünftig gemeinsam mit einer eigens für diesen Zweck hergestellten Sonderleitung erhältlich sein. Der Algorithmus wird in die In-Cable Control Box integriert, die für die Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug und Ladevorrichtung sorgt.
Wende durch anwenderfreundliche Elektroautos
Deutschland ist nach wie vor weltweit führend in der Entwicklung und Produktion von Fahrzeugen und -zubehör. Laut Bundesregierung soll das Land darüber hinaus auch ein Leitmarkt der Elektromobilität werden. Damit dies geschieht, ist es unabdingbar, die bestehenden Barrieren für eine flächendeckende Verbreitung der strombetriebenen Fahrzeuge aus dem Weg zu schaffen.
Denn nur wenn die "Stromer" anwenderfreundlich im Umgang sind, wird sich auf den hiesigen Straßen eine Mobilitätswende vollziehen. Dazu können Lösungen wie die von Lapp Systems entwickelte intelligente Steuerung des Ladevorgangs beitragen, welche das Laden von Elektroautos an jeder beliebigen Steckdose unter Einhalten der nötigen Sicherheitsvorkehrungen ermöglicht.
