AC oder DC?
Akkumulatoren funktionieren mit Gleichstrom, abgekürzt DC von
direct current. Im Stromnetz hingegen wird Wechselstrom, kurz AC von
alternating current,
verwendet, weil dieser einfacher in verschiedene Spannungen
transformiert (und so über weite Strecken transportiert) werden kann.
Um einen Akkumulator am Stromnetz aufladen zu können, muss also
Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt und zugleich die Spannung so
hoch- oder heruntertransformiert werden, dass sie der aktuell benötigten
Ladespannung des Akkus entspricht. Diese Aufgabe übernimmt das
sogenannte
Ladegerät, welches auch kurz als
Lader
bezeichnet wird. Je höher die Ladeleistung sein soll, desto größer und
schwerer ist ein solches Ladegerät. Daher ist ein Elektroauto-Ladegerät
kein portables Teil, das man in der Gegend herumtragen kann (wie
beispielsweise bei einem e-Bike), sondern es gibt im Grunde nur zwei
Möglichkeiten, es unterzubringen: Entweder man installiert es fest im
Auto, oder man baut es in die Ladeinfrastruktur ein. Je nachdem spricht
man von Wechselstromladung oder Gleichstromladung.
Wechselstromladung (Normalladung)
Ist das Ladegerät im Auto untergebracht, dann spricht man von
AC-Ladung, da der Wechselstrom aus dem Netz direkt ins Auto fließt und
erst dort vom Ladegerät in Gleichstrom für den Akku umgewandelt wird.
Wenn es um die Frage nach dem Ladestecker geht, könnte man nun auf
die Idee kommen, zu diesem Zweck einfach die bereits seit Jahrzehnten
gebräuchlichen und weit verbreiteten Steckertypen zu verwenden, die zum
Anschluss aller möglicher Elektrogeräte an das Stromnetz verwendet
werden. Hier stünden beispielsweise zur Auswahl der normale
Haushaltsstecker (
→ Schuko),
der blaue CEE-„Campingstecker“ sowie der rote CEE-„Drehstromstecker“,
den es in verschiedenen Größen für verschiedene Stromstärken gibt (
→ CEE).
Nun gibt es aber ein Problem: Die Ladeleistung des Elektroautos muss –
je nach Bedarf – variabel sein! Während ich z.B. auf längeren Strecken
möglichst schnell laden möchte, will ich bei einer Ladung zu Hause über
Nacht nur so schnell wie nötig laden, sodass der Akku am nächsten Morgen
wieder voll ist. Würde man hierfür auf die etablierten Steckersysteme
zurückgreifen, müsste der Nutzer also jede Menge Adapter mitführen, um
mit verschiedenen Leistungen laden zu können und müsste im Auto jedesmal
die gewünschte Ladeleistung einstellen. Das wäre äußerst kompliziert,
unsicher und für den normalen Anwender nicht praktikabel – daher musste
ein neues Steckersystem her, welches folgende Anforderungen erfüllen
musste:
- Die Infrastrukturseite muss mit dem Auto kommunizieren können, um
diesem mitzuteilen, welche Leistung das Ladegerät aus dem Netz ziehen
darf.
- Alle Stecker und Buchsen sollen im nicht-angeschlossenen Zustand
spannungsfrei und damit absolut berührungssicher sein. Erst wenn ein
Auto angeschlossen ist (und dies muss sicher erkannt werden), soll
infrastrukturseitig die Stromzufuhr zum Ladegerät im Auto eingeschaltet
werden.
- Die Stecker sollen verriegelbar sein, damit niemand unbefugt den Ladevorgang durch Abstecken unterbrechen kann.
- Die Ladekabel und Steckverbindungen müssen robust,
spritzwassergeschützt und witterungsbeständig sein, damit man auch bei
Regen oder Schneefall das Auto laden kann.
Eine Wechselstrom-Lademöglichkeit besteht also im einfachsten
Fall lediglich aus einer simplen Elektronik, welche dem angeschlossenen
Auto die maximal mögliche Ladeleistung mitteilt, sowie einem
elektromechanischen Schaltkontakt (Relais oder Schütz), der – sobald das
Auto zum Laden bereit ist – die Stromzufuhr einschaltet. Der große
Vorteil der Wechselstromladung liegt also darin, dass die
Ladeinfrastruktur sehr einfach und günstig aufgebaut werden kann. Eine
einfache AC-Ladestation ist schon ab 500 € erhältlich und kann
beispielsweise als sogenannte
Wallbox in der eigenen Garage an die Wand geschraubt werden.
Ein entscheidender Nachteil der Wechselstromladung ist allerdings,
dass die Autos ständig große, schwere Ladegeräte mit sich herumtragen
müssen. Daher sind auch die möglichen Ladeleistungen der
Wechselstromladung relativ begrenzt (dazu später mehr...).
Typ1
Der Stecker
IEC 62196 Typ1 (auch
Type1) wurde 2009 entwickelt und basiert auf dem im Jahr 2001 in den USA verabschiedeten Standard
SAE-J1772.
Da es in den USA im Gegensatz zu uns nur ein einphasiges Stromnetz
gibt, ist der Stecker für einphasigen Wechselstrom von 6 bis 32A
ausgelegt und erlaubt damit Ladeleistungen
bis 7,4 kW.
Er besitzt zwei stromführende Kontakte (Phase L + Neutralleiter N),
einen Schutzleiter (PE) sowie die zwei kleineren Signalkontakte CP (
Control Pilot) und PP (
Plug Present).
Über den CP-Pin erfolgt die Kommunikation zwischen Ladepunkt und
Elektrofahrzeug und über den PP-Pin kann das E-Auto erkennen, ob der
Stecker gezogen wird und den Ladevorgang sofort abbrechen, um ein
spannungs- und leistungsfreies Trennen des Steckers zu gewährleisten.
Zur
Verriegelung des Steckers befindet sich an der Oberseite eine Klinke,
die beim Einstecken einrastet und durch einen Druckhebel wieder gelöst
werden kann.
