Ladestation (Elektrofahrzeug)

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Ladestation mit mobility (car sharing) e-Auto am Bahnhof Tägerwilen-Dorf (Schweiz)
Ladesäule mit CCS-Combo-2(DC)-, Typ-2(AC)- und CHAdeMO(DC)-Anschlüssen

Bei einer Ladestation für Elektrofahrzeuge handelt es sich um eine speziell für Elektrofahrzeuge konzipierte Ladestation, die in ihrer Bauweise meist einer Zapfsäule für Kraftstoffe nachempfunden ist. Umgangssprachlich wird sie daher auch gelegentlich Stromtankstelle oder Ladesäule genannt. In behördlichen Dokumenten wird von Ladepunkten gesprochen, wobei an einem Ladepunkt per Definition nur ein Fahrzeug gleichzeitig angeschlossen werden kann. Häufig findet man auch die Bezeichnung EVSE (electric vehicle supply equipment).

Die Verbreitung von Ladestationen wird im politischen Raum als wichtiges Instrument zur Förderung der Nutzung von Elektromobilität im Individualverkehr als Komponente einer möglichen Variante der Verkehrswende angesehen.

Ladestationen können öffentlich oder nichtöffentlich zugänglich sein und bestehen im einfachsten Fall aus einer Steckdose, an welcher das Fahrzeug über eine Kabelverbindung und ein Ladegerät aufgeladen werden kann (konduktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge nach DIN EN61851-1). Es gibt kostenpflichtige, kostenlose und von Vereinen für ihre Mitglieder betriebene Ladestationen. Entsprechende Schnellladestationen sind vor allem für den Langstreckenverkehr gedacht, um Nutzern von Elektrofahrzeugen die Möglichkeit zu geben, ihr Fahrzeug mit hoher Leistung in kurzer Zeit aufzuladen.[1] Für den täglichen Berufsverkehr, bei dem üblicherweise nur wenige Kilowattstunden elektrischer Energie verbraucht werden, reicht hingegen zum Laden in aller Regel eine normale Steckdose aus.[2]

Von der Europäischen Union wurde der Typ-2-Stecker als Standardladesteckverbindung für Wechselstrom- und Drehstromanschlüsse festgeschrieben. Als Standard für das Schnellladen mit Gleichstrom wurde in der Europäischen Union das Combined Charging System (CCS) eingeführt und in Deutschland von Vertretern aus der Wirtschaft und der Politik gefördert. Andere in Europa verbreitete Gleichstromschnellladesysteme sind der aus Japan stammende CHAdeMO-Standard und das von dem Elektrofahrzeugbauer Tesla betriebene Supercharger-System.

Bei einer Ladestation als Solartankstelle ist der Betreiber zusätzlich dafür verantwortlich, dass die bezogene elektrische Energie in ihrer Herkunft direkt zur Sonne zurückverfolgt werden kann, beispielsweise mit Hilfe einer Solarstromanlage.

Infrastruktur

Kleine Ladestation, nur Typ 2, 2 × 22 kW, sehr häufig

Längere Fahrten mit Elektrofahrzeugen auf unbekannten Strecken erfordern eine Ladeplanung. Oft behindern unterschiedliche Zugangsvoraussetzungen das einfache Aufladen. Viele Ladestellen erfordern die Anmeldung beim Betreiber oder Betreibernetzwerk (meist helfen hier universelle Ladekarten wie NewMotion, die von fast allen Betreibern akzeptiert werden) oder sie sind nicht rund um die Uhr zugänglich. Behilflich sind dabei Ladestation-Verzeichnisse sowie die Navigations-Systeme in den Elektrofahrzeugen. Die Ladesäulenverordnung begrenzt in Deutschland seit 2016 die Vielfalt verfügbarer Anschlüsse und Steckersysteme und schreibt die Möglichkeit des punktuellen Ladens ohne vorherige Authentifizierung bei einem Betreiber vor. Auch wirkt sich die Leistungsfähigkeit der Ladestelle auf die Ladezeit aus (s. a. Ladeleistung und -dauer).

Deutschland

In Deutschland existieren in einigen Regionen relativ dichte Ladestationsnetze (z. B. in Stuttgart,[3] in Baden-Württemberg generell[4]). Viele davon sind kostenlos. Manche Ladestationsnetzwerke bieten neben der Anbindung der öffentlichen Ladestellen auch die Anbindung privater Ladestationen an.[5] (s. a. Betreiberverbünde)

In Deutschland gibt es (Stand Juli 2019) mehr als 16.000 öffentlich zugängliche Ladestationen mit mehr als 45.500 Ladepunkten. Mehr als die Hälfte (57 Prozent, etwa 26.000) sind Wechselstrom-Ladestationen (AC) vom Typ 2 mit jeweils unter 10 kW (1100 Ladepunkte), 11-21 kW (5000 Ladepunkte), 22-42 kW (20.000 Ladepunkte) oder 43-99 kW (17 Ladepunkte). Mit Gleichstrom (DC) und höherer Ladeleistung (50 kW, 135 kW, 350 kW) arbeiten die Systeme CCS (2300 Ladepunkte) und Tesla Supercharger (500 Ladepunkte) sowie CHAdeMO (etwa 1700 Ladepunkte).[6] Mit CCS, CHAdeMO bzw. Tesla Supercharger können nur Elektrofahrzeuge geladen werden, die dafür ausgerüstet wurden, s. Stecker und Kabel. Der Elektroautohersteller Tesla baut in den von ihm belieferten Märkten ein Ladestationssystem allein für seine Fahrzeugkunden auf. An vielen Tank- und Rasthöfen wurden bereits Stationen mit mehreren Ladesäulen errichtet, um dort zwei oder mehr Fahrzeuge parallel laden zu können. Hohe Ladeleistungen ermöglichen dabei kurze Ladestopps (s. a. Ladeleistung und -dauer).

