Warum es so viele verdammte Ladegeräte für Elektrofahrzeuge gibt

Mar 30, 2024

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Nachdem Tesla sein NACS-Steckerdesign inzwischen auch anderen Herstellern zugänglich gemacht hat, werden nicht nur Teslas an Superchargern geparkt sein. Aber wie sind wir hierher gekommen?

Die meisten Menschen führen den Beginn der Elektroauto-Ära auf zeitgenössische Autos wie den Nissan Leaf oder den Tesla Roadster zurück, aber batteriebetriebene Autos sind nicht einmal annähernd neu. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren fast zwei zu eins mehr Elektroautos auf den Straßen als benzinbetriebene. Im Jahr 1912, dem Höhepunkt der Elektro-Dominanz, waren über 33.000 Elektroautos auf amerikanischen Straßen unterwegs (zum Vergleich: 2011, als der Nissan Leaf erstmals eingeführt wurde, wurden in den USA nur 16.000 Elektroautos verkauft).

Elektroautos des frühen 20. Jahrhunderts verloren an Beliebtheit, nachdem im Jahr 1912 der elektrische Anlasser für Verbrennungsautos erfunden wurde, der die mühsame und gefährliche Arbeit des Anlassens mit der Kurbel überflüssig machte und traditionelle Autos mit Verbrennungsmotor zu einem attraktiven Angebot machte. Dennoch hatten sich Unternehmer in diesem kurzen Zeitraum der Elektrodominanz eine schwindelerregende Anzahl von Möglichkeiten zum Aufladen ausgedacht, noch bevor die meisten Haushalte und kleineren Städte über eine konstante Stromversorgung verfügten. Beispielsweise baute der Erfinder JB Merriam einfach eine gasbetriebene „Ladeanlage“ – ein sehr frühes Beispiel eines Generators –, die in der Garage eines Hausbesitzers installiert werden konnte, um ein Elektrofahrzeug aufzuladen; Diese wurden als offizielles Zubehör bei Baker Electric Cars verkauft. (Aus einigermaßen offensichtlichen Gründen scheiterte dies schnell.)

Ein weiteres Beispiel war der „Electrant“ von General Electric, ein „Stromhydrant“, der ein früher Versuch einer öffentlichen Aufladung war. Die Stromversorgung erfolgte über Gleichstromleitungen unter der Straße. Leider konnte er bei seinem Debüt auf der Madison Square Garden Auto Show im Jahr 1900 aufgrund inkompatibler Steckerdesigns nicht mehr als die Hälfte der ausgestellten Fahrzeuge aufladen.

Inkompatible Anschlüsse und Frustration beim Laden bleiben auch 123 Jahre nach dem Debüt des Electrant bekannte Probleme, was die Frage aufwirft: Wie sind wir nach so vielen Fortschritten hier gelandet und konnten immer noch nicht den gleichen Stecker für alle unsere Autos verwenden?

Wie bei den meisten widersprüchlichen Standards entstand die erste Divergenz bei den Gebührenerhebungsmethoden durch den endgültigen Versuch, alle Standards unter einem Dach zu vereinen. Als Elektrofahrzeuge in den 1990er Jahren dank der kalifornischen Null-Emissions-Vorgaben endlich wieder auf den Markt kamen, verwendeten einige frühe Autos wie der Toyota RAV4 EV und der GM EV1 „Magne-Charge“-Stecker von Delco, bei denen es sich um induktive Ladegeräte handelte. (Induktives Laden kommt heute am häufigsten bei Ladegeräten für Mobiltelefone zum Einsatz, bei denen Energie ohne direkte Verbindung über die Luft übertragen wird, obwohl dies erstmals in einer Patentanmeldung aus dem Jahr 1894 vorgeschlagen wurde.) Induktives Laden hat den Vorteil, dass Energie über ein elektromagnetisches Feld übertragen wird, sodass keine physischen Anschlüsse vorhanden sind, die verschmutzen könnten. Das Magne-Charge-Design wurde von GM als „sicher bei allen Wetterbedingungen zu verwenden“ sowie als kostengünstiger und „zuverlässiger während der Lebensdauer“ als konkurrierende Ladegeräte angepriesen, da das induktive Design die Anzahl der benötigten elektronischen Teile reduzierte Fahrzeug.

Andere, wie der Ford Ranger EV und der Honda EV Plus, verwendeten AVCON-Ladegeräte im leitfähigen Stil mit physischen Metallkontakten am Stecker. Während der Stecker etwas komplexer war als die Magnetpaddel-Magne-Charge-Anschlüsse und die Autos mehr Elektronik an Bord benötigten, ist die Art der konduktiven Energieübertragung wesentlich effizienter, da während des Ladevorgangs weniger Energie als Wärme verschwendet wird. Außerdem entstehen weniger elektromagnetische Störungen, die andere Elektronikgeräte in der Nähe stören würden.

