SIEMENS

Irgendwo an der A9 zwischen München und Leipzig rollt im Jahr 2013 ein Elektro-BMW in eine Tankstellenbucht. Der Fahrer steigt aus und öffnet wie üblich die Tankklappe. Doch dann greift er nicht zur Zapfsäule, sondern zu einem Ladestecker. Der Clou: Durch die Leitung fließt Strom mit einer Leistung von maximal 50 Kilowatt, der den Lithium-Ionen-Akku nach etwa zwanzig Minuten so weit füllt, dass der Fahrer nach einer Kaffeepause die nächsten 100 bis 150 Kilometer in Angriff nehmen kann.

Wo genau sich die Tankstelle befinden wird, ist noch unbekannt. Sicher ist nur, dass sich das Geschehen im Rahmen des kürzlich gestarteten Schaufensterprojekts „Elektromobilität verbindet Bayern-Sachsen“ vollziehen wird. Mit vier als „Schaufenster“ genannten Demonstrationsprojekten will Deutschland untersuchen, wie die Nutzer Elektroautos im Alltag annehmen. „Besonders spannend ist, wie sich die von uns entwickelte Schnellladetechnik bewährt und wie intensiv sie genutzt wird“, sagt Matthias Felten, der die Projektbeteiligung von Siemens koordiniert. Insgesamt neun Tankstellen will Siemens an der 400 Kilometer langen Strecke der A9 positionieren. Erstmals soll damit in Europa ein längerer Autobahnabschnitt konsequent „elektrifiziert“ werden.

Siemens forscht schon länger intensiv an der Schnellladetechnik und konnte daher einige Fragen schon beantworten. So muss ein leistungsstarker Gleichrichter den Wechselstrom aus dem Netz für den Lithium-Ionen-Akku in Gleichstrom verwandeln. Dies kann an Bord geschehen, aber mittlerweile können die von Siemens entwickelten Gleichstrom-Ladesäulen gleich direkt den richtigen Strom liefern. Große Fortschritte gab es auch bei der Steckertechnik. Hinter dem sogenannten Combo-Stecker (IEC 62196-3) stehen nun alle Autohersteller Deutschlands, auch in Europa scheint er sich als Standard unter dem Namen „Combined Charging System“ zu etablieren. Er funktioniert sowohl für den beim Schnellladen verwendeten Gleichstrom als auch für den 230-Volt-Wechselstrom in der heimischen Garage. Eine Fehlbedienung ist auch für technisch Unbedarfte nicht zu befürchten.

Stecker rein, Strom fließt – aber wie, darüber haben die Fachleute lange gegrübelt: Einerseits soll es schnell gehen, andererseits altert die Batterie übermäßig, wenn sie heiß läuft. Doch Lithium-Ionen-Akkus werden aus Sicherheitsgründen ohnehin mit Temperatursensoren ausgestattet. Damit lässt sich der Ladestrom temperaturgeführt regeln. Je heißer die Batterie, desto weniger Strom fließt – so lässt sich immer ein guter Kompromiss zwischen minimaler Alterung und Ladegeschwindigkeit erreichen.

Damit sich Akku und Ladesäule verstehen, müssen sie die gleiche „Sprache“ sprechen. Dafür sorgt in dem Schaufenster-Großprojekt die „Powerline Communication“-Technik. Hier werden die Daten sozusagen „huckepack“ übers Ladekabel übertragen. Über ein zusätzliches, hochfrequentes Signal kann die Batterie der Ladestation stets mitteilen, welche Stromstärke sie gerade verträgt. Nicht immer und überall kommt es aber darauf an, möglichst schnell möglichst viel Energie in den Akku zu pumpen. Denn Elektroautos teilen das Schicksal konventionell angetriebener Fahrzeuge: Sie stehen im Schnitt 22 Stunden pro Tag. In der heimischen Garage wird daher auch künftig der Anschluss an das Haushaltsnetz mit einer Ladeleistung von 3,6 Kilowatt dominieren. Dort dauert das Volltanken ja nach Batteriegröße sechs bis acht Stunden. Ladesäulen auf öffentlichen Parkplätzen werden nach Meinung von Dr. Dieter Barnard, der beim Siemens-Sektor Infrastructure and Cities für das Life-Cycle-Management der Lade-infrastruktur verantwortlich ist, eine „Mittelschnellladung“ mit 20 Kilowatt und einer Ladezeit von etwa einer Stunde anbieten können.

