Kabelloses Laden von Elektrofahrzeugen: Das bahnbrechende Potenzial

Elektrofahrzeuge (EVs) steigern die Produktion, gewinnen Marktanteile und gewinnen bei Autofahrern und politischen Entscheidungsträgern gleichermaßen Aufmerksamkeit. Bisher sind fast alle Elektrofahrzeuge auf kabelgebundene Ladelösungen angewiesen, bei denen der Fahrer ein Kabel einsteckt, um die Autobatterie aufzuladen. Aber das kabellose oder automatisierte Laden birgt ein enormes Potenzial, den Besitz von Elektrofahrzeugen für Fahrer und Flottenbetreiber komfortabler, kostengünstiger und attraktiver zu machen.

Es gibt mehrere Technologien, die Autofahrern die Mühe ersparen sollen, ihre Elektrofahrzeuge manuell über ein physisches Kabel an eine Stromquelle anzuschließen. Um einen Eindruck davon zu bekommen, wie Fahrer von Elektrofahrzeugen sich von ihren Kabeln befreien könnten, sprachen Florian Nägele und Shivika Sahdev von McKinsey kürzlich mit Bob Kacergis, Chief Commercial Officer von InductEV, und Andrew Daga, dem ehemaligen Chief Innovation Officer des Unternehmens. InductEV bietet induktive drahtlose Lösungen. Zu ihnen gesellten sich Alex Gruzen, CEO des Unternehmens WiTricity für induktives kabelloses Laden, und Gregor Eckhard, COO des Anbieters automatisierter konduktiver Ladesysteme Easelink. Das Transkript wurde aus Gründen der Klarheit und Länge bearbeitet.

McKinsey:Das erste, was wir gerne wissen würden, ist, wie das kabellose Laden im Vergleich zum kabelgebundenen Laden hinsichtlich der Effizienz abschneidet.

Andrew Von: Ein kabelloses induktives Ladesystem ist bei gleicher Leistung mindestens ein bis zwei Prozentpunkte effizienter als ein DC-Schnellladegerät [Gleichstrom]. Man geht davon aus, dass Energie in der Lücke zwischen Ladegerät und Fahrzeug verloren geht, aber wir arbeiten in einem Nahfeldsystem mit stark gekoppelten Induktoren, die nicht in den freien Raum strahlen.

Alex Gruzen: Drahtloses Laden kann genauso effizient sein wie das Anschließen eines Elektrofahrzeugs an ein Ladegerät. Das Fahrzeug kann genauso schnell und mit der gleichen Geschwindigkeit aufgeladen werden, als wäre es ans Stromnetz angeschlossen.

McKinsey: Wie sieht es mit den Ladegeschwindigkeiten aus? Ist das kabellose Laden schneller oder langsamer als das Laden von Elektrofahrzeugen über ein Kabel?

Bob Kacergis: Die Ladegeschwindigkeit wird durch das Batteriemanagementsystem eines Fahrzeugs bestimmt, daher sollte jedes System die Batterien mit der gleichen Geschwindigkeit laden. Aber aus betrieblicher Sicht können drahtlose Systeme die Ausrichtung, Authentifizierung und Verifizierung durchführen und den Ladevorgang innerhalb weniger Sekunden nach Ankunft des Fahrzeugs am Ladegerät einleiten, was bedeutet, dass drahtloses Laden die Reichweite sogar bei einem zweiminütigen Stopp erhöhen kann. Kabelgebundene Systeme bieten keine Möglichkeit zum kurzzeitigen Laden, da der Fahrer aus dem Fahrzeug aussteigen, den Stecker finden, ihn am Auto befestigen, den Stecker ziehen und wieder in das Auto einsteigen muss, um loszufahren.

McKinsey:Ist kabelloses Laden genauso sicher wie kabelgebundenes Laden?

Alex Gruzen: Das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen ist absolut sicher. Tatsächlich ähnelt es der induktiven Kochfeldtechnologie, die bei Küchenrenovierungen auf der ganzen Welt beliebt geworden ist. Es gibt Regeln für Magnetfelder, und wir halten uns ausnahmslos an diese.

Andrew Von: Aus Sicherheitsgründen haben wir unser System mit vier Ladepads entwickelt, die eine geringere EMF-Signatur (elektromagnetisches Feld) erzeugen als ein einzelnes Pad, da die mehreren Pads mithilfe von Software so funktionieren, dass sie das Streumagnetfeld selbst aufheben. Aber alle unsere Systeme, egal ob sie ein oder mehrere Pads verwenden, entsprechen den ICNIRP-Richtlinien (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection).

