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Dec 19, 2023

Warum Amerikas Ladegeräte für Elektrofahrzeuge immer wieder kaputt gehen

Stellen Sie sich vor, Sie leben in einer Welt, in der die Tankstelle Probleme hat, Benzin bereitzustellen.

Stellen Sie sich vor, Sie leben in einer Welt, in der die Tankstelle Probleme hat, Benzin bereitzustellen.

Alle paar Male, wenn ein Fahrer tankt, geht etwas durcheinander – das Benzin fließt nicht oder es fließt eine Zeit lang schnell und verlangsamt sich dann zu einem Rinnsal. In anderen Fällen wird die Kreditkartenzahlung auf mysteriöse Weise abgelehnt oder der Bildschirm bleibt leer.

Wenn der Verbraucher eine helfende Hand möchte, schade. In dieser Welt gibt es an der Tankstelle keinen Menschen und die einzige Möglichkeit ist eine 1-800-Nummer. Die Zapfsäulen stehen allein mitten auf einem großen Parkplatz.

Tauschen Sie das Wort „Benzin“ gegen „Elektrizität“ aus, und dies ist eine realistische Beschreibung dessen, was jeden Tag an Ladestationen für Elektrofahrzeuge in den Vereinigten Staaten passiert. Das High-Tech-Hochgeschwindigkeits-Kraftstoffsystem für Autobahnen, das Amerika baut, um seine Elektrofahrzeuge anzutreiben und die Tankstelle zu ersetzen, ist voller Störungen, die sich nur schwer beheben lassen.

Für sich genommen sind sie ein Problem, doch in der Gesamtheit könnten ihre Folgen tiefgreifend sein.

„Es verstärkt die Sichtweise von Nicht-Elektrofahrzeugfahrern auf die Welt, dass das Laden von Elektrofahrzeugen schmerzhaft ist“, sagte Bill Ferro, Softwareexperte und Gründer von EVSession, einem Analyseunternehmen für Elektrofahrzeugladegeräte. „Die Leute haben das Gefühl, dass es ein Risiko darstellt, ein Elektrofahrzeug zu kaufen, weil die Schnellladeinfrastruktur stinkt, was die Einführung von Elektrofahrzeugen verlangsamen wird.“

Die Probleme haben diejenigen, die unterwegs Schnellladegeräte nutzen und keinen Tesla fahren. Studien und unzählige Anekdoten beschreiben die seltsamen Stolpersteine, denen sie begegnen: ein leerer Bildschirm, ein kaputter Stecker, eine fehlgeschlagene Kreditkartenzahlung, Sitzungen, die ohne Vorwarnung abgebrochen werden, elektrischer Strom, der in diesem Moment schnell und im nächsten langsam fließt (Energywire, 21. März).

Hinter der Patzersituation verbergen sich gewaltige strukturelle Probleme. Sie hängen mit der besonderen Art und Weise zusammen, wie sich Ladegeräte für Elektrofahrzeuge entwickelt haben, und mit der Tatsache, dass Kabel und Batterien viel komplizierter sind als das, was an der Tankstelle geschieht.

„Es ist ein schwierigeres Problem, als Treibstoff von einem Reservoir in ein anderes zu pumpen“, sagte Ferro.

Die Probleme bleiben bestehen, auch wenn von Bund und Ländern, Netzbetreibern und Autoherstellern Milliarden von Dollar in den Ladesektor fließen.

Mehrere aktuelle Studien zum Ladesystem kamen zu entmutigenden Ergebnissen.

Letztes Jahr besuchten Forscher jedes öffentliche Schnellladegerät in der San Francisco Bay Area und stellten fest, dass fast 23 Prozent von ihnen „nicht reagierende oder nicht verfügbare Bildschirme, Zahlungssystemfehler, Ladefehler, Netzwerkfehler oder defekte Anschlüsse“ hatten. Und in einer Umfrage unter Elektrofahrzeugfahrern stellte das Autoberatungsunternehmen JD Power fest, dass das öffentliche Ladenetz „von nicht funktionierenden Stationen geplagt“ sei. Bei einer von fünf Sitzungen gelang es nicht, eine Anklage zu erheben. Fast drei Viertel dieser Ausfälle betrafen eine Station, die nicht richtig funktionierte oder offline war.

