Jürgen's Technik-Welt Smart Home, Technik, Internet, Mobile, Apps
In den ersten Beiträgen dieser Artikelreihe habe ich die Grundkonzepte von elektrischen Autos erläutert sowie einige Infos zum Thema E-Auto Akku veröffentlicht. Im heutigen Artikel geht es nun um die diversen Lademöglichkeiten für ein Elektro-Auto.
Prinzipiell lässt sich festhalten, dass Elektro-Autos nahezu überall dort geladen werden können, wo man an einen Stromanschluß heran kommt. In der Theorie muß es also nicht immer die Ladesäule oder die Wallbox sein. Im Notfall reicht auch eine ganz normale Steckdose, die mittels Notladegerät genutzt werden kann. Das Notladegerät wird auch ICCB (In-Cable Control Box) genannt und kann meist von 6A bis 12A eingestellt werden.
Wesentlicher Unterschied bei den diversen Ladeoptionen liegen zunächst in der Dauer des Ladevorgangs. Während man an der Steckdose in der Regel mit ungefähr 10 bis 30 Stunden rechnen muß, kommt man bei einer Wallbox schon auf Zeiten von 3 bis 6 Stunden und an einer sogenannten Schnellladesäule dauert es nur 30 bis 50 Minuten.
Die Zeiten hängen natürlich wesentlich davon ab, wieviel Akkukapazität geladen werden soll und wie die Ladesteuerung (Ladekurve) des Elektroautos ausgelegt ist.
Elektroauto mit Gleich- oder Wechselstrom laden
Wenn man ein Elektroauto laden möchte, dann bieten sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten an. Man kann das Auto mit Wechselstrom (AC) laden, also dem Strom, wie er bei uns aus der Steckdose kommt oder mit Gleichstrom (DC). Gleichstrom bedeutet in der Regel auch schnelles Laden, weil mit deutlich höheren Spannungen bzw. Strom geladen werden kann.
Wenn man von Schnellladern spricht, dann sind das immer Gleichstrom-Geräte, die in der Regel bei etwa 50kW anfangen und mit den modernen Hyper-Chargern bereits bis zu 350kW Leistung liefern. Auf Grund der hohen Leistungen sind bei den Schnellladestationen die Kabel immer direkt angeschlossen. Meist sind diese auf Autobahnen zu finden. Aber auch in der Stadt findet man DC-Ladestationen, die dann meist 50kW liefern.
Wechselstrom-Ladesäulen gibt es in der Regel mit 11kW und 22kW. Vereinzelt sind aber auch AC-Ladestationen mit 43kW zu finden. Neben der Leistung, die über entsprechende Ladegeräte bereit gestellt wird ist aber auch die Ladesteuerung des Elektroautos sowie die verwendeten Kabel für die tatsächlich nutzbare Ladeleistung verantwortlich. Wenn das Ladegerät im Auto nur 3,7kW zulässt, dann kann man zwar das E-Auto an einer 43kW AC-Ladesäule anschließen wird aber nur die 3,7kW nutzen können. Ähnlich verhält es sich, wenn man ein einphasiges Ladekabel benutzt (siehe unten). Damit dürften an Wechselstrom-Ladern in der Regel auch nur 3,7kW nutzbar sein. Grundsätzlich gilt, dass das schwächste Glied in der Kette (Stromanschluß, Ladegerät, Kabel zum Auto, Ladegerät im Auto) die nutzbare Leistung vorgibt.
Kleiner Ausflug in die Leistungsberechnung
Für ein Grundverständnis der Lademöglichkeiten bei Elektroautos und den diversen Leistungsoptionen ist es sicherlich hilfreich, grundsätzlich einmal zu verstehen, wie sich die Leistung in Kilowatt berechnet.
Zur Berechnung einer Ladeleistung werden zwei Kenngrößen benötigt. Einerseits die Spannung und andererseits der Strom, der maximal zur Verfügung gestellt werden kann.
Die Leistung berechnet sich dann aus der Spannung multipliziert mit dem Strom. Betrachten wir unsere Haushaltssteckdose, dann wissen wir, dass wir hier 230 Volt Spannung haben. Nutzen wir hier nun ein Ladegerät mit einer Spannung von 10 Ampere dann ergibt sich daraus eine Leistung von 2.300 Watt bzw. 2,3 kW. Schaut man sich in seinem Sicherungskasten die Sicherungen an, dann wird man dort in der Regel Sicherungen finden, die den Strom bis zu 16 Ampere absichern. Damit wäre es in der Theorie möglich, mit einer normalen Steckdose eine Leistung von bis zu 3.680 Watt (3,7 kW) zu erreichen.