Typ2
Der Stecker
IEC 62196 Typ2 (auch
Type2) wurde vom
deutschen Stecksystemhersteller Mennekes entwickelt und ist für
dreiphasigen Wechselstrom bis 63A, also Ladeleistungen
bis 43kW,
ausgelegt. Er besitzt vier stromführende Kontakte (Drei Phasen L1, L2,
L3 + Neutralleiter N), einen Schutzleiter (PE) sowie die zwei kleineren
Signalkontakte CP (
Control Pilot) und PP (
Proximity Pilot).
Natürlich
können auch einphasige Ladevorgänge über den Typ2-Stecker durchgeführt
werden, in diesem Fall werden einfach die Kontaktpins L2 und L3 nicht
verwendet.
Wie bei Typ1 erfolgt über den CP-Pin die Kommunikation zwischen
Ladepunkt und Elektrofahrzeug, und zwar exakt nach dem selben Protokoll!
Daher kann zwischen Typ1- und Typ2-Steckern problemlos adaptiert
werden.
Über den PP-Pin können Ladepunkt und/oder Elektrofahrzeug
die Belastbarkeit des Ladekabels erkennen. Wer mehr über das
Kommunikationsprotokoll erfahren will, findet dazu einen entsprechenden
Wiki-Artikel.
Zusätzlich verfügt das Typ2-Steckersystem über eine
elektromechanische Verriegelung, die sicherstellt, dass im belasteten
Zustand der Stecker nicht aus der Buchse gezogen werden kann. Nach
Beenden des Ladevorgangs durch den Nutzer wird der Stecker automatisch
wieder entriegelt.
2013 legte die EU den Typ2-Stecker als Standard für die
Wechselstromladung fest. Seit 2017 ist er verbindlich für
Normalladepunkte vorgeschrieben.
| Extra-Wissen: In Frankreich gibt es noch Typ3... |
| In vielen europäischen Ländern wird für
Steckdosen ein mechanischer Berührungsschutz vorgeschrieben, der den
direkten Kontakt mit stromführenden Kontakten verhindern soll
(„Kindersicherung“). Beim Typ2-Stecker sind die Kontakte zwar im
nicht-eingesteckten Zustand spannungsfrei, aber nicht berührungssicher,
und das reichte den französischen Behörden nicht. Französische und
italienische Firmen hatten als weiteren Ladestecker den Typ3 entwickelt,
welcher Leistungen bis 22kW(3 × 32 A) unterstützt und mit sogenannten
Shuttern ausgestattet ist, sodass die Kontakte nicht berührt werden
können. Frankreich legte sich daher auf diesen Steckertyp fest. Bis
heute existieren in Frankreich zahlreiche Ladepunkte mit Typ3-Standard.
Später wurde aber auch dort der Typ2-Stecker für Ladepunkte anerkannt,
sodass Typ3 nun immer mehr an Bedeutung verliert. Wer trotzdem im
Frankreich-Urlaub an Typ3-Ladesäulen laden will, kann sich ein
entsprechendes Adapterkabel kaufen (oder leihen!), denn das
Kommunikationsprotokoll ist das gleiche wie bei Typ1 und Typ2. |
Wie sieht es in der Praxis aus?
Fahrzeugseitig:
Alle heute erhältlichen
Elektrofahrzeuge sind wechselstromladefähig, haben also ein
entsprechendes Ladegerät integriert. Allerdings ist die maximal mögliche
Ladeleistung dieses Ladegeräts von Modell zu Modell unterschiedlich
(dazu später mehr).
Die Fahrzeuge besitzen für die AC-Ladung entweder eine
Typ1-Buchse (z.B. Kia Soul EV) oder eine
Typ2-Buchse (z.B. BMW i3).
Ladepunktseitig:
Nahezu alle öffentlichen Wechselstrom-Ladesäulen verwenden heute das Steckersystem Typ2.
Konkret gibt es folgende Möglichkeiten:
- Die allermeisten AC-Ladesäulen besitzen eine Typ2-Dose.
Um hier laden zu können, benötigen Fahrzeuge mit Typ2-Buchse ein
Ladekabel Typ2 auf Typ2. Auch Fahrzeuge mit Typ1-Buchse können hier
laden, sie benötigen dafür ein Ladekabel Typ1 auf Typ2. Das benötigte
Ladekabel wird beim Autokauf serienmäßig oder optional mitgeliefert.
Ideal ist hier eine Länge von 5 bis 10 Metern. Dieses Kabel sollte man
unbedingt immer dabeihaben.
- Einige AC-Ladesäulen besitzen ein fest angebrachtes Kabel mit Typ2-Stecker,
den man direkt in die Buchse am Auto stecken kann (quasi wie beim
Tanken fossilen Kraftstoffs). Hier können dementsprechend nur Fahrzeuge
mit Typ2-Buchse laden, Fahrzeuge mit Typ1-Buchse hingegen nicht (bzw.
nur mit unerlaubtem Adapter 😉).
- Bei AC-Ladestationen für Zuhause gibt es auch die Möglichkeit eines fest angebrachten Typ1-Kabels, falls man ein Fahrzeug mit Typ1-Buchse besitzt und nicht jedesmal das Ladekabel aus dem Kofferraum holen möchte.
Ladekabel Typ2 auf Typ2
Ladekabel Typ1 auf Typ2
Ladeleistungen im Vergleich
Ladeinfrastrukturseitig wird bei der AC-Ladung in der Regel zwischen
den folgenden fünf möglichen Anschlussleistungen unterschieden (diese
sind auch so im GoingElectric
Stromtankstellenverzeichnis hinterlegt):
- 16 A einphasig: 1 ⋅ 16 A ⋅ 230 V ≈ 3,7 kW (teilweise auch mit 3,6 kW beziffert)
- 32 A einphasig: 1 ⋅ 32 A ⋅ 230 V ≈ 7,4 kW (teilweise auch mit 7,2 oder 7,3 kW beziffert, in DE zu Hause wegen Schieflast nicht erlaubt!)