McKinsey:Was ist konduktives automatisiertes Laden?

Gregor Eckhard: Das konduktive Laden basiert auf einer physischen Verbindung, was die Effizienz optimiert. Ein manueller Stecker ist konduktiv, das konduktive Laden lässt sich aber auch automatisieren, wie mit unserer Technologie. Am komfortabelsten gelingt dies durch den Einbau des konduktiven Ladesystems in den Unterboden des Fahrzeugs. Autofahrer können sich konduktives automatisches Laden als eine Art unsichtbaren Stecker vorstellen, der das Beste aus beiden Welten vereint. Unser leitfähiges System kostet ein Drittel bis die Hälfte der Kosten einer induktiven Ladealternative. Die geringeren Kosten der leitfähigen Technologie ermöglichen es auch Fahrern außerhalb des Luxussegments, die Vorteile des automatisierten Ladens von Elektrofahrzeugen zu nutzen.

McKinsey:Welche Arten von Privatfahrzeugen werden als erste das kabellose oder automatisierte Laden nutzen?

Alex Gruzen: Da wir uns hinsichtlich Volumen, Umfang und Kosten noch im Anfangsstadium der Einführungskurve befinden, wird das kabellose Laden zunächst in Premiumfahrzeugen zum Einsatz kommen. Aber ich denke, dass es sich schnell in mehr Mainstream-Fahrzeugen durchsetzen wird.

Gregor Eckhard: Auf dem Heimlademarkt sehen wir, dass automatisiertes Laden für frühe Technologieanwender, die Premiumfahrzeuge kaufen, attraktiv ist. Wir sehen auch konkrete Anwendungsfälle, bei denen Nutzfahrzeuge wie Elektrotaxis durchaus von automatisiertem Laden profitieren werden. Beispielsweise wird Wien, Österreich, bis 2025 nur noch Elektrotaxis zulassen. Aber Taxifahrer sagten, sie könnten nicht profitabel sein, wenn sie jede Schicht eine Stunde an einer Ladestation verbringen müssten. Daher mussten Stadtplaner die effizienteste Möglichkeit finden, das Aufladen am Taxistand zu ermöglichen, ohne dass Kabel und Ladesäulen im Weg sind oder die Fahrer ihre Fahrzeuge jedes Mal ein- und ausstecken müssen, wenn sie zum nächsten Platz in der Warteschlange fahren. Eine automatisierte Ladelösung mit in den Unterboden des Fahrzeugs integrierter Technik löst ihr Problem.

McKinsey:Wo könnte kabelloses Laden in kommerziellen Umgebungen einen Mehrwert schaffen?

Alex Gruzen: Ein Beispiel für den Wert des kabellosen Ladens im gewerblichen Bereich ist, dass es das Aufladen von LKWs während des Be- oder Entladens ermöglicht. In diesem Zusammenhang eliminiert die Umstellung auf WLAN das Risiko, dass Personen über Kabel stolpern oder über Anschlüsse laufen. Wenn Fahrzeuge außerdem mehr Möglichkeiten zum Laden mithilfe der drahtlosen Technologie haben, können Sie die Ladelast über einen längeren Zeitraum verteilen, Spitzenlasten reduzieren und die Notwendigkeit für den Bau neuer Umspannwerke verringern. Wir haben für ein globales Logistikunternehmen eine Studie durchgeführt, die zeigte, dass unsere kabellose Ladelösung die Gesamtenergiekosten um bis zu 50 Prozent senken kann.

Bob Kacergis: Das kabellose Laden ist sehr sinnvoll für hochwertige, häufig genutzte Fahrzeuge wie Busse sowie Kurzstrecken- und Regional-Lkw, deren Offline-Betrieb während des Ladevorgangs sehr teuer ist. Unser Hauptanliegen liegt in Flottenfahrzeugen, insbesondere im Schwerlastbereich. Wir arbeiten auch viel mit Feuerwehrautos und Krankenwagen in Europa und Nordamerika. Das Wertversprechen besteht darin, Fahrzeuge zu haben, die immer und jederzeit einsatzbereit sind, ohne dass das Risiko besteht, dass sich Menschen in einer Notfallumgebung in Stromkabeln verheddern.

McKinsey:Wie hoch sind heute die Kosten für die Umstellung auf kabelloses oder automatisiertes Laden, einschließlich Ausrüstung und Installation?