Europa

In Europa gibt es (Stand Juli 2018) mehr als 29.000 öffentlich zugängliche Ladestationen mit mehr als 87.000 Ladepunkten. Mehr als die Hälfte (55 Prozent, etwa 50.000) sind Typ-2-Ladepunkte (11 kW: 11.000, 22 kW: 28.000, 43 kW: 3.000). Für Chademo gibt es 5.000 Ladepunkte, für CCS 4.800 Ladepunkte, für Tesla Supercharger 3.100 Ladepunkte.[7]

Die Europäische Union fördert mit etwa 3,6 Millionen Euro aus dem Verkehrsförderprogramm Transeuropäische Netze (TEN-T) den Aufbau von Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge entlang der wichtigsten Autobahnen.[8][9][10] Es wird als ein offen zugängliches Netz von Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge errichtet. Die Gesamtkosten betragen etwa 7,1 Millionen.[11]

Mehrere Betreiber installieren Ladestation-Netzwerke in Europa mit bis zu 350 kW Ladeleistung entlang der wichtigen Hauptverkehrsstrecken. Eine derartige Ladeleistung ermöglicht das Aufladen von 500 km Reichweite in etwa 10 bis 20 Minuten (s. Ultra-Schnellladesäulen).

Ladeprinzipien

Ladesäulen

Wechselstrom-, Drehstrom- und Gleichstromladen

Heutige Akkumulatorzellen können nur mit Gleichstrom geladen werden. Der Begriff des Gleichstrom- und Wechselstromladens beschreibt, in welcher Form der Strom in das Fahrzeug eingespeist wird.

Beim Wechselstromladen wird das Elektroauto einphasig über eine In-Kabel-Kontrollbox (ICCB) oder direkt über ein Ladekabel mit einer Haushaltssteckdose (Schukosteckdose) und damit mit dem Stromnetz verbunden. Damit werden nur Ladeleistungen <3,6 kW dauerhaft übertragen. Über 16-A-CEE-Steckdosen oder über eine Wandladestation mit Typ-2-Stecker können dauerhaft 3,6 kW bis 7,2 kW übertragen werden. Je nach Anbieter wird das Wechselstromladen mit bis zu 3,6 kW als „Standardladung“ oder „Notladung“ bezeichnet. Das Ladegerät ist im Fahrzeug integriert. Die Bordladegeräte in einigen Elektroautos sind teilweise in ihrer Leistung auf das Aufladen an haushaltsüblichen Steckdosen (3,6 kW) begrenzt und nicht in der Lage, dreiphasig zu laden, was dann zu entsprechend langen Ladezeiten führt und auch an leistungsfähigeren Drehstrom- oder Wechselstrom-Ladestellen keinen Zeitgewinn ermöglicht. Fahrzeuge mit dem Typ-1-Ladesteckanschluss laden darüber ausschließlich einphasig.

Beim Drehstromladen wird das Fahrzeug an das Dreiphasenwechselstromnetz mittels ICCB-Kabel an einer 400-V-Drehstromsteckdose oder über ein Ladekabel mit einer Ladestation verbunden. Das Kabel für Ladestationen wird im Fahrzeug mitgebracht und beidseitig mit einem Typ-2-Stecker ausgestattet oder fest an der Ladesäule montiert. Im Fahrzeug befindet sich ein Ladegerät, das den Dreiphasenwechselstrom vom Stromverteilnetz gleichrichtet, und mit dem Batteriemanagementsystem die Regelungsfunktionen (Ladeverfahren) übernimmt. Über das Ladekabel wird dem Fahrzeug die Belastbarkeit des Ladekabels und der Ladestation mitgeteilt. Bei Steckdosen übernimmt das ICCB-Kabel diese Funktion. Bei Bedarf begrenzt das Ladegerät im Fahrzeug den Strom, um die Zuleitungen nicht zu überlasten. Der Lader kann als Extragerät im Fahrzeug eingebaut sein (Smart ED oder Tesla Model S mit bis zu 22 kW) oder ist Teil der Motorsteuerung (Renault Zoé bis 43 kW).

Beim Gleichstromladen wird Gleichstrom aus der Ladesäule direkt in das Fahrzeug eingespeist. Er wird über ein leistungsstarkes Ladegerät in der Ladesäule entweder aus Stromnetz oder aus großen Pufferakkus an Solartankstellen bereitgestellt. Im Fahrzeug befindet sich nur ein Batteriemanagementsystem, das mit der Ladesäule kommuniziert, um die Stromstärke anzupassen oder bei vollem Akku abzuschalten. Die Leistungselektronik befindet sich in der Ladesäule. Wegen des starken Ladegerätes sind die Ladesäulen verhältnismäßig teuer. Gleichstromladen ermöglicht wegen des externen Ladegerätes sehr hohe Ladeleistungen. Das führt zu kurzen Ladezeiten. Voraussetzung dafür ist, dass die Ladesäule 22 bis 350 Kilowatt abgibt und ein entsprechender Gleichstrom-Anschluss am Fahrzeug vorhanden ist. Bei asiatischen Elektroautos ist der CHAdeMO-Anschluss am Fahrzeug integriert und auch der Tesla-Supercharger-Anschluss ist Standard am Fahrzeug. In Europa ist heutzutage der CCS-Anschluss am weitesten verbreitet, der von den Herstellern ebenfalls standardmäßig oder selten als kostenpflichtige Zusatzausstattung angeboten wird.

Stecker und Kabel

Art der Verbindung zwischen Fahrzeug und Ladestation

In der Norm IEC 61851-1 werden drei Arten unterschieden, wie Ladestation und Fahrzeug verbunden sein können. Unterschieden werden drei Anwendungsfälle:[12]

  • A: Das Kabel ist fest mit dem Fahrzeug verbunden.
  • B: Das Kabel ist beidseitig gesteckt.
  • C: Das Kabel ist fest mit der Ladestation verbunden.