- 16 A dreiphasig: 3 ⋅ 16 A ⋅ 230 V ≈ 11 kW
- 32 A dreiphasig: 3 ⋅ 32 A ⋅ 230 V ≈ 22 kW (größte Verbreitung hierzulande)
- 63 A dreiphasig: 3 ⋅ 63 A ⋅ 230 V ≈ 43 kW (hier ist an der Ladesäule grundsätzlich immer ein Ladekabel fest angeschlagen!)
Allerdings kann nicht jedes Fahrzeug an jedem AC-Ladepunkt die
volle verfügbare Anschlussleistung nutzen, denn die Ladeleistung ist
natürlich abhängig vom im Fahrzeug verbauten Ladegerät. Zu beachten ist
hierbei, dass manche Modelle nur einphasige oder zweiphasige Ladegeräte
besitzen. In der folgenden Tabelle sind die möglichen AC-Ladeleistungen
aller in Europa erhältlichen rein elektrischen Fahrzeuge
zusammengestellt (alle Angaben ohne Gewähr!). Zu
Plug-in-Hybridfahrzeugen sind die AC-Ladeleistungen auf einer eigenen
Seite zu finden:
Plug-in-Hybride: Übersicht und technische Daten.
| Hersteller |
Modell |
AC-
Lade-
buchse |
max. Ladeleistung
rot: Dreiphasenlader
hellrot: Zweiphasenlader
|
| Audi |
e-tron |
Typ2 |
11 kW (3 × 16 A) |
| BMW |
i3 60Ah (serienmäßig) |
Typ2 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| i3 60Ah (optional) |
Typ2 |
7,4 kW (1 × 32 A) |
| i3 94Ah (serienmäßig) |
Typ2 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| i3 94Ah (optional) |
Typ2 |
11 kW (3 × 16 A)
einphasig 7,4 kW (1 × 32 A)
|
| i3 120Ah |
Typ2 |
11 kW (3 × 16 A)
einphasig 7,4 kW (1 × 32 A)
|
| Citroën |
Berlingo Electric |
Typ1 |
3,2 kW (1 × 14 A) |
| C-Zero |
Typ1 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| e-Méhari |
Typ2 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| Hyundai |
Ioniq Elektro |
Typ2 |
6,6 kW (1 × 28,5 A) |
| Kona Elektro |
Typ2 |
7,4 kW (1 × 32 A) |
| Jaguar |
I-Pace |
Typ2 |
7 kW (1 × 30,5 A) |
| Kia |
e-Niro |
Typ2 |
7,4 kW (1 × 32 A) |
| e-Soul |
Typ2 |
7,4 kW (1 × 32 A) |
| Soul EV (bis Anfang 2019) |
Typ1 |
6,6 kW (1 × 28,5 A) |
Mercedes‑Benz
|
B-Klasse electric drive |
Typ2 |
11 kW (3 × 16 A) |
| EQC |
Typ2 |
7,4 kW (1 × 32 A) |
| Mitsubishi |
Electric Vehicle / i-MiEV |
Typ1 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| Nissan |
e-NV200 (serienmäßig) |
Typ1 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| e-NV200 (optional) |
Typ1 |
6,6 kW (1 × 28,5 A) |
| Leaf (ZE1, serienmäßig) |
Typ2 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| Leaf (ZE1, optional) |
Typ2 |
6,6 kW (1 × 28,5 A) |
| Leaf (vor 2018, serienmäßig) |
Typ1 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| Leaf (vor 2018, optional) |
Typ1 |
6,6 kW (1 × 28,5 A) |
| Opel |
Ampera-e |
Typ2 |
7,4 kW (1 × 32 A) |
| Peugeot |
iOn |
Typ1 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| Partner Electric |
Typ1 |
3,2 kW (1 × 14 A) |
| Renault |
Kangoo Z.E. 33 |
Typ2 |
4,6 kW (1 × 20 A) |
| Kangoo Z.E. (vor Mitte 2017) |
Typ2 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| ZOE Q210, ZOE Q90 |
Typ2 |
43 kW (3 × 63 A)
einphasig 7,4 kW (1 × 32 A)
|
| ZOE R240, ZOE R90 |
Typ2 |
22 kW (3 × 32 A) |
| Smart |
EQ forfour / forfour electric drive (serienmäßig) |
Typ2 |
4,6 kW (1 × 20 A) |
| EQ forfour / forfour electric drive (optional) |
Typ2 |
22 kW (3 × 32 A) |
| EQ fortwo / fortwo electric drive (serienmäßig) |
Typ2 |
4,6 kW (1 × 20 A) |
| EQ fortwo / fortwo electric drive (optional) |
Typ2 |
22 kW (3 × 32 A) |
| Streetscooter |
Work / Work L |
Typ2 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| Tesla |
Model 3 |
Typ2 |
11 kW (3 × 16 A) |
| Model S |
Typ2 |
16,5 kW (3 × 24 A) |
| Model X |
Typ2 |
16,5 kW (3 × 24 A) |
| VW |
e-Golf (ab 2017) |
Typ2 |
7,4 kW (2 × 16 A)
einphasig 7,4 kW (1 × 32 A)
|
| e-Golf (bis 2017) |
Typ2 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
| e-up! |
Typ2 |
3,7 kW (1 × 16 A) |
Die Ladeleistung an Wechselstrom-Ladesäulen hängt also sowohl von der
Anschlussleistung der Säule als auch vom Fahrzeugmodell ab. Zur
Verdeutlichung ein paar Beispiele:
- Eine Renault ZOE lädt an einer 11-kW-Ladesäule. → Die Ladeleistung beträgt 11kW.
- Ein Nissan Leaf mit 6,6-kW-Lader lädt an einer 11-kW-Ladesäule. →
Die Ladeleistung beträgt 3,7kW, da er nur eine der drei Phasen nutzen
kann.