Verschiedene öffentliche und private Akteure sind sich der Dringlichkeit einer Lösung bewusst und probieren Lösungen aus.

Leitbild

Die Biden-Administration hat beispielsweise Standards für die „Betriebszeit“ festgelegt, also den Prozentsatz der Betriebszeit eines Ladegeräts. Kalifornien startet eine umfassende Untersuchung zur Verbesserung des Kundenerlebnisses. Der Autohersteller Ford Motor Co. setzte im vergangenen Jahr eine eigene Gruppe von Tankstellenprüfern ein (Energywire, 4. Januar 2022). Das größte öffentliche Netzwerk, Electrify America, ersetzt ein Fünftel seiner Stationen durch neuere Modelle.

Aber viele dieser Aktionen funktionieren an den Rändern eines Schwarzen Lochs.

Niemand kann definieren, was es für einen Elektrofahrzeugfahrer bedeutet, ein zufriedenstellendes Ladeerlebnis zu haben. Es liegen keine zugrunde liegenden Daten vor. Da Hunderttausende Amerikaner Elektrofahrzeuge kaufen und damit beginnen, über die Autobahnen zu fahren, bedeutet das Fehlen eines Maßstabs, dass niemand dafür verantwortlich ist. Ohne Rechenschaftspflicht werden die Probleme wahrscheinlich bestehen bleiben.

Die Sorge der Industrie besteht darin, dass die immer größer werdende Zahl von Elektrofahrzeugfahrern ihren Freunden erzählen wird, dass das Laden auf der Autobahn ein wenig fehlerhaft und ein wenig nervig sei – gerade ein Hindernis genug, um diese Millionen von Freunden davon abzuhalten, auf Elektrofahrzeuge umzusteigen, während sich der Planet stetig erwärmt.

Probleme mit der Betankung von Elektrofahrzeugen treten nicht überall auf. Aber sie kommen häufig in Bereichen vor, in denen die Regierung das meiste Geld ausgibt und sich die Verbesserung des Ladeerlebnisses zum Ziel gesetzt hat.

Das Laden zu Hause funktioniert in der Regel reibungslos. Das Gleiche gilt für andere „langsame“ oder Level-2-Ladegeräte, die an Arbeitsplätzen und auf Parkplätzen verteilt sind und den Akku durch stundenlangen Elektronenverbrauch füllen.

Die Fehler treten am häufigsten bei Schnellladegeräten auf, die als Gleichstrom-Schnellladegeräte oder DCFC bezeichnet werden. Dies sind die Ladelösungen, wenn ein Fahrer unterwegs ist und die Batterie in 15 oder 30 Minuten aufladen muss.

Diese Super-Outlets gibt es in der Nähe von Autobahnhaltestellen, in Stadtkernen und an Vorstadtkreuzungen. Der Aufbau eines solchen Netzwerks hat für die Biden-Regierung oberste Priorität, da sie 7,5 Milliarden US-Dollar für die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge ausgibt, die der Kongress im parteiübergreifenden Infrastrukturgesetz genehmigt hat. Die erste Finanzierungsrunde zielt darauf ab, das Land in Abständen von 50 Meilen entlang wichtiger Autobahnen mit DCFC-Ladegeräten zu versorgen.

Ziel der Regierung war es, nicht nur die Bahnhöfe zu bauen, sondern auch hohe Standards zu schaffen, darunter auch eine bessere Kundenzufriedenheit.

Die Federal Highway Administration, die das Programm verwaltet, sagte, sie beabsichtige, „Anreize für Ladestationsbetreiber zu schaffen, die Zuverlässigkeit nicht nur für Ladegeräte zu verbessern, die mit [staatlichen] Mitteln gekauft wurden, sondern für alle Ladestationen im Land.“

Die Ironie besteht darin, dass es bereits ein zuverlässiges, landesweites Ladenetzwerk mit hoher Kundenzufriedenheit gibt. Es heißt Supercharger-Netzwerk und wird von Tesla Inc. aufgebaut und betrieben.