Weiterhin wurden in der IEC 61851 vier verschiedene Lademodi definiert. In Mode 1 werden normale Kabel mit entsprechenden Steckern verwendet. Mode 2 nutzt Kabel, die über Signalisierungseinrichtungen (Widerstandscodierungen) verfügen, die der fahrzeugseitigen Ladeelektronik die Strombegrenzung der Ladestelle vorgeben. Bei Mode 3 kommunizieren Ladesäule und Fahrzeug über das Ladekabel. Mode 4 ist für Gleichstromladeverfahren, bei denen ebenfalls eine Kommunikation zwischen Fahrzeug- und Ladesäulenelektronik stattfindet.

Haushalts- und Industrieanschlüsse
Ladestation Park & Charge mit Schuko- und CEE-Steckdosen

Kleinelektromobile laden in der Regel nur geringe Energiemengen. Nicht zuletzt durch die Leistungsbegrenzung der Ladegeräte reichen für Elektrofahrräder beispielsweise haushaltsübliche Schuko-Steckdosen. Zusätzlich können die Akkus entnommen und an Steckdosen in Innenräumen aufgeladen werden oder es wird ein Verlängerungskabel nach draußen verlegt. Dies ist die einfachste Form einer „Ladestationsstelle für Elektrofahrzeuge“.

Bevor 2016 die Ladesäulenverordnung erlassen wurde, die für öffentlich zugängliche Ladestation einen Anschluss von IEC Typ 2 vorschreibt, wurden nicht-kommerzielle Ladestationen häufig auf Basis des CEE-Systems gebaut. Dafür wurden private Außensteckdosen für Wechselstrom- oder Drehstrom mit Steckern und Kabel nach den Normen für elektrische Geräte IEC 60309/CEE ausgestattet, die günstiger erhältlich waren als Typ-2-Systeme. Mit dieser beachtlichen Technik und mit einfachsten organisatorischen Maßnahmen wie der pauschalen Verrechnung der bezogenen Energie entstanden zu Beginn der 2010er-Jahre Verbünde wie Park & Charge und „Drehstromnetz“, denen sich Elektroautofahrer anschließen konnten.

Typ 1 und Combo 1
Typ-1-Ladekupplung

In Nordamerika wurde der Standard SAE J1772 aus dem Jahr 2001 überarbeitet (es war ursprünglich ein eckiger Stecker für Flur- und Hubwagen). Die nordamerikanischen Autohersteller einigten sich mit der SAE J1772-2009 auf den Yazaki-Vorschlag. Dieser wurde später in der internationalen Norm IEC 62196-2 als Typ 1 bezeichnet. Es handelt sich um einen fünfpoligen runden Stecker mit 43 mm Durchmesser, der für den Anschluss an Einphasen-Wechselstrom vorgesehen ist. Dabei enthält die Spezifikation Vorgaben für den Anschluss an den in Nordamerika üblichen 120-Volt-Haushaltsstrom (Level-1-spezifizierter Ladestrom bis 16 Ampere bei maximal 120 Volt) als auch den in Europa üblichen 230-Volt-Haushaltstrom (Level-2-spezifizierter Ladestrom bis 80 Ampere bei maximal 230 Volt). Der Steckertyp hat fünf Steckkontakte – zwei Kontakte für einphasigen Wechselstrom, eine Erdung sowie zwei Signalkontakte, die kompatibel mit den Signalkontakten sind, wie sie schon 2001 definiert wurden. Später wurde dieser Stecker unter dem Begriff des Combined Charging Systems mit Gleichstromkontakten zum Combo-1-Stecker erweitert. Typ 1 und Combo 1 sind auf dem nordamerikanischen Markt eingeführt. Auch viele japanische Fahrzeuge verwenden den Typ-1-Stecker für das Wechselstromladen.

Typ 2
Typ-2-Ladekupplung

In den EU-Mitgliedsstaaten wurde erst 2013 mit dem Standard EN 62196 Typ 2 (auch Mennekes-Stecker genannt) ein universelles Steckersystem für Elektroautos im Leistungsumfang von 1,9 kW bis 240 kW spezifiziert. Bis dahin waren mehrere inkompatible Ladestandards verwendet worden.

Der unter Federführung des Stecker-Herstellers Mennekes entworfene und von mehreren Automobilherstellern und Stromkonzernen unterstützte Ladestandard EN 62196 Typ 2 ermöglicht am CP-Pin des Steckers die bidirektionale Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation. Mittels CP-Signal liest die Ladesäule die vom Auto unterstützte Ladeleistung aus. Sofern dann an einem Ladestation-Standort sich mehrere Ladesäulen einen einzigen Energieanschluss teilen, kann ein zentrales Lastmanagement per Pulsweitenmodulation (per CP-Pin) die Ladeleistung der in den Fahrzeugen verbauten Ladegeräte (Mode 1–3) reduzieren, damit die Gesamtladeleistung aller angeschlossenen Fahrzeuge die maximale Energieanschlussleistung der Tankstellenanlage nicht übersteigt. Die Ladedauer kann daher variieren.

Typ 2 ist der in Europa meistverbreitete Ladestationentypus.[13] Jedes Elektrofahrzeug kann mit Typ 2 laden, wenn auch oft nur mit reduzierter Ladeleistung. Konzeptionell unterstützt er aufgrund der unterstützten IEC-Normen neben der Kommunikation in zwei Richtungen auch Stromflüsse in zwei Richtungen. Dadurch können Fahrzeugakkus künftig – entsprechend koordiniert und tarifiert – Lastschwankungen im Leitungsnetz ausgleichen.