- Ein VW e-up! lädt an einer 22-kW-Ladesäule. → Die Ladeleistung beträgt 3,7kW.
Wichtig ist: Man muss nichts beachten und kann nichts
kaputtmachen, egal an welchen Typ2-Ladesäulen man lädt! Das Ladegerät im
Fahrzeug nimmt sich immer nur so viel, wie die Säule ihm erlaubt und
kann auch nicht durch eine „zu hohe Anschlussleistung“ eines Ladepunktes
überlastet werden. In dieser Hinsicht ist der Typ2-Standard also
„idiotensicher“ 😉.
| Extra-Wissen: Renault ZOE, die Meisterin der Wechselstromladung |
Die Renault ZOE verwendet für die
Wechselstromladung eine patentierte Technik: Sie verfügt nicht über ein
separates Ladegerät, sondern nutzt für diesen Zweck Komponenten des
Antriebs, nämlich die Motorwicklungen und den Motor-Frequenzumrichter.
Das spart Platz und Gewicht und ermöglicht ihr, dreiphasigen
Wechselstrom mit bis zu 43kW zu laden. Die neuen ZOE-Modelle R240 bzw.
R90 verfügen allerdings nur noch über eine Ladeleistung von 22kW.
Neben der Renault ZOE ist das chinesische Elektroauto BYDe6 als
einziges in der Lage, mit 43kW Wechselstrom zu laden, doch dieses ist in
Europa nur für Flottenkunden erhältlich. |
| Extra-Wissen: Ladekabel |
Wenn man es genau nimmt, hängt die
Ladeleistung nicht nur vom Ladepunkt und vom fahrzeugseitigen Ladegerät
ab: Auch durch das verwendete Ladekabel kann die Ladeleistung begrenzt
sein! Ladekabel Typ1 auf Typ2 oder Typ2 auf Typ2 verfügen nämlich über
eine Kodierung im Typ2-Stecker. Diese gibt an, wie stark das Kabel und
die Steckkontakte belastet werden können, also welche Stromstärke
maximal hindurchfließen darf. Ladestation und Fahrzeug können die
Kodierung auslesen und müssen ggf. die Ladeleistung entsprechend
reduzieren. Zusätzlich gibt es Ladekabel, die nur einphasig ausgeführt
sind und somit keine mehrphasige Ladung ermöglichen.
Das beim Fahrzeugkauf mitgelieferte Ladekabel ist in der Regel auf
die Ladeleistung des Fahrzeugs abgestimmt, sodass man nichts beachten
muss (Ausnahme: Hyundai Ioniq!).
Will man aber ein neues/anderes Ladekabel kaufen, sollte man darauf
achten, dass man dadurch nicht die Ladeleistung des Fahrzeugs
einschränkt. Falls man beim Ladekabel-Kauf auch für zukünftige Fahrzeuge
in jedem Fall gerüstet sein will, sollte man ein 22kW Ladekabel wählen
(32A dreiphasig). Stärker belastbare Ladekabel gibt es nicht, da laut
Norm an Typ2-Ladepunkten mit höherer Anschlussleistung immer ein Kabel
mit Stecker fest angebracht sein muss. |
Ladung an Haushaltssteckdosen, CEE-Steckdosen etc.
Alles schön und gut, aber kann ich nun mit Typ1 oder Typ2 auch an den
verbreiteten Wechselstrom-Steckersystemen laden, z.B. an einer
Schukosteckdose, einer Campingsteckdose (CEE16 blau) oder an roten
Industrie-Drehstromsteckdosen (CEE16 rot, CEE32 rot etc.)?
– Ja! Allerdings muss hierzu eine Kontrollelektronik
zwischengeschaltet werden, die dem Auto mitteilt, welche Stromstärke der
entsprechende Stromanschluss zur Verfügung stellt, und bei
Ladebereitschaft die Stromzufuhr zum Auto „durchschaltet“. Eine solche
Elektronik kann entweder in einem
ICCB (In-Cable Control Box) oder in einer
mobilen Ladebox
untergebracht sein. Je nach Modell sind zudem verschiedene
Schutzfunktionen (z.B. Fehlerstromschutz, Schutzleitererkennung)
integriert. Eine Übersicht über erhältliche Produkte findet man in
unserem Wiki-Artikel
Übersicht: AC - mobile Ladeboxen und ICCB Ladelösungen für Typ1+2.
Wichtig: Bei einem ICCB oder einer mobilen Ladebox handelt es sich
nicht um ein Ladegerät, denn dieses ist ja bereits im Auto untergebracht!
Ein ICCB-Ladekabel zur Ladung an Schukosteckdosen
Eine mobile Ladebox zur Ladung an roten CEE-Drehstromsteckdosen
| Extra-Wissen: „Notladekabel“ |
Bei vielen Elektrofahrzeugen wird
standardmäßig ein ICCB-Ladekabel zur Ladung an Schukosteckdosen
mitgeliefert (siehe linkes Foto).
Zwar sind Schukosteckdosen-Stromkreise in der Regel mit 16A
abgesichert, was eine Anschlussleistung von bis zu 3,7kW erlauben würde.
Bei hochwertigen und korrekt installierten Steckdosen kann diese
Leistung auch abgerufen werden, jedoch möglichst nur über einen kurzen
Zeitraum, ansonsten besteht Überhitzungs- und damit Brandgefahr.
Daher
bieten Schuko-ICCB-Ladekabel in der Regel nur eine Ladeleistung von um
die 2kW (meist 8 oder 10A). Damit ist der Ladevorgang sicher, dauert
aber (je nach Akkukapazität) sehr lange, weshalb solche Kabel oft als
„Notladekabel“ bezeichnet werden. Nichtsdestotrotz eignen sich solche
ICCB-Ladekabel auch optimal für eine tägliche langsame Ladung über
Nacht.