Benutzer und Experten sind sich weitgehend einig, dass Tesla die Probleme, die andere Netzwerke belasten, im Allgemeinen gelöst hat. Die Treiber lassen sich problemlos anschließen, bezahlen und laden. Supercharger waren bis letzten Monat ausschließlich Tesla-Fahrern vorbehalten, als Tesla damit begann, Teile des Netzwerks für andere EV-Modelle zu öffnen (Energywire, 15. Februar 2023).

Tesla war auch bei anderen Praktiken Vorreiter und zeichnet sich aus, mit denen konkurrierende Netzwerke nur schwer mithalten können – und die Tankstellen überhaupt nicht können.

Geben Sie beispielsweise in der Tesla-App oder auf dem Dashboard-Bildschirm ein Ziel ein und Sie erhalten eine Route mit Superchargern, an denen Sie anhalten können, mit zuverlässigen Informationen darüber, welche Steckdosen funktionieren und ob sie derzeit belegt sind oder nicht.

Ein Hauptgrund für den Erfolg von Tesla ist laut Experten, dass Tesla das gesamte Ökosystem und alle seine Daten besitzt und kontrolliert. Es baut die Autos, betreibt die Ladegeräte und verwaltet die Zahlungen. Wenn an der Station etwas kaputt geht, ist es die Aufgabe von Tesla, es zu reparieren. Es besteht kein Zweifel, wer dafür verantwortlich ist.

Der Grund dafür, dass andere Netzwerke, die nicht zu Tesla gehören, solche Probleme haben, ist, dass das öffentliche Ladesystem viel mehr Akteure hat. Dazu gehören eine Vielzahl von Autoherstellern, Ladenetzbetreibern, Routenfindungstools und jetzt auch die Regierung.

Keiner hat sich bereit erklärt, Teslas Verantwortungsniveau zu übernehmen, und es ist nicht klar, ob irgendjemand dies tun wird.

„Wem gehört diese Erfahrung für mich?“ sagte Matt Teske, der Gründer und CEO von Chargeway, einer EV-Netzwerk-Softwareplattform, und versetzte sich in die Lage eines EV-Fahrers. „Die Antwort ist niemand.“

Ein Grund dafür, dass die heutigen Ladestationen nicht besonders gut funktionieren, ist ihre seltsame Entwicklung als Verbraucherprodukt.

Wie die Elektrofahrzeuge selbst kamen Ladestationen erstmals auf die Straße, nicht weil die Kunden sie suchten, sondern weil die Regulierungsbehörden sie verlangten.

In den frühen 2000er Jahren forderte das California Air Resources Board, dass Autohersteller Elektrofahrzeuge verkaufen, um am Automarkt des Staates teilzunehmen. Ladestationen folgten einem parallelen Weg.

Eines der heute führenden Netzwerke, EVgo Inc., entstand aus einer gerichtlichen Einigung zwischen NRG Energy Inc. und der California Public Utility Commission im Jahr 2012, um die Energiekrise auf dem Strommarkt Anfang der 2000er Jahre zu lösen. Ein anderes Unternehmen, Electrify America, ist ein Unternehmen, das der Autohersteller Volkswagen AG 2016 als Strafe für Betrug bei seinen Dieselemissionen gründen musste.

Diese Unternehmen hatten die Aufgabe, die Regulierungsbehörden – und nicht die Kunden – zufriedenzustellen, und sparten mit bestimmten Lösungen Geld.

„Es wurde behandelt, als wäre es wirklich einfach“, sagte Teske.

Die Ladestation würde nicht wie eine Tankstelle funktionieren, mit einem Mitarbeiter in einem nahegelegenen Kiosk. Stattdessen würde es ohne menschliches Eingreifen funktionieren, wie ein Geldautomat oder ein Verkaufsautomat, aber einer, der Hochspannungsstrom anstelle von Cola verkauft.

