Entwicklung von massentauglichen AC- und DC-Ladestationen für Elektromobile

Laufzeit: Oktober 2011 - April 2012 / Förderlinie 3, LOEWE-Programm / Projekt-Nr.: 279.11-24/ Prof. Tom Philipps

Projektziele

Der Masterplan der Bundesregierung sieht vor, dass im Jahr 2020 mehr als eine Million Elektroautos auf deutschen Straßen fahren. Dafür ist allerdings der Aufbau einer entsprechenden Infrastruktur von Ladestationen notwendig. Die deutschen Autobauer haben die ersten Serienfahrzeuge spätestens für 2013 angekündigt, so dass davon ausgegangen wird, dass in 2013 eine große Nachfrage nach massentauglichen Ladestationen beginnt.

Dafür müssen die vorhandenen Entwicklungsmodelle neben den technischen Lösungen, wie beispielsweise Stecker und Datenprotokolle, auch den Sicherheits- und Normenanforderungen für den deutschen Markt entsprechen und Nutzer- und Betreibervorgaben an Verarbeitung, Material und Design berücksichtigen. Für einen erfolgreichen Start des ab 2013 erwarteten Massenmarktes, müssen entsprechende Wechselstrom/AC- und Gleichstrom/DC-Ladestationen entwickelt werden, da es solche Lösungen noch nicht gibt.

Das Elektroladen

Das Nachladen von Elektrofahrzeugen ist im Gegensatz zum fossilen Nachtanken ein unbeaufsichtigter Ladevorgang, der sich über Zeiträume von 15 Minuten bis hin zu 6-8 Stunden erstreckt. Der Ladevorgang erfolgt teils im privaten Bereich, aber auch an frei zugänglichen Bereichen im halböffentlichen und öffentlichen Raum.

Speziell beim kabelgebundenen, nicht induktiven Nachladen ergeben sich mehrere problematische Aspekte rund um den Umgang und die Handhabung des Ladekabels und der Kabelsteckverbindungen. So besteht die Gefahr von Stolperquellen durch im Raum gespannte Ladekabel, die Gefahr des Stromunfalls durch beschädigte oder fehlbediente stromführende Bauteile und zusätzlich die Gefahr des Vandalismus und des Kabeldiebstahls.

Abb. 1 Ladestation: Vorder-, Rück- und Seitenansicht

Produktentwicklung

Die Entwicklung der Ladestationen erfolgte in einem benutzerorientierten Gestaltungsprozess. Im Fokus der Entwicklung stand nicht nur die technische Funktionalität und die Einhaltung bestehender Sicherheitsstandards, sondern ebenso das Definieren neuer normativer Lösungen und vor allem die spezifische und einfache Gebrauchstauglichkeit für das Elektroladen mit dem Ziel einer hohen Akzeptanz.
Entwickelt wurde ein Konzept für eine Produktfamilie, welches insbesondere die vielseitige Problematik im Umgang mit dem – aus produktionstechnischen und gebrauchstauglichen Gründen nicht spiralisierbaren - 32 Ampère Wechselstrom-Ladekabel und den Steckverbindungen löst.

Abb. 4 Produktfamilie
Abb. 5 Bodennahe Kabelverlegung

Ladeinformationen

Der Kopfbereich der Ladestation überragt in der Regel die meisten Fahrzeuge und bietet bereits auf Distanz auffällig sichtbar Benutzerinformation an, wie die an der jeweiligen Ladestation angebotene Stromart AC 16-, AC 32- oder DC-Strom, den Ladezustand oder auch die restliche Ladezeit. Die Anzeige dieser Informationen erfolgt redundant zu den auf dem Display Informationen angeboten.

Abb. 6 Informationen über Stromart und Restladezeit
Abb. 7 Display der Ladestation
Abb. 8 Displayinformationen

Markenzeichen

Die Ladestationen besitzten ein leuchtendes, emotional formuliertes Superzeichen zur Markenbildung der Plug`n Charge KG und zur Positionierung im stark in Bewegung befindlichen neuen Markt für Elektroladestationen. Das Superzeichen der Plug 'n Charge Ladestationen bietet eine signifikante Wiedererkennbarkeit.
Sowohl das Superzeichen als auch die Hausfarbe leiten sich aus dem Laborbereich ab, bei dem Entladungen von Hochvoltspannungen mit lilafarbenen Leuchteffekten einhergehen. Die Ladestation präsentiert sich als leuchtende Energiezelle und visualisiert auf eine anmutende Weise den Aspekt der Stromvernetzung und den Vorgang des Ladens.

Abb. 9 Superzeichen
Abb. 10 Gasentladung in einer Vakuumröhre

Gestaltung

Die Ladestationen verfügen an ihrer Front über eine gleichbleibend schlanke User-Schnittstelle, unabhängig von den einzelnen Varianten und technischen Ausstattungen der verschiedenen Ladestationen. Um die jeweils notwendigen elektrischen und elektronischen Komponenten aufnehmen zu können, stehen Betongußgehäuse mit zwei unterschiedlichen Gehäusetiefen zur Verfügung.

Abb. 11 modularer Aufbau

Zonenmarkierung des Ladebereichs

Der gesamte Ladebereich wird ähnlich einem Gefahrenbereich zur Sicherheit  von Passanten durch farbig auffällige Bodenflächen hervorgehoben. Da die Gefahr von Stolperquellen oder eines Stromunfalls im Vordergrund stehen, soll auf diese Weise ein unbewußtes Betreten dieser Bereiche verhindert werden.

Abb. 12 Zonenmarkierung des Ladebereiches und verschiedene Parkanordnungen
Abb. 13 Parken vor der Wallbox