Weitere Infos zur Dauerbelastbarkeit von Schuko-Steckdosen gibt es im entsprechenden Wiki-Artikel. |
Gleichstromladung (Schnellladung)
Ab einer gewissen Ladeleistung macht es keinen Sinn mehr, das
Ladegerät im Auto zu installieren, da es zu groß und schwer wäre. Man
installiert es also in der Ladeinfrastruktur und spricht von DC-Ladung,
weil die Ladestation den Wechselstrom aus dem Netz bereits in
Gleichstrom umwandelt und in die richtige Spannung für den Fahrzeugakku
umformt. Der Gleichstrom fließt dann über das Ladekabel direkt in den
Akku.
Bei der Gleichstromladung ist die Kommunikation zwischen Ladestation
und Fahrzeug deutlich anspruchsvoller als bei der Wechselstromladung, da
die Ladesäule genau wissen muss, wie der Akku aufgebaut ist, wie voll
er ist und welche Spannungen und Stromstärken er benötigt. Hierzu muss
sie ständig Informationen mit dem Batteriemanagementsystem (im Auto)
austauschen.
Natürlich ist eine Gleichstromladesäule deutlich massiver, größer und
teurer als eine Wechselstromladesäule (so ein Teil kostet in der Regel
über 10.000€), was zur Folge hat, dass es deutlich weniger von ihnen
gibt und der Strom dort häufig etwas mehr kostet.
In erster Linie eignet sich die Gleichstromladung daher für lange
Strecken (z.B. Urlaub), bei denen man den Akku so schnell wie möglich
füllen möchte. Deshalb findet man DC-Schnellladesäulen vor allem auf
Autobahn-Raststätten. Aber auch an Supermärkten und anderen Orten, wo
man sich nur kurz aufhält, machen Gleichstromladepunkte Sinn, da man
während der Standzeit möglichst viel Energie nachladen möchte.
Bei allen DC-Ladesystemen ist das Ladekabel fest an der Ladesäule
angebracht und kann direkt in die entsprechende Buchse am Auto gesteckt
werden. Die Kabel und Stecker wären nämlich viel zu unhandlich, um sie
wie bei den AC-Ladekabeln ständig im Auto mitzunehmen.
Des Weiteren
sind bei allen DC-Steckersystemen automatische Verriegelungen vorhanden,
sodass die Stecker nicht unbefugt während des Ladevorgangs abgezogen
werden können.
CHAdeMO
Der Schnellladestandard CHAdeMO wurde von den japanischen Unternehmen
Fuji (Subaru), Mitsubishi, Nissan und Tepco entwickelt und 2010
vorgestellt.
„CHAdeMO“ steht für CHArge de MOve, leitet sich aber gleichzeitig ab vom japanischen Satz
Ocha demo ikaga desuka – „Wie wär´s mit einer Tasse Tee?“
Die Idee ist, während einer Tasse Tee das Auto wieder vollladen zu können.
CHAdeMO ist kompatibel mit Akkuspannungen von 300 bis 500Volt und Ladeströmen bis 350A, was einer Ladeleistung von
bis zu 150kW
entspricht. Langfristig sind sogar Ladeleistungen bis 400kW angedacht.
Als Kommunikationsschnittstelle findet ein Zweidraht-CAN-Bus mit
zusätzlichen separaten Signalleitungen Verwendung.
Unten: CHAdeMO- und Typ1-Buchse eines Nissan Leaf (1. Generation vor 2018)
Der CHAdeMO-Standard wird vor allem von asiatischen Herstellern
genutzt und wurde mit deren Fahrzeugen nach Europa importiert, sodass
auch hierzulande eine große Anzahl von CHAdeMO-Ladestationen aufgestellt
wurden. Die meisten von ihnen liefern derzeit eine Leistung von 50kW,
einige auch nur 20kW.
Alle Fahrzeuge mit CHAdeMO-Gleichstromladung besitzen zusätzlich eine
Typ1- oder Typ2-Buchse für die einphasige Wechselstromladung (siehe
Foto rechts).
| Extra-Wissen: Bidirektionales Laden |
| Interessanterweise ist der
CHAdeMO-Standard bereits für bidirektionales Laden spezifiziert, d.h.
über den Stecker kann auch – eine entsprechende Ladestation
vorausgesetzt – Strom aus dem Fahrzeugakku zurück ins Netz eingespeist
werden. So können Elektroautos z.B. Photovoltaik-Strom zwischenspeichern
oder zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen (→ Vehicle to Grid). |
Tesla Supercharger
Für seine Oberklasse-Limousine
Model S, die 2009 vorgestellt
und ab 2012 ausgeliefert wurde, konzipierte der kalifornische
Elektroauto-Hersteller Tesla ein Schnellladesystem mit Leistungen
bis zu 135kW.
Da es zur Zeit der Entwicklung des Systems noch keinen genormten
Standard für solche Ladeleistungen gab, verwendete Tesla „notgedrungen“
für die europäischen Supercharger einen modifizierten Typ2-Stecker.
Hierzu wurden die vier Wechselstrom-Kontakte für Gleichstrom
umfunktioniert und ein eigenes Protokoll für die Kommunikation zwischen
Ladestation und Fahrzeug erschaffen.
Der Vorteil ist der, dass die Elektrofahrzeuge von Tesla nur eine
Typ2-Buchse benötigen, über die sie sowohl an normalen Typ2-Ladepunkten
mit Wechselstrom als auch an den Tesla Superchargern mit Gleichstrom
laden können. Eine Trennung des AC- und DC-Weges findet über
elektronische Umschalter im Fahrzeug statt.
Seit 2012 hat Tesla weltweit hunderte Supercharger-Standorte mit jeweils mehreren Ladeanschlüssen installiert (siehe Foto).