Aber anders als der Geldautomat oder die Verkaufsbox würde die Ladestation nicht die volle Kundenbetreuung genießen. Es würde sich nicht unter einer Markise befinden, nicht besonders gut beleuchtet sein oder von Sicherheitskameras überwacht werden. Stattdessen würde das Elektroauto eher wie ein Auto behandelt. Die Stationen befanden sich draußen in der Natur, in der Mitte oder an den Rändern eines Parkplatzes, fernab von wachsamen Augen und leichten Zielen für Vandalen.

Schließlich boten die frühen Netzwerke nicht die Möglichkeit, mit Kreditkarte zu bezahlen, obwohl Electrify America dazu verpflichtet war. Ladenetze werden bevorzugt, um die Gebühren und die Komplexität von Visa oder Mastercard zu vermeiden. Vielmehr würden Zahlungen direkt über eine Mitgliedskarte an das Netzwerk gehen.

In der Anfangszeit war keine dieser Entscheidungen von großer Bedeutung. Die ersten Käufer von Elektrofahrzeugen waren überzeugte Anhänger, die die Unannehmlichkeiten eines dunklen Parkplatzes oder einer frustrierenden Ladesitzung einfach hinnahmen.

Doch da Elektrofahrzeuge, die nicht Tesla heißen, ernsthaft zu verkaufen sind, haben die Kostensenkungsentscheidungen von gestern zum heutigen Ausbruch der Panne beigetragen.

Es stellt sich heraus, dass eine Ladestation wesentlich komplizierter und zerbrechlicher ist als ein Verkaufsautomat.

„Wenn Sie nach einer Checkliste suchen, was schief gehen könnte“, sagte Teske, „dann ist die Liste lang.“

Im Inneren der Metallhülle des Kiosks befindet sich eine hochentwickelte Leistungselektronik. Es sendet gefährliche elektrische Ströme über ein Hochleistungskabel an einen Stecker, der mit einem Kaugummiknäuel leicht deaktiviert werden kann. Der Videobildschirm – entscheidend für die Übermittlung von Informationen an den Fahrer, wie z. B. die Preise und die Dauer eines Ladevorgangs – kann verunstaltet oder beschädigt werden. Beim Versuch, eine Zahlungskarte anzutippen, einzuführen oder durchzuziehen, kann es zu einer Vielzahl von Problemen kommen.

Und dann ist da noch der Computercode.

„Letztendlich ist es alles Software“, sagte Ken Tennyson, Direktor für Qualität und Konformität bei Electrify America, das rund 800 Stationen in den Vereinigten Staaten betreibt.

Der Empfänger des Bargeldes aus einem Geldautomaten oder der Snickers aus einem Automaten ist eine menschliche Hand. Der Empfänger der Elektronen aus einem Ladevorgang ist ein Elektrofahrzeug – oder besser gesagt, eine sich ständig verändernde, immer größere Anzahl von Elektrofahrzeugen, von denen jedes über eine eigene Softwareversion mit der Ladestation kommuniziert.

Zwar gibt es Softwareprotokolle für die Ladebranche, aber „die Einhaltung dieser Standards ist nicht perfekt, und die Standards selbst sind nicht perfekt“, sagte Tennyson.

Einige dieser Softwareprobleme sind die Wachstumsschmerzen, die jede junge High-Tech-Branche mit sich bringt, die die Probleme noch nicht gelöst hat. Dieses Problem wird jedoch durch die schiere Anzahl der beteiligten Systeme erschwert.

Eine zufriedenstellende Ladesitzung ist ein Orchester. Die Ladestation, der Netzbetreiber, das Fahrzeug und die Zahlungen arbeiten nahtlos zusammen. Aber heute ist das Orchester verstimmt.

Diese Disjunktionen verursachen Probleme, die für den Fahrer unerklärlich sind.

Beispielsweise kann die zu einem bestimmten Zeitpunkt während eines Ladevorgangs abgegebene Kilowattleistung – das ungefähre Äquivalent der aus einer Zapfsäule strömenden Benzinmenge – ohne Erklärung auf und ab schwanken. Dies ist häufig auf eine fehlerhafte Kommunikation zwischen der Elektronik der Station und der des Fahrzeugs zurückzuführen, da diese versuchen, die gleiche Softwaresprache zu sprechen, dies jedoch fehlschlägt.