Combo 2
Combo 2: Gleichstrom-CCS-Kupplung

Das kombinierte System Combo 2 (CCS) erlaubt es, dass E-Autos in Europa mit nur einer Ladekupplung an allen gängigen Ladesäulen laden können. Dazu wurde die siebenpolige Typ-2-Kupplung für einphasigen Wechselstrom (AC) bzw. dreiphasigen Drehstrom um zwei große leistungsfähige Steckkontakte für Gleichstrom (DC) erweitert. Die seit einigen Jahren angebotenen BMW i3 und Volkswagen e-Golf und e-up können etwa 40 kW per CCS aufnehmen. Bis auf einige Hersteller wie Smart und Nissan, die bereits vor der CCS-Einführung Elektroautos auf den Markt brachten, bieten fast alle Hersteller neuer Elektroautos in Europa mit CCS als Serienausstattung oder Extra an. Tesla hatte seit 2013 an seinen Superchargern in Europa den Typ-2-Stecker auch für die Gleichstromaufladung bis 135 kW genutzt, erweiterte dann seit 2019 die Ladesäulen um CCS-Stecker, weil das ab 2019 ausgelieferte Model 3 serienmäßig CCS zum Gleichstromladen nutzt. Für die älteren Typen Model S und Model X wird ein CCS-Adapter angeboten, denn neue Supercharger-Ladesäulen werden in Europa nur noch mit CCS-Stecker versehen.

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Woher kommen die 200A, siehe auch Disk.--Wikisympathisant (Diskussion) 19:27, 7. Jun. 2021 (CEST)

Der Strom ist bei normalen CCS-Steckern auf 200 A begrenzt, so dass je nach Spannung des Auto-Akkus im üblichen Bereich von 350 bis 400 Volt Ladeleistungen von 70 bis 80 kW möglich sind. Mit gekühlten Kabeln sind seit 2019 Leistungen um 200 kW möglich, die allerdings nur wenige Modelle (Tesla Model 3, Porsche Taycan) aufnehmen können.

CHAdeMo
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CHAdeMO-Ladekupplung

Japanische E-Auto-Hersteller wie Mitsubishi und Nissan boten ab 2010 als erste unter der Bezeichnung CHAdeMO eine leistungsfähige Gleichstromladung mit bis zu 50 kW an. Neben zwei großen Gleichstromkontakten hat der CHAdeMO-Stecker auch acht kleine Kontakte für Erdung und Kommunikation, aber keine stromführenden Kontakte für Wechselstrom. Dafür ist im Auto zusätzlich eine zweite Steckdose nötig, meist einphasig als Typ 1 ausgeführt. Dies erfordert entweder eine große Ladeklappe, hinter der beide Buchsen Platz finden, oder zwei getrennte Ladeklappen. Eine kombinierte CCS-Buchse passt dagegen wie beispielsweise im e-Golf hinter die übliche kleine Tankklappe. Neben dem Nissan Leaf, der ein Jahrzehnt lang als meistverkauftes Elektroauto der Welt galt, haben auch die als Peugeot oder Citroen angebotenen Mitsubishi i-MiEV-„Drillinge“ auf Chademo gesetzt, zudem einige davon abgeleitete Nutzfahrzeuge, und die erste Generation des Kia Soul EV. (Siehe Fahrzeugliste mit CHAdeMO und Verbreitung von CHAdeMO).

In Japan gilt CHAdeMO als Standard; Importfahrzeuge wie BMW i3 sind mit CHAdeMO ausgestattet. Tesla bietet für Model S und X einen CHAdeMO-Adapter an, wodurch diese Modelle, sofern sie auch noch den seit 2019 erhältlichen CCS-Adapter haben, an den in Europa üblichen Triple-Ladesäulen jeden der drei Stecker nutzen können. Hierbei wird Drehstrom (AC) über Typ2 direkt aus dem Netz angeboten und Gleichstrom entweder über CCS oder Chademo, je nachdem welcher Stecker zuerst benutzt wird. Daher ist in Deutschland das CHAdeMO-Angebot meist mit CCS verknüpft, reine CHAdeMO-Ladesäulen gibt es praktisch nur bei Nissan-Händlern. Der Nissan Leaf ist das einzige aktuelle Elektroauto, das in Europa noch auf CHAdeMO setzt, die koreanischen Hersteller wie Kia haben zu CCS gewechselt, auch Honda bietet CCS an.

CHAdeMO arbeitet in beide Richtungen und ermöglicht so die Nutzung des Auto-Akkus direkt über Gleichstrom für verschiedene Anwendungen, etwa bei Stromausfall ein Haus zu versorgen oder in das Stromnetz einzuspeisen. Dies wird als Vehikel-zu-X (V2X) bezeichnet, wobei X für Haus (H), Stromnetz (G für Grid) oder sonstiges stehen kann, etwa beim Camping, bei Veranstaltungen, am Schrebergarten.

Die typische Ausbaustufe der CHAdeMO-Ladesäulen ist eine Ladeleistung bis 50 kW. Der neue Standard CHAdeMO 2.0 ermöglicht bis 400 kW,[14] wobei es noch keine Fahrzeuge dafür gibt. CHAdeMO arbeitet für die weitere Entwicklung mit dem chinesischen GB-Standard zusammen.

Tesla Supercharger
Tesla-Supercharger-Ladeplatz bei Münchberg an der A9

Tesla nutzt den Typ-2-Stecker als Schnittstelle für das Laden der europäischen Varianten der Modelle S und X. Diese Steckverbindung ermöglicht sowohl das ein- oder dreiphasige Laden an normalen Typ-2-Ladestationen als auch das Realisieren von Leistungen bis zu 142 kW mit einem ausschließlich für Tesla-Fahrzeuge eingesetzten Gleichstromladeverfahren an den sogenannten Tesla-Superchargern. An diesen Stationen sind Kabel und Stecker fest mit der Ladesäule verbunden. Supercharger der Version 3 verwenden ausschließlich CCS-Steckverbinder, weswegen Model S und X einen Adapter benötigen.[15]

China

In China wird als Ladestecker für Wechselstrom beim Standard GB/T 20234.2 eine Steckverbindung genutzt, die von ihrem mechanischen Aufbau der Typ-2-Steckverbindung entspricht. Im Gegensatz zum europäischen System sind jedoch „Stecker“ und „Kupplung“ vertauscht. Der Ladestecker für Gleichstrom entspricht dem Standard GB/T 20234.3 und ähnelt vom Erscheinungsbild CHAdeMO, ist zu diesem aber inkompatibel.