Die Ladestationen können nur von Fahrzeugen von Tesla genutzt werden,
die über einen entsprechenden Ladeanschluss verfügen und vom Hersteller
für das Laden dort per Software freigeschaltet wurden.
| Extra-Wissen: CHAdeMO-Adapter |
| Tesla bietet auch einen Adapter an, mit
dem ihre Elektrofahrzeuge an CHAdeMO-Ladestationen angestöpselt werden
können. Es handelt sich um ein kurzes Kabel, an dem auf der einen Seite
ein Supercharger-Stecker und auf der anderen Seite eine CHAdeMO-Kupplung
angebracht ist. Da die Akkuspannungen der Tesla-Fahrzeuge in den vom
CHAdeMO-System unterstützten Bereich fallen, muss der Adapter nur das
Kommunikationsprotokoll „übersetzen“. Es sind Ladeleistungen bis 50kW
möglich. |
CCS (Combined Charging System)
Der Schnellladestandard CCS wurde von der deutschen und amerikanischen Autoindustrie entwickelt.
Wichtig war, dass die fahrzeugseitige Buchse sowohl für AC- als auch
für DC-Ladung genutzt werden kann (wie bei Tesla) und nicht wie bei
CHAdeMO ein separater Stecker benötigt wird. Daher ergänzte man den
Typ2-Stecker um zwei dicke Gleichstrom-Kontakte, entwarf ein neues
Kommunikationsprotokoll und nannte das Ergebnis Combined Charging System
(
kombiniertes Ladesystem). Fahrzeuge mit CCS-Buchse können
also nicht nur an CCS-Ladesäulen anstöpseln, denn der obere Teil der
Buchse kann weiterhin als Typ2-Buchse für die ein- bis dreiphasige
Wechselstromladung genutzt werden.
Die erste CCS-Ladesäule wurde 2013 in Wolfsburg errichtet, wenig später kamen die ersten Fahrzeuge mit CCS auf den Markt.
Unten: CCS-Buchse eines e-Golf
Anfangs wurde die Kritik laut, dass deutsche Autohersteller durch das
Vorantreiben des CCS-Standards den Verkauf von ausländischen
Elektroautos verhindern wollten, zumal sie ihre Fahrzeuge in Asien mit
CHAdeMO-Buchse ausliefern (z.B. BMWi3).
Tatsächlich legte die EU das
Combined Charging System 2015 als Standard für die Gleichstromladung
fest. Seit 2017 ist CCS für Ladepunkte mit einer Leistung über 22kW
verpflichtend vorgeschrieben (für Ladepunkte bis 22kW ist der
Typ2-Stecker vorgeschrieben).
Derzeit wird das CCS-Ladesäulennetz massiv ausgebaut. Die meisten
CCS-Ladesäulen liefern eine Leistung von 50kW, einige auch nur 20kW.
2016 wurde ein stärkeres, abwärtskompatibles CCS-Schnellladesystem mit
bis zu 350kW
Ladeleistung vorgestellt. Dieses nutzt 800Volt (statt vorher 400V) und
besitzt ein flüssigkeitsgekühltes Ladekabel, um die Handhabbarkeit zu
gewährleisten. 2017 wurde von Porsche in Berlin die erste
350-kW-Ladesäule aufgestellt. In den kommenden Monaten sollen entlang
der europäischen Autobahnen weitere solcher Ladestationen gebaut werden.
Im September 2017 wurde von Phoenix Contact ein nochmals
überarbeiteter (ebenfalls abwärtskompatibler) CCS-Ladestecker mit bis zu
500kW Ladeleistung und 1000V Systemspannung vorgestellt.
Mittelfristig werden wohl alle Autohersteller ihre Elektrofahrzeuge
für Europa mit CCS-Buchse ausstatten; der Hyundai Ioniq ist bereits das
erste asiatische Fahrzeug, welches mit CCS lädt.
| Extra-Wissen: CCS – auch mit Typ1-Stecker |
| In den USA spielt der Typ2-Stecker
aufgrund des fehlenden Dreiphasen-Stromnetzes keine Rolle, an
AC-Ladesäulen wird dort ausschließlich der Typ1-Standard verwendet.
Daher wurde dort für das Combined Charging System der Typ1-Stecker
hergenommen und wie bei uns um zwei dicke Gleichstrom-Kontakte ergänzt.
Um die beiden CCS-Typen unterscheiden zu können, bezeichnet man die
Stecker auch als Combo1 (USA) und Combo2 (Europa). |
Triple-Charger
Lange Zeit werden CHAdeMO und CCS in Europa noch nebeneinander
existieren. Da die beiden Standards weitestgehend die gleichen Ströme
und Spannungen nutzen, werden Gleichstrom-Ladesäulen in der Regel mit
beiden Systemen ausgestattet, denn die Kosten für einen zusätzlichen
Stecker und die Integration des entsprechenden Kommunikationsprotokolls
sind verschwindend gering.
Daneben wird in die Ladesäule meist gleich noch ein Typ2-Anschluss
mit 22kW oder sogar 43kW Wechselstrom-Anschlussleistung integriert, auch
wenn nur wenige Fahrzeuge daran schnell laden können. Denn hierfür
braucht man kaum zusätzliche Komponenten, der Wechselstrom ist ja
sowieso vorhanden.
Und schon hat man einen sogenannten Triple-Lader oder Triple-Charger,
an dem wirklich jedes aktuelle Elektrofahrzeug seinen Akku aufladen
kann.
Ein Großteil aller Schnellladestationen, die in Europa derzeit neu errichtet werden, sind solche Triple-Charger.
Ladeleistungen im Vergleich
Man könnte annehmen, dass die Ladeleistung bei der Gleichstromladung
allein von der Ladesäule abhängt, denn dort ist ja das Ladegerät
untergebracht. Dem ist aber nicht so, denn ein Akku kann nicht
unbegrenzt schnell aufgeladen werden. Das Batteriemanagement-System im
Fahrzeug überwacht den Akku und teilt der Ladestation die nötigen
Parameter mit, um den Akku möglichst schnell, aber schonend aufzuladen.