Da eine hohe Dauer-Belastung der Hauselektronik aber eigentlich nicht vorgesehen ist unddie Elektroinstallation dafür oft auch nicht ausgelegt ist, wird dringend von der Nutzung eines dauerhaften 16 Ampere Strom abgeraten. Ladegeräte, die mit einem Schuko-Stecker versehen sind, also in der normalen Steckdose genutzt werden können, sind daher meist auch auf 12 Ampere begrenzt.
Will man sein Elektroauto zu Hause mittels Schukosteckdose laden, dann sollte man nach etwa einer halben Stunde einmal prüfen, wie warm der Stecker wird. Eine regelmäßige Kontrolle der Steckdose oder auch die Verwendung von Kontaktspray hilft etwas, die Risiken einer Überhitzung zu minimieren.
Ein-, Zwei- oder Drei-Phasig Laden
Beim Wechselstrom-Laden, insbesondere, wenn es um die Installation einer Wallbox im eigenen Haus geht, muß berücksichtigt werden, dass unser Stromnetz bzw. die Hausanschlüsse mit drei Stromleitungen versehen sind. So wird beispielsweise ein Herd mit drei Leitungen betrieben.
Bei einer normalen Steckdose steht immer nur eine Phase zur Verfügung. Hier gibt es einmal das Stromführende Kabel und den sogenannten Neutralleiter über den der Strom wieder abfließt. Hier ist die Leistung also bis auf 3,7kW begrenzt (230V x 16A).
Mit Steckern, wie man sie beispielsweise vom Camping oder von der Baustelle kennt, gibt es aber auch die Möglichkeit alle 3 Phasen zu nutzen. Damit steht uns hier bei einer Absicherung von 16A die dreifache Leistung von 11kW zur Verfügung (3 mal 3,7 kW). Wenn es der Hausanschluß hergibt und auch der Netzbetreiber seine Genehmigung erteilt hat, kann man auch Strom mit bis zu 32A beziehen. Damit verdoppelt sich die Leistung dann auf 22kW. Dies entspricht auch der Leistung vieler Wallboxen am Markt. Da es aber nur sehr wenige E-Autos mit entsprechenden Ladegeräten gibt, reichen in der Regel 11kW.
Bei Gleichstrom gibt es diese Unterscheidung nicht. Hier werden immer nur zwei Leitungen genutzt (ähnlich, wie bei einer Batterie das Plus- und Minus-Pol).
Steckertypen für das Laden von Elektroautos
Typ 1-Stecker
Typ 1 Stecker finden in Europa eigentlich keine Verwendung, sondern sind eher im asiatischen Raum zu finden. Daher dürfte man auch kaum eine Ladesäule mit einem solchen Stecker finden. Hierbei handelt es sich um Stecker, die einphasiges Laden von bis zu 32 Ampere ermöglichen. Damit ist also eine maximale Ladeleistung von 7,4 kW möglich (230V x 32A).
Typ 2-Stecker
Typ-2 Stecker sind bei uns der Standard für das Laden an Wechselstrom (AC) Ladesäulen. Mit diesen Steckern kann dreiphasig geladen werden. Im Haushaltsbereich also mit bis zu 32A und einer maximalen Leistung von 22kW. Öffentliche Ladesäulen mit dem Steckeranschluß bieten teilweise auch Ladeleistungen mit bis zu 43kW (3 x 230V x 64A).
Wenn man sich ein Ladekabel mit einem Typ 2-Stecker besorgt, dann sollte man darauf achten, wie viele Phasen dieser unterstützt. In der Regel haben diese Stecker 3 Phasen. Es gibt aber auch einphasige Kabel, so dass die Leistung dann auf 7,4 kW begrenzt ist. Wenn das Auto sowieso nicht mehr laden kann, dann wäre das noch in Ordnung. Hat man aber ein Ladegerät im Auto, welches 11kWh oder sogar 22kWh laden kann, dann wäre der Einsatz eines einphasigen Kabels nicht optimal.
CCS Stecker (Combined Charging System)
CCS Stecker sind mittlerweile der Standard in Europa, wenn es darum geht, das Elektroauto mit Gleichstrom – also schnell – zu laden. Es ist eine Kombination aus einem Typ 2-Stecker und einem Gleichstromstecker. Der eigentliche Strom fließt in dem Gleichstromteil des Steckers. Von dem Typ 2-Stecker werden nur die Pins für die Kommunikation der Ladestation mit dem E-Auto genutzt.
Kabel mit diesem Steckertyp gibt es nicht zu kaufen, da diese immer direkt mit der Ladestation verbunden sind.