Ladeanschlüsse Übersicht

Die folgende Tabelle zeigt typische Stromquellen und deren Anschlüsse, die zum Aufladen von Elektrofahrzeugen genutzt werden.

Stromquelle Spannung/Strom/max. Leistungsabgabe AC/DC weitere Ladetechnik
Haushaltssteckdose Schuko einphasig 230 V/10 A/2,3 kW AC ICCB-Kabel („Ladeziegel“) mit passendem Stecker oder Direktanschluss im Fahrzeug; Schuko ist nur für kurzzeitige 16-A-Belastung geeignet und die ICCB daher meist auf 10 A gedrosselt
Steckdose CEE L+N+PE
(blau, „Camping-/Caravansteckdose“)		 einphasig 230 V/16 A/3,6 kW AC ICCB-Kabel mit passendem Fahrzeugstecker und entsprechendes Ladegerät im Fahrzeug
Steckdose CEE 3L+N+PE, 16 A
(rot, „Stark-/Drehstromsteckdose“) 		dreiphasig 400 V/16 A/11 kW AC (mobile) Wandladestation oder ICCB-Kabel mit passendem Fahrzeugstecker und entsprechendes Ladegerät im Fahrzeug
Steckdose CEE 3L+N+PE, 32 A
(rot, „Stark-/Drehstromsteckdose“) 		dreiphasig 400 V/32 A/22 kW AC (mobile) Wandladestation oder ICCB-Kabel mit passendem Fahrzeugstecker und entsprechendes Ladegerät im Fahrzeug
Steckdose CEE 3L+N+PE, 63 A
(rot) 		dreiphasig 400 V/63 A/43 kW AC (mobile) Wandladestation oder ICCB-Kabel mit passendem Fahrzeugstecker und entsprechendes Ladegerät im Fahrzeug
Ladestation Typ 1 stationsabhängig/typisch: 240 V/16 A/3,8 kW – 240 V/24 A/5,8 kW – 240 V/30 A/7,2 kW AC Typ-1-Ladeanschluss fahrzeugseitig und Bordladegerät mit entsprechender Leistungsaufnahme (noch nicht realisiert: 240 V/80 A)
Ladestation Typ 2 stationsabhängig/typisch: 3,6/11/22/43 kW AC Typ-2- oder Combo-2-Ladeanschluss fahrzeugseitig und Bordladegerät mit entsprechender Leistungsaufnahme (400 V/63 A/43 kW selten realisiert); je nach Stationsausstattung ist ein Anschlusskabel mitzubringen
Ladestation CCS Combo 1 DC (Standard für Nordamerika)
Ladestation CCS Combo 2 stationsabhängig/typisch: 50/100/150/300/350 kW DC CCS-Combo-2-Ladeanschluss fahrzeugseitig
Ladestation CHAdeMO stationsabhängig/typisch: 22/50 kW DC CHAdeMO-Ladeanschluss fahrzeugseitig
Ladestation Tesla Supercharger standortabhängig/typisch: 135/250 kW DC Fahrzeug der Marke Tesla

Batteriewechselstationen

Datei:Better Place Charging Station IMG 6670.jpg
Batteriewechselstation von Better Place, Israel 2013

Eine weitere Variante der Energieversorgung von Elektrofahrzeugen stellt der Batteriewechsel (battery swapping) dar. An Batteriewechselstationen werden die Batterien nicht im Auto mit Strom geladen, sondern gegen bereits geladene Batterien getauscht. Hierdurch spielt es keine Rolle, wie lange der Ladevorgang dauert, und bei ausreichend dichtem Stationsnetz werden unbegrenzt lange Fahrten möglich. Derartige Wechselakkusysteme sind vor allem im industriellen Bereich bei Flurförderfahrzeugen, wie Gabelstaplern, verbreitet.

In der Norm DIN IEC/TS 62840-1 werden die Komponenten und Funktionen einer Batteriewechselstation benannt:[16]

  • Austausch von Batteriepaketen
  • Lagerung von Batteriepaketen
  • Laden und Kühlen von Batteriepaketen
  • Prüfung, Instandhaltung und Sicherheitsmanagement von Batteriepaketen

Erster Anbieter einer solchen Lösung für PKW war das 2007 gegründete Unternehmen Better Place, die das Akkutausch-Konzept in Israel und Dänemark realisierte, bis es infolge mangelnder Rentabilität 2013 Insolvenz anmeldete. Auch beim Tesla Model S war ein Batteriewechsel vorgesehen und in Erprobung.[17][18] Die Lösung wurde vor allem umgesetzt, um Umweltauflagen der CARB zu erfüllen und Fördermöglichkeiten in den USA zu nutzen.[19]

Während der Olympischen Sommerspiele 2008 in Peking wurde für die rund 60 Elektrobusse eine Batteriewechselstation betrieben, in der den Bussen die leeren Akkus entnommen und aufgeladene wieder eingeschoben wurden. Diese Station hatte einen Stromanschluss von mehreren 100 kW. Weitere große Feldversuche gab es 2010 bei der Expo 2010 in Shanghai und den Asienspielen 2010.[20] Mit der Akkuwechsel-Technologie wird jedoch nur ein kleiner Teil der 400.000 Elektrobusse betrieben, die 2018 weltweit im Einsatz waren. In China sind es einige wenige Großstädte, in denen Busse mit dieser Technik eingesetzt werden.[20]

Ebenfalls im Segment PKW tätig ist der chinesische Automobilhersteller NIO, der für seine Fahrzeuge ab dem Jahr 2018 Akkuwechsel-Stationen entlang einer 2000 km langen Strecke in China errichtete.[21] Im Januar 2022 wurde die erste Wechselstation in Norwegen eröffnet, südwestlich von Oslo.[22]