In der folgenden Tabelle sind die Gleichstrom-Ladeleistungen aller in
Europa verfügbaren rein elektrischen Fahrzeuge zusammengestellt (alle
Angaben ohne Gewähr!). Plug-in-Hybridfahrzeuge sind meist nicht
DC-ladefähig, die Ladeleistungen können der Übersicht entnommen werden:
Plug-in-Hybride: Übersicht und technische Daten.
| Hersteller |
Modell |
max.
Ladeleistung
CHAdeMO |
max.
Ladeleistung
Supercharger |
max.
Ladeleistung
CCS |
| Audi |
e-tron |
✘ |
✘ |
155 kW |
BMW
|
i3 60Ah, i3 94Ah (serienmäßig) |
✘ |
✘ |
✘ |
| i3 60Ah, i3 94Ah (optional) |
✘ |
✘ |
48 kW |
| i3 120Ah |
✘ |
✘ |
48 kW |
| Citroën |
Berlingo Electric |
50 kW |
✘ |
✘ |
| C-Zero |
40 kW |
✘ |
✘ |
| e-Méhari |
✘ |
✘ |
✘ |
| Hyundai |
Ioniq Elektro |
✘ |
✘ |
70 kW |
| Kona Elektro (39,2 kWh) |
✘ |
✘ |
45 kW |
| Kona Elektro (64 kWh) |
✘ |
✘ |
75 kW |
| Jaguar |
I-Pace |
✘ |
✘ |
100 kW |
| Kia |
e-Niro (39,2 kWh) |
✘ |
✘ |
45 kW |
| e-Niro (64 kWh) |
✘ |
✘ |
75 kW |
| e-Soul 136 (39,2 kWh) |
✘ |
✘ |
45 kW |
| e-Soul 204 (64 kWh) |
✘ |
✘ |
75 kW |
| Soul EV (bis Anfang 2019) |
70 kW |
✘ |
✘ |
| Mercedes‑Benz |
B-Klasse electric drive |
✘ |
✘ |
✘ |
| EQC |
✘ |
✘ |
110 kW |
| Mitsubishi |
Electric Vehicle / i-MiEV |
40 kW |
✘ |
✘ |
| Nissan |
e-NV200 |
50 kW |
✘ |
✘ |
| Leaf (serienmäßig) |
✘ |
✘ |
✘ |
| Leaf (optional) |
50 kW |
✘ |
✘ |
| Opel |
Ampera-e |
✘ |
✘ |
55 kW |
| Peugeot |
iOn |
40 kW |
✘ |
✘ |
| Partner Electric |
50 kW |
✘ |
✘ |
| Renault |
Kangoo Z.E. |
✘ |
✘ |
✘ |
| ZOE |
✘ |
✘ |
✘ |
Smart
|
EQ forfour / forfour electric drive |
✘ |
✘ |
✘ |
| EQ fortwo / fortwo electric drive |
✘ |
✘ |
✘ |
| Streetscooter |
Work / Work L |
✘ |
✘ |
✘ |
| Tesla |
Model 3 |
✘ |
125 kW |
125 kW |
| Model S |
50 kW
(über optionalen Adapter)
|
135 kW |
✘ |
| Model X |
50 kW
(über optionalen Adapter)
|
135 kW |
✘ |
| VW |
e-Golf (serienmäßig) |
✘ |
✘ |
✘ |
| e-Golf (ab 2017, optional) |
✘ |
✘ |
40 kW |
| e-Golf (bis 2017, optional) |
✘ |
✘ |
50 kW |
| e-up! (serienmäßig) |
✘ |
✘ |
✘ |
| e-up! (optional) |
✘ |
✘ |
40 kW |
Die tatsächliche DC-Ladeleistung hängt also wie bei der AC-Ladung sowohl vom Fahrzeug als auch von der Ladesäule ab.
Bei den angegebenen Ladeleistungen handelt es sich allerdings um
Maximalwerte, die nicht unter allen Bedingungen erreicht werden.
Genaueres hierzu folgt im nächsten Abschnitt.
Tipp: Besteht beim Kauf eines elektrischen
Neuwagens die Möglichkeit, optional eine
Gleichstrom-Schnellladefähigkeit zu integrieren (z.B. e-Golf, BMWi3
etc.), so sollte diese Option unbedingt gewählt werden, auch wenn das
Fahrzeug (z.B. als Zweitwagen) nicht für Langstrecken gedacht sein soll.
Denn dies erhöht erstens den Wiederverkaufswert und zweitens will man
in der Regel dann doch mehr elektrisch fahren als gedacht, da es einfach
so viel Spaß bereitet!
Wie lange dauert das Laden?
Die oben angegebenen Werte zur Ladeleistung der verschiedenen
Elektrofahrzeuge und Ladesysteme erscheinen vielleicht im ersten Moment
relativ abstrakt. Tatsächlich kann man mit der Ladeleistung aber ganz
einfach abschätzen, wie lange ein Ladevorgang dauert.
Langsames Laden
Beim langsamen Laden hängt die Ladedauer im Wesentlichen nur von der
Ladeleistung, der Akkukapazität des Fahrzeugs (netto in kWh) und dem
aktuellen Ladestand des Akkus (
SOC in Prozent) ab.
„Langsames Laden“ hat in diesem Fall nichts mit Gleichstrom- oder
Wechselstromladung zu tun, sondern nur mit der Ladeleistung im
Verhältnis zur Akkukapazität des Fahrzeugs. Bei einem Akku mit einer
Kapazität von 22kWh kann man beispielsweise grob bis zu einer
Ladeleistung von 11kW von langsamem Laden ausgehen. Bei einem Akku mit
60kWh bis zu einer Ladeleistung von 30kW, also immer die halbe
Akkukapazität (physikalisch nicht ganz korrekt ausgedrückt). Lädt man
mit höheren Leistungen, ist die Berechnung der Ladezeit schwieriger –
dazu gleich mehr.
