Inzwischen wissen wir alle, dass die Zukunft des Straßenverkehrs – zumindest auf kurze Sicht – in Elektrofahrzeugen liegt. Laut Bloomberg NEF’s Electric Vehicle Outlook 2022 wird der Anteil der Plug-in-Fahrzeuge an den weltweiten Neuwagenverkäufen im Jahr 2025 voraussichtlich 23 % betragen, gegenüber knapp 10 % im Jahr 2021.

Trotz der zunehmenden Trends und der immer eindringlicheren Prognosen gibt es jedoch noch einige große Hürden, die überwunden werden müssen, bevor sich Elektrofahrzeuge vollständig durchsetzen und Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ersetzen können. Die wohl größte dieser Hürden ist die Streckenführung von Elektrofahrzeugen.

Auch wenn es auf den ersten Blick nicht so aussieht, wird man feststellen, dass die Streckenführung für Elektrofahrzeuge viel komplizierter ist als für herkömmliche Fahrzeuge, wenn man sich mit den Details beschäftigt. Es gibt eine Reihe komplexer dynamischer Faktoren und Mechanismen, die ins Spiel kommen und auf verschiedene Weise miteinander interagieren, um die Lebensdauer und die Leistung von E-Autos zu beeinflussen – und damit auch die Routenplanung. Werfen wir einen Blick auf einige davon.

1. Ladestationen

Im Zusammenhang mit Ladestationen für Elektrofahrzeuge gibt es eine Fülle von Überlegungen, die beachtet werden müssen. Am offensichtlichsten ist die Verteilung und Abdeckung – die schiere Anzahl der Ladestationen, ihre Standorte und ihre Erreichbarkeit für die Besitzer von Elektrofahrzeugen in einer bestimmten Region oder auf einer bestimmten Strecke.

Dann ist da noch die Frage der Kompatibilität der Ladegeräte, der Leistungsstufen und der Steckertypen. Für Elektroautos sind die meisten Ladegeräte der Stufen 1 (120 V) und 2 (240 V) mit einem Industriestandardstecker ausgestattet, der austauschbar ist – allerdings nicht alle. Bei Level-3-Ladegeräten oder DC-Schnellladegeräten kann die Kompatibilität zu einem größeren Problem werden, da es derzeit keinen Industriestandard gibt. Es ist auch erwähnenswert, dass es Unterschiede zwischen den Regionen gibt; in Nordamerika beispielsweise ist die Stromversorgung in der Regel einphasig oder zweiphasig, während in Europa dreiphasiger Strom viel üblicher ist.

Ein oft übersehenes Detail bei Ladestationen für Elektrofahrzeuge in Routing-Algorithmen ist die Verfügbarkeit verschiedener Bezahlmethoden. Kontaktlose Zahlungen, Debit- oder Kreditkarten, mobile Apps, Websites, registrierte RFID-Karten… die Möglichkeiten sind vielfältig, und die Kunden bevorzugen möglicherweise eine davon. Eine benutzerorientierte Routing-Software sollte dem Fahrer daher diesen zusätzlichen Filter für Ladestationen zur Verfügung stellen. Die Software sollte auch regelmäßig über den Betriebsstatus der Ladestationen informiert werden. Denn das Letzte, was man will, ist, mitten auf der Fahrt an einer nicht funktionierenden Ladestation festzusitzen und nichts anderes in Reichweite zu haben.

All dies trägt dazu bei, wann, wo und wie lange Sie Ihr Elektroauto während Ihrer Reise aufladen müssen. Und das ist noch nicht alles! Wir haben noch nicht einmal an der Oberfläche gekratzt, wie die Ladegeschwindigkeit in die Routing-Entscheidungen einfließt oder wie bestimmte Routing-Software bestimmte Partner-Ladestellen auf Kosten des Benutzerkomforts fördern kann. EV-Routing ist ein komplexes Problem, und es macht nur Sinn, dass die Ladestationen im Zentrum des Ganzen stehen.

2. Fahrzeug- und Fahreigenschaften

Es wird Sie nicht überraschen, dass die Eigenschaften des E-Fahrzeugs selbst und die Art, wie es gefahren wird, große Auswirkungen auf die Lebensdauer der Batterie und die Reichweite und damit auf die Routenplanung haben können.

Das Gewicht des Fahrzeugs und damit auch die Anzahl der Passagiere und des Gepäcks sind wichtige Faktoren für die Routenplanung. Jedes zusätzliche Gewicht ist eine zusätzliche Last, die mitgeführt werden muss, und das belastet die Batterie stärker. Auch die Fahrgeschwindigkeit, die Beschleunigung, die Qualität der Reifen, die Klimaanlage und die Verkehrsbedingungen spielen eine Rolle für den Batterieverbrauch. Einige Fahrzeuge sind mit Batteriesparmodi und Sportmodi ausgestattet, die die Berechnungen noch komplizierter machen.

Wie Sie sehen, sind die Variablen zahlreich. Und natürlich sind diese Parameter dynamisch – die meisten von ihnen ändern sich ständig von einer Fahrt zur nächsten oder sogar innerhalb einer einzigen Fahrt. Ein umfassendes Verständnis dieser Parameter kann in Verbindung mit Informationen über die Straßeneigenschaften (siehe unten), die aus Kartendaten gewonnen werden, verwendet werden, um eine einigermaßen genaue Schätzung des Batterieverbrauchs und der Reichweite zu erhalten.