Im Jahr 2001 ordnete das California Air Resource Board (CARB) an, dass alle Ladeanschlüsse für Elektrofahrzeuge standardisiert werden müssten, um „einen reibungslosen Fortschritt in Richtung der Kommerzialisierung von Elektrofahrzeugen zu gewährleisten … bei gleichzeitig geringem Fahrzeugaufkommen“. Der Vorstand entschied sich für konduktives Laden als neuen Standard für das Laden von Fahrzeugen und das leitfähige Steckerdesign SAE J1772 wurde als endgültiger neuer Steckverbinder geboren. Mit seiner Geburt starb Magne-Charge aus, da Kalifornien die Unterstützung induktiver Anschlüsse an staatlich finanzierten Ladestationen einstellte.

Seitdem können alle in Amerika verkauften Elektroautos mit einem J1772-Stecker aufgeladen werden. (Außer Teslas, die einen Adapter benötigen. Mehr dazu gleich.) Das physikalische Design des J1772 bedeutet jedoch, dass er nur mit einphasigem Wechselstrom (AC) funktioniert – wie er von einer Steckdose zu Hause geliefert wird – und das auch kann Liefern nur 19,2 kW Strom aus einer 240-V-Stromversorgung, was dem „Level 2“-Laden entspricht.

(In Europa wird für das AC-Laden „Level 2“ dasselbe Kommunikationsprotokoll wie der J1772-Standard verwendet, jedoch mit einer anderen Steckerform, dem sogenannten „Mennekes“-Design.)

Für das Laden mit Gleichstrom (DC), mit dem Schnellladesysteme der Stufe 3 betrieben werden, sind völlig andere Steckerkonstruktionen erforderlich. Tesla war der erste inländische Hersteller, der 2012 mit seiner ersten Supercharger-Installation praktisch das Laden der Stufe 3 einführte. Dabei kam ein damals proprietäres Steckerdesign zum Einsatz, das das Unternehmen mit der Veröffentlichung des Tesla Model S eingeführt hatte. Seit diesem ersten Auto haben alle nachfolgenden Teslas dies getan verwendete weiterhin das gleiche Steckerdesign, das umgangssprachlich als „Tesla-Stecker“ bekannt ist, obwohl es offiziell als North American Charging Standard (NACS) bezeichnet wird.

Tesla behauptete, es habe aufgrund der Verbreitung anderer Standards einen eigenen Stecker entwickelt und dieser sei für die gesamte Branche wahrscheinlich irrelevant, da die Leute hauptsächlich zu Hause aufladen. Der Stecker selbst ist schlanker als der der Konkurrenz und enthält einen Sensor, der es Teslas ermöglicht, die Ladetüren automatisch zu öffnen, wenn sich ein NACS-Stecker in der Nähe befindet. Es handelt sich außerdem um ein hocheffizientes Design. Das NACS-Design ist theoretisch in der Lage, mit bis zu 1 MW (1.000 kW) zu laden, und in der Praxis können V3-Tesla-Supercharger derzeit mit 250 kW laden.

Funktionell schuf der Tesla-Anschluss einen ummauerten Garten wie das Produktökosystem von Apple, der für Tesla wohl wichtiger war als alle technischen Vorzüge des NACS-Anschlusses. Die Geschäftsstrategie des Unternehmens umfasste den Aufbau umfangreicher Ladeinfrastruktur für seine Autos. Aus dieser Anstrengung entstand das Supercharger-Netzwerk. Heute machen Tesla-Supercharger 60 % aller Schnellladestationen in Amerika aus. Die Verwendung eines Steckverbinders, der ausschließlich mit Tesla-Autos verbunden werden konnte, verschaffte dem Unternehmen einen enormen Vorteil gegenüber anderen Herstellern von Elektrofahrzeugen, da die meisten Ladeinfrastrukturen, die nicht von Tesla stammen, immer noch spärlich über die USA verstreut und häufig außer Betrieb sind, während Supercharger bemerkenswert zuverlässig und praktisch überall sind .

Seitdem hat Tesla das NACS-Design für andere Hersteller geöffnet, was bedeutet, dass bald nicht nur Teslas an Superchargern geparkt sein werden, sondern dass der frühe Vorteil, den das Ladenetzwerk – und das Steckerdesign – dem Unternehmen verschaffte, unbestreitbar ist.