CHAdeMO Stecker
CHAdeMO Stecker findet man häufig an den sogenannten Tripple-Chargern. Das sind Ladesäulen, die meist über einen CCS-Stecker (Gleichstrom), einen Typ 2-Stecker (Wechselstrom) und dem besagten CHAdeMO Stecker (Gleichstrom) verfügen.
CHAdeMO Stecker dürften in neuen Elektroautos eigentlich nicht mehr genutzt werden. Insbesondere in Europa haben sich die Typ 2-Stecker und die CCS-Stecker durchgesetzt. Weite Verbreitung hat der Stecker in Japan, wo er auch entwickelt wurde.
Tesla Supercharger
In Europa verwendet Tesla einen modifizierten Typ 2-Stecker. Dieser kann bei Teslas Elektroautos sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom genutzt werden. Mit dem Model 3 von Tesla wurde aber auch der CCS Stecker bei Tesla eingeführt. Für die Modelle X und S gibt es entsprechende Upgrade-Sets, damit diese auch an den neuen V3-Superchargern geladen werden können.
Theoretisch könnten also auch andere Elektroautos mit ihren CCS-Ladesystemen an einem V3-Supercharger von Tesla geladen werden. Bei der Einführung der ersten Säulen gab es tatsächlich einen kleinen Software-Bug, der dies ermöglichte. Allerdings wurde dieser „Fehler“ bald wieder behoben, so dass nun wieder nur die Tesla Autos den neuen Supercharger nutzen können.
Schuko Stecker und CEE Stecker
Wie bereits erwähnt kann man sein Auto auch an einer ganz normalen Schukosteckdose laden. Allerdings sollte man hier prüfen, ob die Leitungen dies auch wirklich verkraften und entsprechend abgesichert sind. Normale Steckdosen sind in der Regel nicht für eine Dauerbelastung bei 16A ausgelegt und können verschmoren und im schlimmsten Fall kann ein Brand entstehen. Dies ist auch der Grund, warum man niemals ein Verlängerungskabel verwenden sollte, um das Notladegerät anzuschließen. Wenn es im Notfall doch sein muß, dann muß dieses bei einer Trommel immer komplett abgerollt werden!
CEE Stecker sind wesentlich robuster und sind explizit für Stromstärken bis 32 A ausgelegt. Diese gibt es als einphasige Stecker (blauer „Campingstecker“), der dann bis 3,7kW belastet werden kann und die roten dreiphasigen Industrie-Stecker.
Die roten Industriestecker gibt es als CEE16 für eine Belastung bis 16A (11kW) und als CEE32 für eine Belastung bis 32A (22kW).
An diesen Steckern bzw. Steckdosen kann man natürlich nicht das „Notladegerät“ (ICCB) verwenden. Theoretisch kann man einen Adapter anschließen. Meist verwendet man diese Stecker in Verbindung mit mobilen Ladegeräten. Hierbei handelt es sich quasi um mobile Versionen von Wallboxen.
Ladekabeltypen
Bei der Verwendung von Ladekabeln für Elektroautos gibt es auch wieder verschiedene Varianten, deren Bedeutung man kennen sollte.
Mode-1 Kabel finden bei Elektroautos keine Verwendung, da es keine Kommunikation zwischen Elektroauto und dem Kabel gibt. Sie werden für Wechselstrom bis maximal 480 Volt und 16A genutzt.
Mode-2 Kabel sind die Kabel, die in Verbindung mit einer Haushaltssteckdose oder einer CEE Steckdose genutzt werden können. Der Unterschied zu Mode-1 besteht in der Kommunikationsmöglichkeit mit dem Elektroauto. Diese Kommunikation wird durch die sogenannte In-Kabel Kontrollbox (ICCB) übernommen. Die Notladegeräte, die man meist vom Autohersteller mitgeliefert bekommt, sind also immer ein Mode-2 Kabel.
Mode-3 Kabel sind eigentlich die Standard-Kabel, mit denen ein Elektroauto mit Wechselstrom (AC) versorgt wird. Diese Kabel können nur an eine Typ 2 Steckdose einer Ladesäule angeschlossen werden oder befinden sich direkt an der Ladesäule. Die Kommunikation mit dem Elektroauto erfolgt dann über die Ladesäule.
Sinnvollerweise sollte man sich also ein Mode-3 Kabel mit Typ 2 Stecker besorgen, wenn man die vielen 11kW bzw. 22kW Ladesäulen in der Stadt nutzen will. Diese haben nämlich meist kein Kabel sondern nur eine Typ 2-Steckdose.
Mode-4 Kabel sind die Kabel, die bei der Gleichstromladung genutzt werden. Auch hier erfolgt die Kommunikation über die Ladesäule.
