Analyse und Vergleich ausgesuchter Ladekonzepte für Elektrofahrzeuge

Abstract

Vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen und zunehmender Umweltprobleme, zu denen der Einsatz fossiler Treibstoffe maßgeblich beiträgt, sind alternative Antriebskonzepte ein wichtiger Schritt in Richtung eines nachhaltigen Verkehrssystems. In den letzten Jahren ist hierbei Elektromobilität zunehmend in das Zentrum des öffentlichen Interesses gerückt. Zu den Aufgaben einer begleitenden Ladeinfrastruktur zählt, Problembereiche wie die geringe Reichweiten und hohen Kosten der Fahrzeuge oder die Volatilität in der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien durch innovative Lösungen und Geschäftsmodelle zu kompensieren und somit Marktanreize für beteiligte Interessensgruppen zu schaffen. In der vorliegenden Arbeit werden ausgesuchte Ladekonzepte hinsichtlich technischer, ökonomischer und organisatorischer Anforderungen anhand einer umfangreichen Literaturanalyse untersucht und bewertet. In einem ganzheitlichen Ansatz sollen dabei Stärken und Schwächen identifiziert werden, die als Entscheidungshilfe in zukünftigen Auswahlprozessen dienen können. Die Sichtweisen der verschiedenen Stakeholder finden durch einen entsprechend breiten Kriterienkatalog Eingang in die Analyse. Da man Brennstoffzellenfahrzeuge der Elektromobilität zurechnet, werden zudem Vor- und Nachteile einer Wasserstoffwirtschaft behandelt. Für die frühe Marktphase sind aus heutiger Sicht kabelgebundene Ladesysteme bestens geeignet, da für Erstnutzer eine Basisinfrastruktur in Form von Steckdosen zuhause und am Arbeitplatz bereits zu Verfügung steht. Bei einer breiteren Marktdurchdringung wird diese um eine öffentliche Ladeinfrastruktur ergänzt werden müssen, wofür auch andere Ladetechniken in Frage kommen. Batteriewechselsysteme sind hierbei vor allem für Kunden interessant, die selbst über keine Lademöglichkeit verfügen oder einen schnellen Ladevorgang wünschen. Typische Zielgruppen wären sog. "Laternenparker" im Stadtgebiet, sowie gewerbliche Flotten. Induktive Ladesysteme weisen einen hohen Bedienungskomfort auf und lassen sich vandalismussicher im Straßenbelag integrieren. Allerdings sind die Systemkosten höher und der Übertragungswirkungsgrad geringer als bei konduktiven Lösungen. Ihre Anwendung wird in Nischen erfolgen, wo man bereit ist, den ergonomischen Mehrwert zu bezahlen bzw. sich von den Mitbewerbern am Markt differenzieren möchte. Sollen längere Distanzen mit einem Elektrofahrzeug zurückgelegt werden, sind Plug-In Hybride aus heutiger Sicht dafür am besten geeignet, da sie das bestehende Tankstellennetz verwenden können. Demgegenüber stehen Alternativen wie die Brennstoffzelle, Schnellladung, Batteriewechsel oder induktive Stromhighways. Diese werden jedoch aus unterschiedlichen Gründen kurz- bis mittelfristig keine Rolle spielen.

With more stringent regulations on emissions and fuel economy, global warming and constraints on energy resources, alternative powertrains play a crucial role in developing a sustainable mobility in the future. Electric, hybrid and fuel cell Vehicles have, thus, attracted more and more the attention of automakers, governments and customers in the recent years. To overcome their limited range and high cost, as well as to integrate volatile renewable energy sources into the grid, new business models have to be developed and suitable charging infrastructure installed, in order to attract new customers and other stakeholders to enter the market. In this diploma thesis, selected charging concepts are being analyzed in terms of technical, economic and organizational criteria, based on a comprehensive literature study in the field of E-Mobility. In a holistic approach, strengths and weaknesses shall be unveiled and may serve as a possible foundation for decision makers and future policies. To embrace different dimensions - in consequence of various stakeholders - an extensive list of criteria has been evaluated. Given the fact, that fuel cell vehicles are assigned to electric vehicles, pro's and cons of hydrogen compared to electricity are covered, too. In the stage of market entry, conductive charging systems are most convenient for early adopters, as the basic infrastructure in the form of sockets is already widely in place (at home, at work). If electric vehicles however reach a higher market share, public charging infrastructure will have to be built, for which other techniques are also being discussed. Battery switch stations are particularly interesting for customers without charging spots at home or rather prefer short charging times. Typical target groups would be so-called "curb-side users", as well as commercial fleets (e.g. taxi). Inductive chargers offer superior operating comfort and are safe against vandalism, cost more, however, and feature less efficiency than their conductive counterparts. Application will therefore be limited to niches where ease of use is highly appreciated or automakers strive to differentiate from their competitors in the market (premium segment), respectively. If greater distances shall be achieved, plug-in hybrid vehicles are currently the best option, as they have unlimited access to existing gas stations. Alternatively, fuel cells, quick charging, battery switch and dynamic inductive charging are discussed to extend the range of electric vehicles. However, due to both technical and economic reasons, none of them will play a key role in the near future.