Von dem BAIC-Tochterunternehmen BJEV wird dies in Beijing für Taxis propagiert; dabei soll der Wechselvorgang drei Minuten dauern.[23] Seit 2018 wird von BJEV ein PKW mit der Option angeboten, mit einer monatlichen Pauschale einen unbeschränkten Batterietausch nutzen zu können,[24] wodurch der Anschaffungspreis unter den eines Verbrennerfahrzeugs fallen kann.[20] Beide Unternehmen arbeiten mit Aulton zusammen,[25] einem 2016 gegründeten Unternehmen, das die Akkuwechsel-Patente und -Technologie bündelt.[20] Im September 2019 nahm die INFRAMOBILITY-Dianba GmbH in Berlin am Westhafen die erste europäische Aulton-Wechselstation in Betrieb.[26]

Induktivladeeinrichtungen

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Prototyp eines induktiven Ladesystems für PKW

Neben der Energieübertragung über Kabel und Steckverbindungen kann elektrische Energie auch über elektrische Wechselfelder induktiv übertragen werden. Neben der Vermeidung von verschleißenden Steckverbindungen an elektrisch leitenden Kontakten ist auch ein Berührungsschutz gegeben. Prinzipiell genutzt wird dabei die Transformatortechnik mit einer primärseitigen Erregerspule, die von Wechselstrom aus dem Stromnetz durchflossen wird. Den in der fahrzeugseitigen (Sekundärseite) Induktionsspule ausgekoppelten Wechselstrom wandelt das im Fahrzeug eingebaute Ladegerät in Gleichstrom und lädt die Antriebsbatterie.

Induktive Ladesysteme gibt es seit vielen Jahren. Das gleiche Prinzip nutzen auch akkubetriebene elektrische Zahnbürsten. Die gute Koppelung beider Spulen durch einen geringen Abstand verringert die Übertragungsverluste. Die Energie wird daher in besonderen Ladepositionen übertragen. Schon das Ladesystem Magne Charge, genormt in der amerikanischen Norm SAE J1773, nutzte in den 1990er-Jahren diese Technologie, auch wenn dort die Primärspule als eine Art Stecker in einen Ladeschlitz am Auto geschoben werden musste. Durch das Einschieben wurden die beiden Spulen optimal positioniert und durch den geringen Abstand die Induktionsverluste minimiert. Fahrzeuge mit diesem Ladestandard sind unter anderem die Elektroautos General Motors EV1 (1996), Chevrolet S-10 EV (1997) und Toyota RAV4 EV (1997) der ersten Generation. Das Laden mit 6,6 kW ist am weitesten verbreitet (Level 2). Für Level 3 mit bis zu 50 kW existierten Demonstratoren.[27] Das Ladesystem ist bei den noch aktiven Fahrzeugen noch immer im Einsatz, jedoch wurde kein Nachfolgesystem spezifiziert und es wird nicht mehr angeboten (Stand 2016). Im Spielfilm Gattaca wird der Einsatz gezeigt.

Im öffentlichen Straßenverkehr wurden seit 2002 in den italienischen Städten Genua und Turin Erfahrung mit Anlagen für Busse gesammelt, die an Haltestellen ihre Akkus induktiv nachladen können.[28][29] Auch in Deutschland werden Batteriebusse mit diesem Ladesystem erprobt, beispielsweise in Braunschweig und Berlin.[30] In Berlin werden dabei Ladeleistungen von bis zu 200 kW erzielt.[31] Die Universität Duisburg-Essen erprobt in Mülheim an der Ruhr seit 2021 das induktive Laden von Taxis am Taxistand.[32] Die deutschen PKW-Hersteller arbeiteten ebenfalls an induktiven Lademöglichkeiten, um ein Laden ohne Stecker anbieten zu können. Das von BMW 2018 einführte System[33][34] ist aber bei BMW nicht mehr bestellbar. Die Ladeleistung ist für die immer größer werdenden Batterien nicht ausreichend.

Im industriellen Bereich ist die induktive Energieübertragung beispielsweise für fahrerlose Transportfahrzeuge während der Fahrt bereits seit vielen Jahren kommerziell verfügbar. Die Fraunhofer-Gesellschaft hat 2015 Tests mit bis zu Tempo 30 km/h durchgeführt.[35][36]

Ladeleistung und -dauer

Schnellladestationen bieten derzeit (Stand 09/2020) Ladeleistungen von bis zu 350 kW an.[37][38] Bei typischen Verbräuchen von Elektroautos von 15 bis 25 kWh für 100 km Fahrleistung ergibt sich, dass man in 5 Minuten Ladezeit Elektrizität für teils deutlich über 100 km nachladen kann.[39][40][41][42]

Die Ladedauer hängt zum einen von der maximalen Ladeleistung der Ladestation ab als auch von der technischen Ausstattung des Elektroautos. Im Internet findet man Ladezeitenrechner, die bei Angabe des Elektroautomodells angeben, wie schnell dieses maximal geladen werden kann. Dabei wird zwischen Laden mit Gleichstrom und Wechselstrom unterschieden.[43]

Ladeleistung mit Wechselstrom und Gleichstrom

Im Stromnetz liegt der elektrische Strom als Wechselstrom vor. Akkus brauchen zum Aufladen jedoch Gleichstrom. Die Umwandlung von Wechselstrom zu Gleichstrom wird durch elektronisch gesteuerte Ladegeräte durchgeführt. Das Ladegerät kann entweder in der Ladestation oder im Elektroauto verbaut sein. Je höher die Spannungen und Ströme bzw. die Ladeleistung sind, um so teurer werden die Ladegeräte. Ladestationen, die nur Typ 2 – also Wechselstrom – anbieten, sparen sich das Ladegerät. Solche Ladestationen können schon für etwa 1000 Euro installiert werden.[44] Ladestationen, die Gleichstrom – also CHAdeMO und/oder CCS oder Tesla Supercharger – anbieten, benötigen das Ladegerät in der Ladestation. Solche Ladestationen können 50.000 Euro und mehr kosten.[45][46] Deshalb sind aus Kostengründen die mit Abstand meisten Ladestationen in Deutschland und Europa vom Typ 2, also mit Wechselstrom (s. Infrastruktur).[47]