All diese Übergaben erschweren es den Netzwerken auch, die Navigationsfähigkeiten von Tesla nachzuahmen. Tesla-Konkurrenten wie der Bolt von General Motors Co. oder der Lightning F-150 von Ford können Ihnen möglicherweise mitteilen, dass die nächste Station funktioniert und Platz hat – oder auch nicht. Software-Inkompatibilität macht die Sache ruckelig.

„Es ist schwierig, weil die Leute alle Teile bündeln und es keinen einzigen Verantwortlichen für den Prozess gibt“, sagte Ferro von EVSession.

Um die Zuverlässigkeit inmitten dieser Verwirrung zu verbessern, haben sich Industrie und Regierungen einer Messung von zweifelhaftem Wert zugewandt.

Diese Kennzahl ist die Betriebszeit. Auf Maschinen oder Systeme angewendet ist die Betriebszeit eine einfache Messung. Dabei handelt es sich um die Zeitspanne in einem bestimmten Zeitraum, in der eine Maschine in Betrieb ist, angegeben in Prozent.

Uptime ist eine Binärdatei. Entweder ist eine Maschine in Betrieb, oder sie ist ausgefallen. Eine Ladestation gilt als „betriebsbereit“, wenn ihr Betreiber sie anpingt und eine positive Antwort erhält. Diese enge Definition kann jedoch bei einer so komplexen Erfahrung wie dem Aufladen zusammenbrechen.

Die Betriebszeit „misst nicht, ob der Stecker defekt ist, ob es Probleme bei der Zahlungsabwicklung gibt oder ob der Parkplatz über einen ICE verfügt“, sagte Loren McDonald, ein unabhängiger Analyst für das Laden von Elektrofahrzeugen. ICE bezieht sich darauf, dass ein Parkplatz zum Aufladen von Elektrofahrzeugen von einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor belegt ist, ein weiterer Fluch für Elektroautofahrer.

Die Metrik versagt, fügte McDonald hinzu, weil sie die Schlüsselfrage nicht beantwortet: „Kann ich Gebühren erheben oder nicht?“

„Uptime erfasst das nicht“, sagte er.

Nichtsdestotrotz ist die Betriebszeit zur Grundlage geworden, auf der Bundes- und Landesregierungen ihre Leistung messen, während sie Milliarden öffentlicher Gelder ausgeben.

Beispielsweise verfügte die Biden-Regierung letztes Jahr, dass Ladestationen, die Bundesgelder aus dem parteiübergreifenden Infrastrukturgesetz erhalten, eine Betriebszeit von mehr als 97 Prozent erreichen müssen.

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Es ist nicht allein in diesem Zielbereich. Colorado, New York und Vermont haben einen Standard von 97 Prozent für die Finanzierung ihrer Ladegeräte eingeführt, während der Bundesstaat Maine einen niedrigeren Standard von 95 Prozent eingeführt hat. Einige Energieversorger, wie Louisville Gas & Electric in Kentucky und Consolidated Edison in New York, streben bis zu 99 Prozent an.

So eng es auch ist, der Bundesstandard ist zumindest ein Anfang. „Es ist wirklich hilfreich, diese bundesstaatlichen Leitlinien zur Verfügung zu haben“, sagte Jesse Way, Berater für saubere Verkehrspolitik bei Nescaum, einem gemeinnützigen Verband von Luftqualitätsbehörden im Nordosten.

Ob eine Betriebszeit von 97 Prozent streng ist oder nicht, hängt davon ab, wen Sie fragen.

Tennyson von Electrify America hält es für ziemlich streng, da es einer Ladestation wenig Spielraum für Fehler lässt. Eine Panne erfordert Reparaturen, die mehrere Tage in Anspruch nehmen können. In einem Jahr sagte er: „Man toleriert nicht mehr als zwei oder drei Misserfolge.“

Das Gegenteil wird von McDonald, dem EV-Analysten, argumentiert. Er weist darauf hin, dass 97 Prozent Betriebszeit drei Prozent Ausfallzeit bedeuten. Im Laufe eines Jahres entspricht das einer Ausfallzeit von 11 Tagen.

