Die Vorteile des Batteriewechsels bei Elektrofahrzeugen

Die Notwendigkeit, die Batterien von Elektrofahrzeugen aufzuladen, kann potenzielle Käufer abschrecken. Mithilfe internationaler Standards kann ein Batteriewechsel helfen, das Problem zu lösen.

Selbst bei E-Scootern ist der Austausch der Batterie mittlerweile an der Tagesordnung.

Die breite Einführung von Elektrofahrzeugen auf der ganzen Welt ist eine Möglichkeit, die Emissionsziele für 2030 und 2050 zu erreichen. Die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) hat diese Botschaft konsequent vorangetrieben, wie Jaidev Dhavle, Associate Program Officer bei IRENA, kürzlich in einem deutlich machtee-techInterview. Einer unserer Ansätze, sagt er, „besteht darin, uns auf entscheidende „Endverbrauchssektoren“ zu konzentrieren, die von einem umweltfreundlicheren Modell profitieren können. Im Innovations- und Technologiezentrum in Bonn, dem ich angehöre, gibt es fünf Endverbrauchsbereiche, die von zentralem Interesse sind, darunter die Förderung der Einführung von Elektrofahrzeugen und Energiespeicherlösungen.“

Die Zahlen liegen im Plan, aber…

Obwohl die Einführung von Elektrofahrzeugen in den letzten zehn Jahren stark zugenommen hat, bezweifeln viele, dass der Markt ausreichend wachsen kann, um bis 2050 zum Erreichen der Netto-Null-Emissionsziele beizutragen. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) trägt der Straßenverkehr zu einem Sechstel der weltweiten Emissionen bei. Darin wird gewarnt, dass zur Verwirklichung des Netto-Null-Szenarios „der Elektroautoabsatz im Jahr 2030 etwa 65 % des gesamten Autoabsatzes erreichen muss“.

Während das Wachstum im Jahr 2023 auf Kurs war, müssen nachhaltige Anstrengungen unternommen werden, um auf Kurs zu bleiben, einschließlich des verstärkten Aufbaus einer Ladeinfrastruktur, die derzeit nicht den Anforderungen entspricht. „Die Zahl öffentlicher Ladepunkte nimmt zu, aber der Ausbau muss beschleunigt werden“, rät die Organisation.

Dafür werden Reichweite und Ladeangst verantwortlich gemacht

Befragen Sie eine beliebige Anzahl von Autobesitzern, die noch kein Elektrofahrzeug gekauft haben, und sie werden den Mangel an Ladestationen für ihr Zögern verantwortlich machen. Reichweitenangst, wie sie oft genannt wird, bezieht sich darauf, wie weit Elektrofahrzeuge fahren können, ohne dass ihnen die Batterieleistung ausgeht. Aber auch eine andere Art von Angst, die sogenannte Ladeangst, die sich auf die Zuverlässigkeit von Ladestationen konzentriert, verbreitet sich. Nach Angaben des britischen Stromversorgers National Grid schrecken potenzielle Käufer die Angst vor langen Warteschlangen während der Spitzenladezeiten, zerstörter oder kaputter Ausrüstung sowie unzuverlässiger Software oder Hardware ab.

Bei der Ladeinfrastruktur handelt es sich um komplexe Elektronik, die von der IEC standardisiert ist. Mehrere Normen wurden veröffentlicht, um das Laden von Elektrofahrzeugen länderübergreifend zu erleichtern, darunter die Normenreihe IEC 62196, die die mechanischen, elektrischen und Leistungsanforderungen für Stecker, Steckdosen, Fahrzeuganschlüsse und Fahrzeugeingänge für die Verbindung zwischen der EV-Versorgungsausrüstung und dem Elektrofahrzeug abdeckt. Die IEC 61851-Reihe spezifiziert die Gleichstrom- und Wechselstrom-Ladeinfrastrukturen, während IEC 63110 das Verwaltungsprotokoll für die Lade- und Entladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen festlegt.

Wenn es um die Integration von Elektrofahrzeugen in das Stromnetz geht, hat TC 57 kürzlich mehrere Standards veröffentlicht, die Elektrofahrzeugen dabei helfen, als Energielieferanten für das Stromnetz zu fungieren. (Um mehr zu erfahren, lesen Sie das Interview mit Frances Cleveland ine-tech.)

Das IEC bereitet sogar den Boden für zukünftige Technologien, die noch nicht weit verbreitet sind. Es wurden mehrere Standards für die drahtlose Energieübertragung (WPT) veröffentlicht – das bedeutet, dass das Elektrofahrzeug seine Batterie aufladen kann, indem es auf einem induktiven Pad auf dem Boden steht, ohne Stecker oder Kabel. Induktive WPT-Systeme nutzen die Magnetfeldkopplung zwischen in der Fahrbahn eingebetteten leitenden Spulen und dem Fahrzeug. Dynamische WPT-Systeme -, die es Autos ermöglichen, während der Fahrt aufzuladen -, sind ebenfalls ein vielversprechendes Gebiet, und die IEC hat bereits eine öffentlich verfügbare Spezifikation (PAS) veröffentlicht, die sich mit dieser Technologie befasst.