Die an den Ladestationen angebotene Ladeleistung ist ein wesentlicher Faktor für die Ladedauer. In Deutschland (Stand 2016) weit verbreitet sind Typ-2-Wechselstrom-Ladestationen mit 11 kW oder 22 kW. Vereinzelt werden Typ-2-Anschlüsse mit 43 kW angeboten. Höhere Ladeleistungen bieten die Gleichstrom-Ladestationen. Für CHAdeMO und CCS waren 2016 Ladeleistungen von bis zu 50 kW üblich. Seit März 2018 sind auch Ladeleistungen von bis zu 350 kW technisch möglich (s. Ultra-Schnellladesäulen).[48][49][50]

Entscheidende Faktoren für eine Schnellladung

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Nur im letzten Absatz ein Beleg --Wikisympathisant (Diskussion) 18:13, 7. Jun. 2021 (CEST)

Die Ladedauer hängt sowohl von der Leistungsfähigkeit der Ladestelle als auch von der technischen Ausstattung des Fahrzeugs, vom Akku-Typ und der Temperatur des Akkus ab. An einem Ladepunkt, dessen Leistungsfähigkeit gering ist, benötigt auch ein schnellladefähiges Fahrzeug eine sehr viel längere Ladezeit. Wie auch umgekehrt ein Fahrzeug mit schlechter Ausstattung an einer Schnellladestelle nur sehr langsam laden kann.

Auf Seiten der Ladestelle kann die Begrenzung der maximal möglichen Leistungsabgabe bedingt sein von einer begrenzten Kapazität des Netzanschlusses und vom verwendeten Steckersystem. Stationen mit mehreren Ladeanschlüssen können die zur Verfügung stehende Ladeleistung auch auf mehrere Fahrzeuge aufteilen. Bei Gleichstromladestationen kommt zudem die Leistungsfähigkeit der darin eingebauten Ladegeräte hinzu. Alle anderen Limitierungen wie Absicherung oder Kabelquerschnitte ordnen sich diesen Gegebenheiten unter.

Haupteinflussfaktor fahrzeugseitig für eine Schnellladung ist neben dem Typ und der Kapazität des aufzuladenden Akkus bei Wechselstromladung vor allem die Leistungsfähigkeit des verbauten Bordladers. Bei heute genutzten Kapazitäten von 10 bis 90 kWh sind für Ladezeiten unter 30 Minuten Ladeleistungen von 20–180 kW notwendig, ohne dabei Hemmnisse wie u. a. Strombegrenzungen im oberen Ladebereich des Akkus zu berücksichtigen. Eine haushaltsübliche Schuko-Steckdose liefert 2,5 bis 3,6 kW; ein 400-V-/16-A-Anschluss 11 kW; ein 32-A-Anschluss 22 kW; ein 63-A-Anschluss 43 kW. Es zeigt sich, dass die verbreiteten Drehstrom-Anschlüsse bei den derzeit am weitesten verbreiteten Akkukapazitäten von rund 20 kWh und der bis 43 kW spezifizierte Typ-2-Stecker eine Aufladung in weniger als einer Stunde ermöglichen. Der Ladestrom muss akkuabhängig begrenzt werden, um Schäden an den Zellen zu vermeiden. Bei den lithiumbasierten Zellen, aus denen die Antriebsbatterien heutiger Elektrofahrzeuge bestehen, werden von den Herstellen meist 0,5 C bis 1 C und damit eine Ladezeit von unter 2 Stunden als Normalladung empfohlen.[51] Ladegeräte, die im Fahrzeug mitgeführt werden, begrenzen häufig den Ladestrom, obwohl der Akkumulator selbst auch schneller geladen werden könnte. So werden bei vielen deutschen Elektroautos heute Bordlader mit einer Leistung von lediglich 3,6 kW verbaut, was zu Ladezeiten von 6 bis 8 Stunden führt.

Ladeverfahren

Als Ladeverfahren kommen meist das IU-Ladeverfahren (CCCV) oder Abwandlungen davon zum Einsatz. Bei der sogenannten Schnellladung wird der Akkumulator häufig nur zu etwa 80 % aufgeladen. Bis zu dieser Grenze kann zumeist die volle Leistungsfähigkeit der Ladeelektronik genutzt werden. Danach muss der Ladestrom begrenzt werden, um das Überladen der Akkuzellen zu vermeiden, was jedoch eine sehr zeitintensive „Vollladephase“ nach sich zieht. Es ist daher aus zeitlicher Sicht effektiver, die Ladung bereits bei 80 % zu beenden. Moderne Akkus können in 20–30 Minuten auf 80 % aufgeladen werden.

Ladegeräte im Elektroauto

Um mit Typ 2 – also Wechselstrom – laden zu können, brauchen die Elektroautos ein eingebautes Ladegerät. Um Kosten, Bauraum und Gewicht zu sparen, verbauen viele Hersteller nur ein Ladegerät für kleine Ladeleistungen, was dazu führt, dass die Ladezeit deutlich ansteigt. So kann etwa der BMW i3 nur mit maximal 7 kW bzw. 11 kW an Typ 2 laden, auch wenn 22 kW oder 43 kW angeboten werden. Dagegen kann der BMW i3 über CCS mit 50 kW laden, was zeigt, dass der Akku derart große Ladeströme verarbeiten kann. Auch beim neuen Nissan Leaf (2017) kann das Ladegerät bei Typ 2 nur einphasig statt dreiphasig laden, was die Ladeleistung auf ein Drittel der angebotenen Leistung senkt. Bei CHAdeMO kann der Nissan Leaf jedoch ebenfalls mit 50 kW laden (s. Ladetechnik beim neuen Nissan Leaf). Der Renault Zoe kann bei Typ 2 mit 22 kW laden und mit dem Q-Motor (Q90 Q210) mit 43 kW AC (s. Ladesystem beim Renault Zoé).