Roaming beim Stromtanken. Überlandfahrten mit Elektroautos stellen wegen der beschränkten Reichweite eine besonders große Herausforderung dar. Liegt zwischen Start und Ziel zusätzlich eine Landesgrenze, stellen sich viele weitere Fragen: Zeigt mein Navigationsgerät auch im Ausland zuverlässig freie Ladesäulen an? Kann ich dort mit meinem „All inclusive“-Vertrag tanken? Funktioniert die Kommunikation zwischen Ladestation und Fahrzeugbatterie auch sicher? Solche und weitere Fragen soll das europäische Verbundforschungsprojekt „Green eMotion“ beantworten. Mit einem Volumen von 42 Millionen Euro gehört es zu den größten Elektromobilitätsprojekten, die je durchgeführt wurden. Auch hier geht es darum, reale Mobilität auf der Straße zu untersuchen. Dies geschieht in zehn Kommunen und Modellregionen aus acht Ländern. Die dänische Insel Bornholm ist beispielsweise genauso Projektpartner wie Berlin, Dublin, Rom oder die spanische Küstenstadt Malaga. In den beteiligten Regionen fahren derzeit bereits 2.000 Elektrofahrzeuge auf den Straßen, bis zum Ende der Projektlaufzeit im Jahr 2015 sollen es 70.000 sein. Die Zahl der Ladestationen soll im gleichen Zeitraum von 2.500 auf 80.000 steigen.

Koordiniert wird das Großprojekt von der Siemens-Forscherin Dr. Heike Barlag vom Sektor Infrastructure and Cities. Ihr Ziel ist es, die entstandenen Insellösungen informationstechnisch zu vernetzen. So soll es die Standardisierung von Datenformaten künftig erlauben, europaweite Dienstleistungen anbieten zu können – ähnlich wie das Roaming im Mobilfunk. „Dabei geht es um weit mehr als Tanken und Bezahlen, denn das ist auch per Kreditkarte oder Handy möglich“, sagt Barlag. Wichtiger sei etwa, dass eine reichweitenorientierte Routenplanung auch im Ausland funktioniert – und den Fahrer garantiert immer zu einer freien Ladestation lotst. Außerdem sollten Elektrofahrzeuge möglichst dann Strom tanken, wenn erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind im Überfluss vorhanden sind. Eine Anforderung, die nur durch ein intelligentes, regionenübergreifendes Lademanagement zu erfüllen ist.

So massiv derzeit Ladeinfrastrukturen auf der Straße erprobt werden, eine Idee bleibt vorerst noch den Laboren vorbehalten: V2G. Das Kürzel steht für die „Vehicle-to-grid“-Technik, also die Möglichkeit, die Batterien elektrischer Fahrzeuge als Puffer für überschüssigen Wind- und Sonnenstrom zu nutzen. Dazu speist das Fahrzeug den vorher getankten Strom wieder ins Verteilnetz zurück, wenn er dort gerade gebraucht wird – und verdient damit sogar Geld. Die technischen Voraussetzungen wären seitens Fahrzeug- und Ladetechnik gegeben. Und auch die häufig geäußerte Befürchtung einer vorzeitigen Batteriealterung hat sich als beherrschbares Problem erwiesen. Entscheidend ist hier, die Einspeisung so zu steuern, dass die Batterie nicht tiefentladen wird und stets innerhalb eines bestimmten Temperaturfensters arbeitet – in der Regel zwischen 30 und 40 Grad Celsius. Derart sanft behandelt, verliert ein Akku bei 3.000 bis 4.000 Vollzyklen nur 20 Prozent seiner Kapazität. Gearbeitet wird derzeit vor allem noch an der Normung von Kommunikationsprotokollen, mit denen die Elektroautos ihren Ladestatus mit den Netzbetreibern austauschen können – eine lösbare Aufgabe. Damit in Zukunft „V2G“ mehr als ein Kürzel auf Powerpoint-Folien wird, müssen allerdings zunächst wesentlich mehr Elektroautos auf die Straße. Genau dies ist das Ziel der zur Zeit laufenden Erprobungsprojekte.