Innovation by Anology: Ein Blick in die Zukunft der E-Mobilität anhand von Smartphone-Akkus

INNOVATION

BY ANALOGY EIN BLICK IN DIE ZUKUNFT DER E-MOBILITÄT ANHAND VON SMARTPHONE-AKKUS

Innovation by analogy – eine kurze Einführung Vom Smartphone-Akku zur Schlüsseldisziplin der Elektromobilität Mit dieser erfolgversprechenden Transferleistung vor Augen haben wir einen Blick auf einen der neueren und aktuell wohl bedeutsamsten Trends in der Automobilindustrie geworfen. Die Elektromobilität.

Dreh- und Angelpunkt hierbei ist die Batteriezelle, denn Reichweitenangst stellt nach wie vor das größte Hemmnis für potenzielle Kunden dar.

Um diesen Schmerz zu lindern, fokussiert sich die Automobilindustrie derzeit auf drei Lösungsansätze: die Herstellung und Montage leistungsfähigerer Batterien, den flächendeckenden Aufbau öffentlicher Ladeinfrastruktur sowie die Privatisierung des Ladeverfahrens in Form von Wallboxen.2

Innovation bedeutet in überraschend seltenen Fällen die grundlegende Neuerfindung von Produkten und Prozessen. Der Schlüssel für bahnbrechende, erfolgreiche Neuerungen im eigenen Markt liegt oftmals allein im klugen „Abschauen“ und Kombinieren von Charakteristika aus einer gänzlich anderen Branche, was nachfolgendes Beispiel verdeutlicht: Vom Schlachtbetrieb zum Auto in Serie William Klann, ein Ford Mitarbeiter, entdeckte die blutige Analogie einer industriellen Fleischverarbeitungsanlage und der Montage von Fahrzeugen bei einem Besuch eines Schlachtbetriebs in Chicago. Klann war fasziniert von der Effizienz der Arbeitsschritte, die fast mit mechanischer Präzision an den vorbeifahrenden Tierhälften durchgeführt wurden, ohne dass dabei die Arbeiter ihren Ort wechseln mussten.1

Wir haben uns die Frage gestellt, ob über diese drei Handlungsfelder hinaus weitere, potenziell disruptive Ansätze bevorstehen, welche die derzeit angestrebten Geschäftsmodelle im Bereich der E-Mobilität umkrempeln könnten. Um erste Einblicke zu erhalten, haben wir einen kreativen Vergleich der EV-Batterie (EV = Electric Vehicle) mit dem Smartphone-Akku gewagt und diesen anhand von fünf Use Cases inklusive potenzieller Ausbaustufen skizziert – mit verblüffenden Ergebnissen.

Aus ‚disassembly line‘ wurde so die ‚assembly line‘ und Ford führte daraufhin die moderne Fließbandproduktion des Model T ein. Durch diesen Schritt wurde die Montagezeit eines Model T um den Faktor 8 von etwa 12 Stunden auf 1,5 Stunden reduziert – der Rest ist bekannte Geschichte.

Innovation bedeutet in überraschend seltenen Fällen die grundlegende Neuerfindung von Produkten und Prozessen.

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gps-business.net: http://www.gps-business.net/how-a-new-perspective-revolutionized-automotive-manufacturing/ www.ingenieur.de: https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/e-mobilitaet/in-15-minuten-400-zusaetzliche-kilometer/

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Strom an andere EVs abgegeben werden. Abgerechnet wird via Blockchain und entsprechender Kryptowährung.6

könnte die Erweiterung der Reichweiten von EVs durch einen kollektiven Energiespeicher über viele Fahrzeuge hinweg sogar nachhaltiger sein als der Einsatz von immer leistungsfähigeren Akkus.

Zumindest würden damit bestehende Ressourcen höher ausgelastet werden.

Unter der Annahme, dass häufigeres, jedoch kürzeres Laden keinen zusätzlichen Verschleiß bedeutet,

Ausbaustufe 3

EVs können während der Fahrt Energie austauschen

Ausbaustufe 2

EVs können gegenseitig Energie austauschen (V2V)

Ausbaustufe 1

EVs nehmen Strom auf und geben diesen auch wieder an Ladesäulen ab (Bi-direktionales Laden)

… die Erweiterung der Reichweiten von EVs (könnte) durch einen kollektiven Energiespeicher über viele Fahrzeuge hinweg sogar nachhaltiger sein als der Einsatz von immer leistungsfähigeren Akkus.

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https://electrek.co/2020/04/30/peer-to-peer-highway-ev-charging-would-use-telescoping-cables-between-moving-cars/

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Powerbanks Der Smartphone-Akku: Aus vielen Haushalten ist die Powerbank heutzutage nicht mehr wegzudenken. Das Grundprinzip ist simpel: Ein mobiler Zusatz-Akku dient als portabler Energiespeicher, mit dem das Smartphone flexibel ortsunabhängig geladen werden kann, auch wenn keine stationären Stromquellen verfügbar sind.