Kurz vor der Entwicklung des damals proprietären Tesla-Steckers entwickelte ein Konsortium aus großen japanischen Autoherstellern und der Tokyo Electric Power Company einen neuen DC-Steckerstandard der Stufe 3 für japanische Autos. Dieses neue Steckerdesign, das 2010 vorgestellt wurde, wurde als „CHAdeMO“ bekannt – ein Wortspiel mit einer japanischen Phrase über das Trinken einer Tasse Tee während des Ladevorgangs und bezieht sich darauf, wie schnell das „Level 3“-Laden erfolgen würde – und wurde von japanischen Autoherstellern weltweit verwendet für den größten Teil der 2010er Jahre. Der CHAdeMO-Standard ist in der Lage, bis zu 400 kW Leistung zu liefern.

Während CHAdeMO-Anschlüsse in Japan immer noch üblich sind, sind in den USA derzeit nur der Nissan Leaf und der Mitsubishi Outlander PHEV mit einem CHAdeMO-Anschluss erhältlich.

Während Japan einen Standard für Gleichstrom-Ladeanschlüsse einführte, entschied sich natürlich auch der Rest der Welt für die Einführung eines solchen. Im Jahr 2011 führte ein Gremium deutscher Ingenieure den Combined Charging Standard (CCS) ein, der sowohl für das Laden mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom funktionieren würde; Bis 2012 einigten sich sieben verschiedene Autohersteller in Europa und Amerika darauf, es als neuen Standard zu übernehmen. Das CCS-Design ist unkompliziert: Es übernimmt einfach das bereits vorhandene Standard-Steckerdesign für das AC-Laden – in Amerika das J1772 – und fügt dem Stecker Pins für das DC-Laden hinzu. (CCS-Stecker „Typ 1“ auf dem amerikanischen Markt haben ein J1772-kompatibles Design und europäische CCS-Stecker „Typ 2“ verwenden ein Mennekes-kompatibles Design. Daher sind CCS-Stecker auf der anderen Seite des Atlantiks unterschiedlich geformt, obwohl sie dasselbe Protokoll verwenden .)

Ursprünglich waren CCS-Steckverbinder für eine theoretische maximale Leistung von 350 kW ausgelegt, neuere Hochleistungsversionen liefern jedoch eine Leistung von bis zu 700 kW. Viele Autohersteller haben in den letzten Jahren das CCS-Design übernommen, darunter die Detroit Big Three, alle drei großen Luxusautohersteller in Deutschland, beide großen koreanischen Autohersteller und eine Handvoll japanischer Autohersteller wie Honda und Mazda. Sogar Tesla verkauft auf dem europäischen Markt Modelle 3 mit CCS-Anschlüssen, da das Design in der EU so weit verbreitet ist.

Wenn es so klingt, als wären die Kämpfe vorbei, dann sind sie es nicht. Während sich Europa bei seinen Ladegeräten offenbar auf CCS konvergiert und CHAdeMO in Japan der De-facto-Standard ist, sind wir in den USA noch weit davon entfernt, uns für einen Universalstecker zu entscheiden. Während CCS in den meisten 2010er-Jahren in Amerika beliebt war, haben General Motors, Rivian, Volvo und Ford alle angekündigt, dass ihre Elektrofahrzeuge das CCS-Steckerdesign nicht mehr verwenden und stattdessen bei neuen Modellen auf den von Tesla entwickelten NACS-Stecker umsteigen werden im Jahr 2025. Es ist ein Schritt, der Sinn macht – CCS hat keine wirklichen Vorteile und NACS hat keine wirklichen Nachteile. NACS ist schlanker, dank seines Clean-Sheet-Designs, das nicht vom J1772-Stecker beeinflusst wurde (wie es beim CCS-Design der Fall war), es hat eine höhere theoretische Kapazität als CCS und, was am wichtigsten ist, es ist die native Schnittstelle für das hochentwickelte angesehenes Tesla Supercharger-Netzwerk.

CCS hat sich wirklich nur durchgesetzt, weil es der einzige weit verbreitete Standard war, der Open Source war; Da NACS nun die SAE-Zertifizierung als branchenüblicher EV-Anschluss erhält, ist das letzte Hindernis für die Masseneinführung beseitigt. Die Frage ist einfach, ob andere Hersteller mitmachen – wenn nicht, werden wir alle in den nächsten Jahrzehnten noch Steckeradapter in unserem Kofferraum herumschleppen.

Victoria Scott ist eine freiberufliche Autorin, Fotografin, Autorin und Katzenmutter, die mitten im Nirgendwo in Idaho lebt. Sie ist eine führende Branchenexpertin für katastrophale Pannen an ihren Fahrzeugen im Gelände. Ihr stolzester Moment am Steuer war der Abschluss von Mission 34 in Gran Turismo.

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