Bei langsamem Laden kann man die Dauer für eine Vollladung von 0bis100%SOC grob mit folgender Faustformel berechnen:
Akkukapazität [kWh] ÷ Ladeleistung [kW] ÷ 0,9 = Ladedauer [h]
Die 0,9 stehen hierbei vereinfachend für einen Wirkungsgrad des
Ladegeräts von 90%. In der Praxis haben Ladegeräte einen Wirkungsgrad
von 80 bis 95% – je nach Fahrzeugmodell und Ladeleistung.
Beispiel: Ein Hyundai Ioniq Elektro (Akkukapazität:
28kWh) lädt an einer 11-kW-Ladesäule (also AC 3 × 16 A). Da das Fahrzeug
nur ein einphasiges Ladegerät besitzt, beträgt die Ladeleistung
3,7kW(1 × 16 A). Die Dauer für eine Vollladung beträgt grob 28 kWh ÷ 3,7
kW ÷ 0,9 ≈
8,4 h.
Wenn der Akku nicht ganz leer ist (denn dies ist eigentlich nie der
Fall) oder wenn der Akku nicht komplett voll geladen werden soll,
verkürzt sich die Ladezeit natürlich entsprechend. Hat der Ioniq aus dem
Beispiel noch einen SOC von 30% und soll bis 80% geladen werden, dann
müssen 50% nachgeladen werden, was dementsprechend 4,2h dauert.
Besonderheiten bei schnellerem Laden
Lädt man mit höheren Ladeleistungen im Verhältnis zur Akkukapazität
als soeben beschrieben, ist die Ladezeit von weiteren Faktoren abhängig.
Zu beachten ist, dass die heute verwendeten Lithium-Ionen-Akkus nicht
den kompletten Ladevorgang hindurch mit ihrer maximalen Leistung
geladen werden können. Stattdessen wird der Ladestrom bei zunehmendem
Ladestand immer weiter reduziert. Beim langsamen Laden kann dieser
Effekt vernachlässigt werden, denn wenn der Ladestrom sowieso von Anfang
an gering ist, muss er auch nicht reduziert werden.
Beim schnelleren Laden hingegen ist nur bis etwa 75%
SOC
die volle Ladeleistung möglich, danach dauert eine weitere Vollladung
des Akkus überproportional lange (der tendenzielle Verlauf des
Ladestands beim Schnellladen ist im nebenstehenden Schaubild
dargestellt). Wer möglichst kurz nachladen möchte, nutzt in der Praxis
auf Langstrecken nur eine Akkukapazität zwischen ca. 10% und 80%SOC – so
kommt man am Schnellsten voran. Bei Gleichstrom-Schnellladesäulen ist
es sogar häufig so, dass diese gar nicht bis 100% laden, sondern vorher
abschalten.
Beim schnellen Laden interessiert also meist nur die Ladedauer von 0 bis 80%, die man grob folgendermaßen berechnen kann:
Akkukapazität [kWh] ÷ Ladeleistung [kW] = Ladedauer bis 80% [h]
Beispiel 1: Ein Kia Soul EV mit 30kWh Akkukapazität
lädt an einer 50-kW-CHAdeMO-Ladesäule. Das Fahrzeug kann maximal mit
70kW laden, die Ladeleistung beträgt also in diesem Fall 50kW. Die
Ladedauer bis 80% beträgt 30 kWh ÷ 50 kW =
0,6 h, also 36 Minuten (0,6 ⋅ 60 = 36).
Beispiel 2: Eine Renault ZOE Q210 (oder Q90) mit
22kWh Akkukapazität lädt an einem 43-kW-Typ2-Ladepunkt (AC 3 × 63 A).
Die Ladeleistung beträgt in diesem Fall 43kW, eine Ladung bis 80% dauert
also 22 kWh ÷ 43 kW ≈
0,51 h, das sind rund 31 Minuten (0,51 ⋅ 60 ≈ 31).
Weiterhin muss beim schnellen Laden beachtet werden, dass
Lithium-Ionen-Akkus bei kalten oder sehr heißen Temperaturen nicht mit
ihrer vollen Leistung geladen werden können. Dies hängt von der
Zellchemie und vom Akku-Temperaturmanagement (bei vielen Fahrzeugen wird
der Akku bei Bedarf gekühlt, bei einigen auch beheizt) ab. Wie stark
der Einfluss der Temperatur auf die Ladeleistung ist, ist daher von
Modell zu Modell unterschiedlich. Bei kalten oder heißen Temperaturen
sollte man also eine längere Ladezeit einplanen.
„Ladegeschwindigkeit“
Häufig findet man auch Angaben zur „Ladegeschwindigkeit“, die angibt,
wie viele Kilometer Reichweite man pro Stunde nachlädt. Diese
Ladegeschwindigkeit ist abhängig vom Energieverbrauch pro Kilometer (und
damit von Fahrstil, Geschwindigkeit, Fahrzeug etc.) und lässt sich
folgendermaßen berechnen:
Ladeleistung [kW] ÷ Verbrauch [kWh/km] = Ladegeschwindigkeit [km/h]
Zu beachten ist hierbei, dass die tatsächliche (den aktuellen Bedingungen entsprechende) Ladeleistung verwendet werden muss.
Beispiel:
Ich fahre mit meinem BMWi3 auf der Autobahn, mein Verbrauch liegt bei
19kWh/100km (also 0,19kWh/km). Die Ladeleistung an einer
50-kW-CCS-Ladesäule liegt bei 45kW. Die Ladegeschwindigkeit beträgt
dementsprechend 45 kW ÷ 0,19 kWh/km ≈
237 km/h.
Aber keine Panik, wenn die genannten Berechnungen kompliziert
erscheinen: In der Praxis braucht man diese eigentlich nicht, denn nach
einiger Zeit Elektroautofahren kann man relativ genau abschätzen, wie
lange man für einen Ladevorgang bei welcher Ladeleistung benötigt.
(C) goingelectric.de