Alex Gruzen: Es unterscheidet sich nicht grundlegend von dem eines Level-2-Ladegeräts. Bis zu drei Viertel der Kosten für drahtlose Systeme entfallen auf oder im Boden; Das Teil am Fahrzeug ist das kostengünstigste Teil. Für den Betreiber zeigen unsere Berechnungen eine Reduzierung der Gesamtbetriebskosten um bis zu 50 Prozent durch den Einsatz kabelloser Ladegeräte im Vergleich zu herkömmlichen Kabeln. Mit der drahtlosen Technologie gibt es weniger Wartung, weniger Vandalismusgefahr und weniger Verschleiß, da Kabel und Stecker nicht mehrmals am Tag ein- und ausgesteckt werden müssen.

Gregor Eckhard: Mit unserem leitfähigen System sind die Kosten auf der Infrastrukturseite vergleichbar mit einer Premium-Wallbox. Aus Sicht des Ladestationsbetreibers verursacht unser System geringere Wartungskosten und benötigt weniger Platz, da die Ladestation in den Boden des Parkplatzes integriert ist, sodass keine Stangen zum Halten eines Ladegeräts erforderlich sind. Die Fahrzeugkosten sind viel geringer als die Infrastrukturkosten.

McKinsey:Was sind die Haupthindernisse für eine breitere Akzeptanz des kabellosen Ladens?

Andrew Von: Für typische Pkw sind kabellose Ladesysteme noch zu teuer. Wir sehen eine Möglichkeit, es erschwinglich zu machen, aber es hängt davon ab, höhere Produktionsmengen zu erreichen. Unser Markteintritt wird also bei Luxusfahrzeugen erfolgen, bei denen die Kunden weniger auf die Mehrkosten reagieren.

Darüber hinaus sind viele Autohersteller immer noch der Meinung, dass kabelloses Laden keine hohe Leistung erbringen kann und daher nur für die heimische Garage geeignet ist. Aber wir wissen, dass kabellose Ladegeräte an öffentlichen Orten wie Supermarktparkplätzen eine hohe Leistung liefern können, wo sie eine Reichweite von 100 Meilen hinzufügen können, während Kunden eine halbe Stunde lang einkaufen. Es passiert einfach im Hintergrund, wie bei der elektronischen Mauterhebung. So sehen wir die Entwicklung des kabellosen Ladens – aber wir müssen die OEMs noch überzeugen.

Bob Kacergis: Unser kommerzieller Ansatz dreht sich derzeit um die Marktentwicklung durch Bildung. Wir haben an den Standorten unserer Kunden das geschaffen, was ich „EV-Tourismus“ nenne. Ich nehme ständig Leute mit nach Indianapolis, Martha's Vineyard, Oslo oder Göteborg, um unsere Ladesysteme in Aktion zu sehen. Man könnte meinen, dass es nicht aufregend ist, einem Auto beim Laden zuzusehen, aber wenn Menschen im Auto sitzen und das kabellose Laden selbst erleben, ist das ein magischer Moment für sie. Jedes Mal, wenn wir irgendwo ein Demosystem installieren, hilft es uns, mehr Ladegeräte zu verkaufen.

McKinsey:Wann glauben Sie, dass viele OEMs drahtlose oder automatisierte Ladefunktionen in neuen Fahrzeugen einführen werden?

Alex Gruzen: Der Großteil unserer Bemühungen im letzten Jahrzehnt bestand darin, direkt mit OEMs zusammenzuarbeiten, um kabelloses Laden in Fahrzeuge zu integrieren und die Branche auf Standards für kabelloses Laden auszurichten. Jetzt beginnen wir, Fahrzeuge mit integrierter drahtloser Ladetechnologie zu sehen. In diesem Jahr haben wir zwei Fahrzeugeinführungen in China und eine in Südkorea erlebt, und deutsche, amerikanische und japanische OEMs planen Markteinführungen in den nächsten Jahren. Ich denke, dass bis 2024 oder 2025 viele OEMs drahtlose Ladetechnologie einführen werden.

Gregor Eckhard: Wir gehen davon aus, dass wir im Jahr 2026 unser erstes OEM-Produkt auf den Markt bringen werden. Bis dahin arbeiten wir an einem Business Case für die Nachrüstung von Nutzfahrzeugen wie Taxis sowie an einem Produkt, das auf den Einsatz in Privathäusern zugeschnitten ist. Am Ende werden OEMs, die sich als Technologie- und Innovationsführer verstehen, die entscheidende Rolle dabei spielen, welche Ladetechnologie sich in der Breite durchsetzt.