3. Straßeneigenschaften

Die Art der Straße, auf der Sie fahren, hat eine Reihe von Auswirkungen auf den Batterieverbrauch. Qualitativ hochwertigere Kartendaten ermöglichen genauere Vorhersagen über die Reichweite und den Batterieverbrauch des Fahrzeugs.

Wie Sie sich vielleicht vorstellen können, wird für die Überwindung von Steigungen mehr Batterieleistung benötigt als für die Überwindung von Gefällestrecken; je steiler die Steigung, desto mehr Leistung wird benötigt. Interessanterweise können einige E-Fahrzeuge beim Bergabfahren Energie gewinnen und diese Energie bis zu einem gewissen Grad zum Aufladen der Batterie nutzen. In diesen Fällen muss die Routing-Software die Effizienz des Fahrzeugs beim Bergabfahren sowie die Steigung des Gefälles kennen, um die Energierückgewinnung zu berücksichtigen und entsprechend genaue Reichweitenangaben zu machen.

Verschiedene Straßenmerkmale wie scharfe Kurven, Kreuzungen, Ampeln und Bodenschwellen, die zu Änderungen der Geschwindigkeit und Beschleunigung führen, müssen ebenfalls berücksichtigt werden, da sie mit dem Verbrauchsverhalten zusammenhängen. Auch die Beschaffenheit der Straßenoberfläche und die Reibung spielen eine gewisse Rolle. Daten über Geschwindigkeitsprofile, aktuelle und historische Verkehrsströme usw. können genutzt werden, um die Genauigkeit der Reichweitenvorhersage weiter zu verbessern.

4. Batterieeigenschaften

Die Leistung von Elektroauto-Batterien kann durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst werden, von Alter, Kapazität und Temperatur der Batterie bis hin zu Innenwiderstand, chemischer Zusammensetzung und Ladezustand. Alle diese Faktoren haben ihre eigenen Auswirkungen darauf, wie die Batterie Ladung erhält, speichert und entlädt, und müssen in einem genauen EV-Routing-System berücksichtigt werden.

Beim Aufladen von Elektroauto-Batterien ist die Leistung in der Regel am höchsten, wenn die Batterie nicht geladen ist, und sie nimmt allmählich ab, wenn sich die Batterie füllt. Das bedeutet, dass der Batteriestand in der Anfangsphase des Ladevorgangs in der Regel recht schnell ansteigt und sich der Ladevorgang im weiteren Verlauf verlangsamt.

Dadurch wird die optimale Routenplanung für eine Langstreckenfahrt noch komplexer. Infolge der unterschiedlichen Ladeleistung sind die Permutationen und Kombinationen machbarer Ladestrategien und -sequenzen auf einer gut vernetzten Strecke nahezu unendlich.

5. Wetter

EV-Batterien halten extremen Witterungsbedingungen nicht lange stand, weder bei Hitze noch bei Kälte. In besonders kalten Umgebungen muss das Fahrzeug eine Reihe von Hilfssystemen, wie z. B. die Kabinenheizung, betreiben, die sonst nicht notwendig wären. Nach Untersuchungen der AAA kann allein die Verwendung der Klimaanlage für die Innenraumheizung die Reichweite eines Elektroautos um bis zu 41 % verringern. Je nach chemischer Zusammensetzung kann die Kälte den Innenwiderstand der Batterie in unterschiedlichem Maße beeinflussen und so ihre Leistung beeinträchtigen. Extreme Kälte kann auch die maximale Batteriekapazität dauerhaft verringern und, was noch schlimmer ist, die Batterie kaputt, unbrauchbar und irreparabel machen.

Hohe Temperaturen können für EV-Batterien genauso schlimm sein, wenn nicht sogar schlimmer. Je nach chemischer Zusammensetzung der Batterie kann die Hitze die Leistung in unterschiedlichem Maße beeinträchtigen. Besonders gefährlich ist, dass extreme Hitze sogar unerwünschte chemische Reaktionen innerhalb der Batterie auslösen kann, die Gase erzeugen, die sich ansammeln und schließlich die Struktur der Batterie bis zum Ausfall verunstalten. In den katastrophalsten Fällen kann dies zu Explosionen führen.

Abgesehen von den extremen Fällen, in denen Batterien komplett ausfallen, sollte die Software für die Routenplanung von Elektrofahrzeugen idealerweise in der Lage sein, die Auswirkungen der aktuellen und historischen Umgebungstemperaturen auf die Reichweite und die Lebensdauer der Batterie zu berücksichtigen.

Auf den ersten Blick mag die Routenplanung für Elektrofahrzeuge dem Laien nicht viel anders erscheinen als die Routenplanung für herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren – sie ist wahrscheinlich weitgehend identisch, mit der einzigen zusätzlichen Komplikation, zu berechnen, welche Ladestationen wie lange angefahren werden sollen.

Dies ist zwar in gewisser Weise richtig, aber stark vereinfacht, und nur wenige sind sich der wahren Komplexität und Kompliziertheit der Routenplanung für Elektrofahrzeuge bewusst. Die Liste der Faktoren, die in diesem Artikel behandelt werden, ist bei weitem nicht erschöpfend; sie sollte jedoch als guter Ausgangspunkt dienen, um zu verstehen, wie nuanciert das Problem des Routings von Elektrofahrzeugen ist.