Die Zellen der Powerbank werden selbst wiederum zwischen den Ladevorgängen an einer stationären Quelle aufgeladen. Sich für die persönlich richtige Powerbank zu entscheiden, bedeutet meistens, das richtige Verhältnis zwischen einer möglichst hohen Ladekapazität und einer möglichst geringen, portablen Gerätegröße auszutarieren.13 So gehört die MAXOAK K2 mit einer Ladekapazität von 50.000 mAh zu den größten Geräten ihrer Art.14 Zum Verhältnis: Die meisten heutigen Smartphones besitzen einen eingebauten Akku mit ca. 3.000-4.000 mAh. Das bedeutet, dass die MAXOAK mit einer einzigen Ladung ein Smartphone bis zu 16 Mal laden kann. Der gewaltige Speicher fordert allerdings seinen Preis: Mit einer Größe von 20,6 x 13,5 x 3,3 cm ist die K2 nicht gerade die handlichste Powerbank, sondern dient vermutlich in erster Linie als quasi-stationäre Stromquelle an Orten ohne (ausreichend) Zugang zum Stromnetz. Neben Kapazität und Größe ist auch die Ladegeschwindigkeit entscheidend. Bei Smartphones sind heutzutage eine Nennspannung von ca. 3,7 Volt und Ladungsmengen zwischen 0,5 und 4 Amperestunden gängig.15 Die sich daraus ergebende Ladeleistung wird allerdings von Außentemperatur und Qualität des Ladekabels wesentlich beeinflusst.

Was hat das mit EV-Akkus zu tun?

Reichweitenangst stellt mitunter immer noch die größte Herausforderung für EV-Fahrer dar. Während neuere EV-Modelle mit herkömmlichen Verbrennern bereits durchaus konkurrieren können – der Hyundai KONA Elektro erzielt in der höchsten Ausstattungsvariante nach Herstellerangaben und WLTP-Verfahren bereits eine Reichweite von bis zu 480 km – hinkt die öffentliche Ladeinfrastruktur noch immer hinter der Tankstellenlandschaft hinterher. Ein wesentlicher Grund dafür sind die Kosten: Für eine vollwertige Ladestation mit Schnelllademöglichkeit, mehreren Ladesäulen und fester Anbindung an das Stromnetz sind nach Angaben von E.ON rund 300.000 Euro fällig.16 Die Gefahr ist hoch, dass die Investitionen in diesen Orten gering bleiben. Mobile Schnellladesäulen können dabei helfen, das Risiko von Fehlinvestitionen zu verringern, da diese flexibel an den Bedarfsort verlagert werden können. Diese Flexibilität kommt insbesondere bei volatilen Verkehrsstoßzeiten zum Tragen. VW investiert bereits über eine Kooperation mit E.ON in den Ausbau solcher mobilen Ladesäulen und plant, noch in 2020 in die Serienproduktion zu gehen. Audi testet dieses Konzept ebenfalls in Form von mobilen Schnellladecontainern, welche eine Wiederverwendung für ca. 4.500 gebrauchte e-tron-Batteriezellen mit einer Gesamtkapazität von 1.000 kWh bieten.17 Auch Tesla bietet seit Ende 2019 mobile Supercharger-Stationen mit einem „single Megapack“ von bis zu 3 MWh an.17 Während diese aktuellen Entwicklungen eine erste Form der Flexibilisierung von Ladekapazität aufzeigen, sind

https://www.heise.de/ratgeber/Kaufberatung-Powerbanks-Unterwegs-Strom-tanken-4845687.html https://powerbankakku.de/maxoak-power-bank-50000mah/ 15 https://powerbank-ratgeber.de/4-gruende-warum-deine-powerbank-so-langsam-laedt/ 16 https://www.n-tv.de/wirtschaft/VW-baut-eine-Powerbank-fuer-E-Autos-article21569572.html 17 https://electrek.co/2019/11/29/tesla-mobile-supercharger-megapack/ 18 https://electrek.co/2019/11/29/tesla-mobile-supercharger-megapack/ 13

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mittelfristig neue Ausbaustufen durch Orientierung an Smartphone Powerbanks denkbar. Leicht transportierbare Ladecontainer könnten sich in kleinere, durch Einzelpersonen verschiebbare Ladepunkte (vergleichbar mit Rollkoffern) aufteilen, welche es ermöglichen, das eigene Elektroauto auf nahezu jedem Parkplatz zu laden. Den Nutzen einer „echten“

Powerbank werden wir schließlich erzielen, wenn es uns ermöglicht wird, Zusatz-Akkus modular in den EVs selbst zu transportieren. Analog zu unseren aktuellen Smartphone-Begleitern werden auch hierfür das Verhältnis zwischen Speicherkapazität und Größe bzw. Gewicht sowie die Ladegeschwindigkeit entscheidende Faktoren sein.

Ausbaustufe 3

Es lassen sich modulare Zusatzbatterien für EVs nutzen

Ausbaustufe 2

EVs können mittels portablen Ladepunkten geladen werden

Ausbaustufe 1

EVs können an mobilen Ladecontainern geladen werden

Reichweitenangst stellt mitunter immer noch die größte Herausforderung für EV-Fahrer dar.

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