Technische Grundlagen
Informationen zum Laden eines Elektroautos
Elektrofahrzeuge können so gut wie an jeder Steckdose geladen werden – die Dauer des Ladevorgangs ist dabei abhängig von vielen verschiedenen Faktoren. Alles was Sie schon immer über den Ladevorgang bei Elektroautos wissen wollten, finden Sie in folgendem Überblick über die verschiedenen Steckertypen, Lademodi und –dauern.
Ladedauer
Die Frage nach der Ladedauer beim Elektroauto lässt sich nicht allgemein beantworten. Sie hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel von der Ladeleistung, der Ladestation, der Kapazität der Batterie sowie von der Ladetechnik des Elektrofahrzeugs. Einen sehr großen Einfluss auf die Ladedauer hat die jeweilige Stromquelle. An öffentlichen Ladesäulen mit sogenannten Schnellladestationen ist die kürzeste Ladezeit zu verzeichnen. An der heimischen Steckdose hingegen fällt die Ladedauer deutlich länger aus. Hersteller bieten außerdem die sogenannte Wallbox an, die als Ladestation zu Hause – zum Beispiel in der heimischen Garage – installiert werden kann und den Ladevorgang verkürzt. Auch der Fahrzeugtyp hat einen Einfluss auf die Ladedauer, da die verbaute Technik auf die maximal mögliche Ladeleistung des Fahrzeugs und somit auch auf die Ladedauer wirkt. Einen weiteren Faktor stellt die Batteriekapazität dar, da größere Batterien zum einen eine höhere Reichweite ermöglichen, aber auch eine längere Ladedauer haben. Einen groben Überblick über die verschiedenen Ladezeiten gibt die folgende Tabelle. Die Angaben dort stellen lediglich Richtwerte dar, denn die Ladezeit und Ladeleistung können bei einzelnen Modellen abweichen.
Steckertypen
Typ 1-Stecker
Der Typ 1-Stecker ist ein einphasiger Stecker mit Ladeleistungen bis zu 7,4 kW (230 V, 32 A). Er wird vor allem in Automodellen aus dem asiatischen Raum verwendet und ist in Europa eher unüblich, weshalb es nur wenige Ladesäulen mit fest angebrachtem Typ 1-Ladekabel gibt.
Typ 2-Stecker
Der dreiphasige Typ 2-Stecker, häufig auch Mennekes-Stecker genannt, ist im europäischen Raum am weitesten verbreitet und wurde 2013 von der Europäischen Kommission als Standard festgelegt. Im privaten Raum sind Ladeleistungen bis 22 kW (400 V, 32 A) üblich, während an öffentlichen Ladesäulen Leistungen bis zu 43 kW (400 V, 63 A) möglich sind. Die meisten öffentlichen Ladestationen sind derzeit mit einer Typ 2-Steckdose ausgestattet. Daran kann jedes Mode 3-Ladekabel (s. u.) angeschlossen werden, womit wiederum sowohl Elektroautos mit Typ 1- als auch Typ 2-Stecker geladen werden können.
CCS-Stecker
Der Combined Charging System (CCS)-Stecker ergänzt den zuvor genannten Typ 2-Stecker mit zwei zusätzlichen Leistungskontakten um eine Schnellladefunktion und unterstützt AC- und DC-Laden (Wechselstrom- und Gleichstromladen) mit bis zu 170 kW.
CHAdeMO-Stecker
Der CHAdeMO-Stecker wurde in Japan als Schnellladesystem mit Gleichstrom entwickelt und erlaubt Ladevorgänge bis zu 100 kW. An den meisten öffentlichen Ladesäulen steht allerdings nur eine Leistung von 50 kW zur Verfügung. Folgende bekannte Hersteller bieten Elektroautos an, die mit dem CHAdeMO-Stecker kompatibel sind: Citroën, Honda, Kia, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Peugeot, Subaru, Tesla und Toyota.
Tesla-Stecker
Tesla verwendet für seine Supercharger-Stecker eine eigene modifizierte Version des Typ 2-Steckers. Diese erlauben eine Aufladung des Model S zu 80 Prozent innerhalb von 30 Minuten bei einer Ladeleistung von bis zu 120 kW (Gleichstrom).
Lademodi und Ladekabel
Als „Mode“ werden die verschiedenen Ladebetriebsarten bezeichnet. In der Regel gibt es für jeden Lademodus auch ein spezielles Kabel. Die Lademodi 1 bis 3 sind für das Laden mit Wechselstrom (AC) und der Mode 4 für das Laden mit Gleichstrom (DC) vorgesehen.