„Das ist eine wirklich niedrige Messlatte, wenn Sie mich fragen“, sagte er. „Könnten Sie sich vorstellen, dass Amazon Web Services“ – das Cloud-Produkt von Amazon.com Inc. für Unternehmen – „an 11 Tagen im Jahr ausfällt?“

Ein Grund dafür, dass die Biden-Administration möglicherweise die enge Lösung der Betriebszeit genutzt hat, um die weitreichenden Probleme der Zuverlässigkeit von Elektrofahrzeug-Ladegeräten zu lösen, ist, dass es keine anderen Optionen gibt.

„Die Betriebszeitberechnung berücksichtigt nicht alle Kategorien von Fehlern oder Ursachen, die dazu führen können, dass Ladegeräte möglicherweise kein zufriedenstellendes Kundenerlebnis bieten“, räumte die Federal Highway Administration in Leitlinien ein, die sie den Bundesstaaten Anfang des Jahres veröffentlichte.

Warum nicht besser machen? „Es liegen nicht genügend Daten vor“, sagte die FHWA.

Dieser Mangel an Daten sei eine entscheidende Lücke, sagen Experten. In den USA gibt es heute keine unabhängige Quelle für Ladedaten von Drittanbietern. Wenn ein Ladenetzwerk behauptet, eine Betriebszeit von 97 Prozent zu erreichen – und das tun viele –, gibt es keine Möglichkeit, diese Behauptung zu überprüfen.

Das ist ein Grund zur Sorge für Staaten, die damit betraut sind, Millionen von Dollar an Bundesgeldern für den Aufbau von Ladenetzen auszugeben. Die Behörden verlangen, dass sie eine Betriebszeit von 97 Prozent erreichen. Aber Teske von der Firma Chargeway wies darauf hin, dass Staaten, die die Unternehmen beim Aufbau dieser Netzwerke überprüfen, „die Verkäufer beim Wort nehmen“.

Es mag Lösungen geben, aber sie werden Zeit brauchen.

Im Rahmen des parteiübergreifenden Infrastrukturgesetzes erhielt die Biden-Regierung die Befugnis, Daten von den von ihr finanzierten Ladestationen zu sammeln. Die Staaten sind verpflichtet, in einem Jahr mit der Übermittlung von Daten zu beginnen. Diese Informationen werden, so die FHWA, zu einer „nationalen Datenbank- und Analyseplattform“ mit „einem öffentlich zugänglichen Dashboard“ werden.

In Kalifornien könnte eine große strukturelle Lösung in Arbeit sein.

Letztes Jahr verabschiedeten die kalifornischen Gesetzgeber einen Gesetzentwurf, der neue Aufzeichnungs- und Berichtsstandards für Ladestationen vorschreibt, die staatliche Gelder erhalten. Die Regeln, die von der California Energy Commission (CEC) ausgearbeitet werden sollen, sollen bis 2024 vorliegen. Sie könnten schließlich von den zahlreichen Staaten übernommen werden, die sich der kalifornischen Verkehrsemissionspolitik anschließen.

„Es ist sehr kompliziert, wir haben nicht alle Antworten“, sagte Patty Monahan, eine CEC-Kommissarin, auf einer Bloomberg New Energy Finance-Konferenz Anfang des Jahres. „Das ist eine riesige Untersuchung.“

In der Zwischenzeit werden sich die Zähneknirschen der Nutzer von Autobahn-Schnellladegeräten wohl nicht so schnell entspannen. Die nächste Welle der Einführung von Elektrofahrzeugen wird zum Teil weiterhin eine Geschichte träger Stecker und stirnrunzelnder Fahrer sein, die für alle sichtbar auf Instagram gepostet wird.

„Ich sehe, dass dies ein Problem für die nächsten fünf Jahre sein wird“, sagte Ferro, der Experte für das Laden von Elektrofahrzeugen. „Entweder wird Tesla das gesamte Ladenetz der USA übernehmen, oder alle anderen werden sich zusammenreißen, oder ein bisschen von beidem.“