McKinsey:Wie könnten kabelloses oder automatisiertes Laden die Vorteile anderer fortschrittlicher Automobiltechnologien verstärken?

Alex Gruzen: Es ergänzt andere Funktionen, die Autohersteller anbieten möchten, beispielsweise autonomes Parken. Tatsächlich arbeiten OEMs von Elektrofahrzeugen und Immobilienentwickler in China bereits zusammen, um kabelloses Laden in autonome Parkhäuser zu integrieren, sodass mit kabelloser Technologie ausgestattete Elektrofahrzeuge selbständig parken und aufladen können. Dann können Fahrer die aufgeladenen Autos herbeirufen, wenn sie sie erneut fahren möchten. Wenn autonomes Parken und autonomes Fahren hinzukommen, wird das kabellose Laden von einer Mehrwertfunktion zu einer Notwendigkeit.

Gregor Eckhard: Automatisiertes Laden könnte die Integration von Fahrzeugen in das Stromnetz stärken. Die meisten Autofahrer schließen ihre Autos an, wenn die Batterien leer sind. Damit ein intelligentes Stromnetz funktioniert, müssen die Fahrzeuge jedoch ständig mit dem Stromnetz verbunden sein, insbesondere wenn die Batterien vollständig geladen sind. Automatisiertes Laden wird daher eine entscheidende Rolle an der Schnittstelle zweier wichtiger Branchen spielen: der Automobil- und der Elektrizitätsversorgung.

McKinsey:Was würden Sie Leuten sagen, die argumentieren, dass es den Verbrauchern egal ist, wie ihre Autos aufgeladen werden?

Alex Gruzen: Ich arbeite seit 20 Jahren in der Konsumgüterbranche und habe gesehen, wie Menschen in allen Bereichen, von Computern bis hin zu Telefonen, Kabel abgeschafft haben. Jetzt stehen wir an der Schwelle zu einem der größten technologischen Veränderungen in der Mobilität und wir versuchen, das Ladekabel wieder in das Leben der Menschen zu integrieren – willst du mich veräppeln?

Der Markt spricht, und alles, was ich je gesehen habe, ist drahtlos geblieben. Das kabellose Laden sorgt für ein fantastisches Besitzererlebnis. Wir haben Marktforschungen durchgeführt, die zeigen, dass das Interesse der Verbraucher an einem Elektrofahrzeug um 68 Prozent steigt, wenn man Verbrauchern die Idee vorstellt. Dies ist eine Funktion, die den Wunsch wecken wird, Elektrofahrzeuge zu kaufen.

Gregor Eckhard: Wenn wir mit Elektrofahrzeugfahrern sprechen, sind sie sofort von der Idee begeistert, den Ladevorgang zu automatisieren und die Unannehmlichkeiten des Anschließens ihrer Fahrzeuge zu beseitigen. Ich bin fest davon überzeugt, dass es kein Zurück mehr gibt, wenn Verbraucher das automatisierte Laden erst einmal erleben.

Andrew Von: Beim kabellosen Laden handelt es sich wirklich um vollautomatisches Gleichstrom-Schnellladen. Diese Automatisierung führt zu deutlich reduzierten Ladekosten und bietet ein unübertroffenes Wertversprechen, insbesondere für Flotten.

Als ich das Unternehmen vor über 12 Jahren gründete, galt kabelloses Laden als Zauberei oder als Verstoß gegen die Gesetze der Physik. Dann gaben die Leute zu, dass es funktionierte, waren aber skeptisch, ob jemand es wirklich brauchte. Jetzt sind wir an einem Punkt angelangt, an dem die Leute es nutzen und sagen: „Das müssen wir haben.“

Andrew Dagaist der ehemalige Chief Innovation Officer von InductEV, woBob Kacergisist der Chief Commercial Officer;Gregor Eckhard ist der COO von Easelink; UndAlex Gruzenist der CEO von WiTricity.Florian Nägeleist Partner im Zürcher Büro von McKinsey undShivika Sahdevist Partner im New Yorker Büro.

Die von den Befragten geäußerten Kommentare und Meinungen sind ihre eigenen und repräsentieren oder spiegeln nicht die Meinungen, Richtlinien oder Positionen von McKinsey & Company wider und werden auch nicht von McKinsey & Company befürwortet.