Mode 1
ist für einphasigen oder dreiphasigen Wechselstrom bis 16 Ampere Stromstärke vorgesehen und ermöglicht somit das Laden an einer Haushaltssteckdose oder einer CEE-Steckdose. Beim Ladevorgang mit Mode 1-Ladekabeln findet keine Kommunikation zwischen Energiequelle (Steckdose) und Fahrzeug statt. Aufgrund der geringen Leistung sind keine Sicherheitseinrichtungen im Ladekabel notwendig. Der FI-Schalter in der Hausinstallation ist ausreichend, muss zur Absicherung aber unbedingt vorhanden sein. Sollte ein FI-Schalter nicht installiert sein (was zum Beispiel im Altbau vorkommen kann), muss dieser nachgerüstet werden, da der Fahrzeughersteller sonst keine Genehmigung für das Mode1-Laden erteilt. Das „Ladegerät“ ist im Fahrzeug selbst verbaut. Im einphasigen Betrieb sind Ladeleistungen von bis zu 3,7 kW möglich. Aufgrund der geringen Leistung kommt es zu sehr langen Ladezeiten, weshalb sich der Lademodus 1 nur für die Ladung zu Hause eignet. Die fehlende Kommunikation zwischen Ladevorrichtung und Fahrzeug, die fahrzeugseitig fehlende Verriegelung der Steckvorrichtung und die Gefahr der Überhitzung der Zuleitungen bei einer Dauerbelastung führten dazu, dass die europäischen Automobilhersteller die Mode-1-Ladung nicht mehr unterstützen.
Mode 2
nutzt die gleichen Stromquellen wie Mode 1. Ein Mode 2-Ladekabel enthält jedoch zusätzlich eine Steuerungsbox (ICCB = In-Cable-Control-Box) im Ladekabel und ist für Gerätestrom bis zu 32 Ampere vorgesehen. Das Kabel verbindet ein Elektrofahrzeug, das üblicherweise für schnellere Ladevorgänge unter Mode 3 geladen wird, mit einer landesüblichen oder CEE-Steckdose. Zwischen ICCB und Fahrzeug findet ein Datenaustausch statt, welcher die Ladung steuert und zu dessen Sicherheit dient. Auch hier ist das Ladegerät im Fahrzeug verbaut. Die fortschrittlichere Variante des Mode 2-Ladekabels ist mit einem Anschluss für unterschiedliche CEE-Industriesteckdosen ausgestattet. Damit können die Fahrzeuge schneller (mit bis zu 22 kW) als an einer Haushaltssteckdose laden.
Mode 3
kann als aktueller „Standard“ bezeichnet werden. Er beschreibt das Wechselstrom-Laden über spezielle Ladestationen mit bis zu 32 Ampere. Beim Mode 3-Laden ist auch eine Rückspeisung des Stroms aus der Batterie ins Netz möglich, da bidirektionale Kommunikation, Steuerung und Steckerverriegelung vorhanden sind. Das Mode 3-Ladekabel enthält keine Kontrollbox. Das Ladegerät befindet sich im Fahrzeug. In Europa hat sich der Typ 2-Stecker als Standard durchgesetzt (s. „Stecktypen“). Damit Elektroautos mit Typ 1 sowohl als auch Typ 2-Stecker laden können, sind Ladestationen oftmals mit einer Typ 2-Steckdose ausgestattet. Um ein Elektroauto zu laden, benötigt der Nutzer dann entweder ein Mode 3-Ladekabel von Typ 2 auf Typ 2 (z.B. für Renault ZOE) oder ein Mode 3-Ladekabel von Typ 2 auf Typ 1 (z.B. für Nissan Leaf). Die Ladekabel lassen Ladeleistungen bis zu 43 kW zu.
Mode 4
versteht man das „Schnellladen“ mit Gleichstrom (DC). Im Gegensatz zum Wechselstrom-Laden befindet sich das Ladegerät nicht im Fahrzeug, sondern ist ein Bestandteil der Ladesäule. Auf dem deutschen Markt existieren mit dem CCS-Stecker und CHAdeMO-Stecker (siehe oben) zwei Steckertypen, die das Schnellladen unterstützen aber untereinander nicht kompatibel sind. Bei einer CCS-Ladesäule sind Ladeleistungen von deutlich über 100 kW möglich. Für Schnelllader sind komplexe Schutzfunktionen wie zum Beispiel Isolationsüberwachung erforderlich. Noch ist deren Verbreitung in Deutschland eher gering. Einerseits liegt das an hohen Investitionskosten, anderseits an der Ungewissheit, welcher der in Konkurrenz stehenden Standards sich auf lange Sicht durchsetzen wird. Ungeachtet dessen haben das Bundesverkehrsministerium und der Raststätten Betreiber Tank & Rast GmbH eine Vereinbarung über die Ausstattung mit Schnellladestationen getroffen. Demnach werden an allen Tank & Rast Raststätten (circa 400 Stück) in Deutschland Schnelllader installiert.