Ein boomender Markt, der auf internationale Standards setzt

Es gibt eine andere Lösung, die viel dazu beiträgt, die Ängste der Käufer von Elektrofahrzeugen zu zerstreuen, und die den Ladefaktor aus der Gleichung eliminiert: den Batteriewechsel. Dabei wird an spezialisierten Austauschstationen eine leere Elektrofahrzeugbatterie durch eine voll aufgeladene ersetzt. Die kommerziellen Aussichten für den Batteriewechsel sind sehr optimistisch. Laut diesem Bericht von BCC Research wird erwartet, dass der Markt von 2024 bis 2029 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 25,5 % aufweist und von 894,2 Millionen US-Dollar im Jahr 2024 auf 2,8 Milliarden US-Dollar bis Ende 2029 ansteigt.

Forbes erwähnt mehrere Akteure, die sich bereits auf dem Markt positionieren: Der chinesische Elektrofahrzeughersteller NIO, der Batterieriese CATL und das in San Francisco ansässige-Ample bieten Batterieaustauschdienste in Europa, China und den Vereinigten Staaten an. Die IEC hat den Weg für den Batteriewechsel geebnet, indem sie IEC TS 62840-1 veröffentlicht hat, das einen allgemeinen Überblick über Batteriewechselsysteme in Elektrofahrzeugen gibt, und IEC TS 62840- 2, das die Sicherheitsanforderungen für Batteriewechselsysteme in Elektrofahrzeugen spezifiziert. Eine öffentlich verfügbare IEC-Spezifikation 62840-3 legt Interoperabilitätsanforderungen für Batteriewechselsysteme fest, die mit austauschbaren Batteriesystemen betrieben werden.

Vor- und Nachteile des Batteriewechsels

Zu den Vorteilen des Batteriewechsels gehört zum einen die Zeitersparnis: Selbst mit einer Schnellladeoption müssen Autobesitzer mindestens 30 Minuten für das Aufladen des Autos aufwenden - obwohl ein chinesischer Elektrofahrzeughersteller behauptet, eines seiner Elektrofahrzeuge könne in 5 Minuten aufgeladen werden. Zu den weiteren Vorteilen gehören, vielleicht ein wenig kontraintuitiv, die Kosten: Käufer können ein Elektrofahrzeug ohne Batterie kaufen, was die Anschaffung im Voraus deutlich günstiger macht.

Die Batteriewechselbranche ist außerdem in der Lage, Batterien effektiv zu warten und so ihre Lebensdauer zu verlängern, was ein Pluspunkt für einen Kreislaufwirtschaftsansatz ist. Batteriewechselstationen nehmen weniger Platz ein als Ladestationen für Elektrofahrzeuge, was in dicht besiedelten Gebieten wie Städten von Vorteil ist. Und aus Sicht der Versorgungsunternehmen können Batteriewechselunternehmen die Batterien zu Zeiten mit sehr geringem Stromverbrauch oder außerhalb-Spitzenzeiten aufladen und so das Stromnetz weniger belasten.

Auf der anderen Seite haben die von Batteriewechselfirmen angebotenen Batterien einen Preis, der auf lange Sicht dazu führen könnte, dass der Batteriewechsel für Benutzer weniger rentabel ist als der Kauf eines Elektrofahrzeugs mit Batterie. Aktuelle Nutzer haben die Möglichkeit, eine Batterie entweder über ein Jahresabonnement oder über ein Pay--pro-System zu erwerben. Wie beim Laden von Elektrofahrzeugen bleibt die fehlende Infrastruktur eine Herausforderung und es müssen viele weitere Batteriewechselstationen gebaut werden, damit die Verbraucher die Lösung vollständig nutzen können. Viele der bestehenden Stationen bieten einen manuellen statt automatisierten Austausch an, was einige Benutzer abschrecken kann. Es bestehen auch Sicherheitsbedenken: Wenn ein Batteriewechsel nicht ordnungsgemäß durchgeführt wird, kann es zu einem Kurzschluss und einem Brand kommen.

Hier kommen die IEC-Normen ins Spiel: Durch die Festlegung der Sicherheitsanforderungen an Batterien für Batteriewechselsysteme trägt IEC 62840-2 dazu bei, einige der Hindernisse für die weitere Verbreitung des Systems zu überwinden. IECEE (IEC System of Conformity Assessment Schemes for Electrotechnical Equipment and Components) ist eines der vier von der IEC verwalteten Konformitätsbewertungssysteme. Es führt ein Programm durch, das die Sicherheit, Leistung, Komponenteninteroperabilität, Energieeffizienz, elektromagnetische Verträglichkeit und gefährliche Substanzen von Batterien testet.

Wie bei Ladesystemen mit Stecker und Kabel und beim kabellosen Transferladen ebnen IEC-Standards und Konformitätsbewertungssysteme den Weg für die EV-Infrastruktur von morgen.