Ultra-Schnellladesäulen

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HyperCharger (HPC) SachsenEnergie in Sebnitz

Die Bezeichnung Ultra entstand 2016 in Abgrenzung von den vorherigen Fast-Charge Schnellladesäulen. Im Projekt "Ultra-E", das über die EU co-finanziert wurde, sollte ein Korridor von den Niederlanden über Belgien und Deutschland bis nach Österreich entstehen. Die Studiengruppe weist aus, dass bei einer Ladezeit von maximal 20 Minuten für Geschäftsreisende der Komfort vor den Preis rückt. Dafür sind Ladeleistungen ab 150 kW notwendig, und bei einer Batterie-Kapazität von 100 kWh ergibt sich eine Auslegung der Ladepunkte mit 350 kW.[52][53] Für die daraufhin entwickelten Schnelllader wird im deutschsprachigen Raum die Bezeichnung High-Power-Charging (HPC) verwendet.[54] Für entsprechend ausgerüstete Fahrzeuge ist dort das Nachladen einer Reichweite von 300 km in 20 Minuten möglich. Die Ladesäulen sind mit CCS-Steckern versehen und kompatibel für Fahrzeuge mit 50-kW-CCS-Lader. An solchen Ladestationen sollen auch Busse, LkWs und sonstige Nutzfahrzeuge aufgeladen werden können.[55][56]

Die Autohersteller VW, Daimler, BMW, Ford und Hyundai hatten bis um das 2020 mit dem Unternehmen Ionity im größten Teil Europas ein Netz von Ultra-Schnellladesäulen mit 350 kW Ladeleistung errichtet, das in der Folge weiter verdichtet wurde. Die Ladestationen sind an Autobahnen und vielbefahrenen Durchgangsstraßen platziert. Als Stecker wird das Combined Charging System (CCS) verwendet. Eine formelle Zulassungsbeschränkung Fahrzeuge anderer Hersteller besteht nicht, der hohe Ladepreis sorgt bei deren Nutzern jedoch für Unmut.[57][58]

Der niederländische Schnellladeanbieter Fastned baut auch in Deutschland Ultra-Schnellladesäulen mit Leistungen zwischen 150 kW und 350 kW auf. In den Niederlanden besitzt Fastned bereits ein Netz von Schnellladestationen meist auf Autobahnraststätten.[59] Ziel des Unternehmens ist es, in Europa ein Netzwerk von über 1.000 solcher Schnellladestationen zu errichten, davon mehrere Hundert in Deutschland.[60] Im März 2018 nahm Fastned die erste Lädesäule mit 350 kW Ladeleistung in der Nähe von Amsterdam in Betrieb.[61] Im Juni 2018 nahm die erste 350-kW-Ladestation von Fastned in Deutschland bei Limburg ihren Betrieb auf.[62] Dies ist anfänglich auf zwei Ladepunkte mit je 175 kW verteilt, die sich später für 350 kW zusammenschalten lassen sollen.[63] Bis Anfang 2021 hatte Fastned 125 Ultra-Schnelladesäulen eingerichtet, davon 18 in Deutschland und zwei in der Schweiz.[64] Insgesamt hat Fastned in der Schweiz den Auftrag für 20 Ultra-Schnelladesäulen vom Bundesamt für Strassen erhalten. Auch Gotthard Fastcharge (GOFAST), mehrheitlich im Besitz von Energie 360°, Groupe E, Primeo Energie/Alpiq E-Mobility und SOCAR Energy Switzerland haben den Auftrag bekommen, je 20 Ultra-Schnelladesäulen in der Schweiz zu bauen.[65]

Im März 2018 nahm der Windenergiekonzern Enercon die erste Ultraschnellladesäule mit 350 kW in Aurich (Ostfriesland) in Betrieb. Kernkomponenten sind Wechselrichter, die Enercon auch in seinen Windrädern verbaut. Ein weiteres zentrales Element der Ladesäule ist ein Batteriespeicher, so dass der Strom langsam und damit schonend oder bei Stromüberschuss schnell aus dem Netz in den Zwischenspeicher entnommen werden kann und später mit 350 kW schnell an das Elektroauto übertragen werden kann.[66]

Im Juli 2020 gab Aral bekannt, 100 Ultraschnelladesäulen binnen eines Jahres aufzubauen.[67] Im Februar 2021 waren diese 100 Ladepunkte an 25 Tankstellen betriebsbereit.[68] Aral erweiterte die Planungen dann auf 500 Ladepunkte mit bis zu 350 Kilowatt Ladeleistung an 120 Tankstellen bis zum Jahresende[veraltet].[68]

In Deutschland gibt es derzeit (Stand 07/2022) etwa 3.200, europaweit etwa 8.300 Ladestandorte mit mindestens 100 kW Ladeleistung.[69][70]

Für das geplante Deutschlandnetz ist vorgesehen, bis Ende 2023 mehr als 8.000 Ladepunkte herzustellen. Sie müssen eine Nenn-Ladeleistung von mindestens 300 kW pro DC-Ladepunkt aufweisen und auch bei Vollauslastung eines Standorts müssen mindestens 200 kW je Ladepunkt gewährleistet werden.[71]

Weiterentwicklung der Ladeleistung

Seit März 2018 sind die ersten 350-kW-Ladestationen im realen Betrieb.[72] (siehe oben Ultra-Schnellladesäulen)

Für hohe Ladeleistungen ist die Kühlung der Kabel erforderlich. Gekühlte Kabel sind seit 2018 am Markt verfügbar; sie wurden von ihren deutschsprachigen Herstellern unter dem Begriff „High Power Charging“ (HPC) entwickelt.[73][74] Ein früherer Feldversuch von Tesla wurde 2016 abgebrochen.[75] Für das HPC-Ladesystem erschien 2020 die überarbeitete Richtlinie IEC/TS 62196-3-1; IEC 61851-23 soll aktualisiert werden.[76] Demnach wird eine maximale Kontakttemperatur von 90 Grad Celsius und eine maximale Temperatur der berührbaren Teile von 60 Grad Celsius erlaubt. Eine spezielle Norm für gekühlte Ladekabel wird ebenfalls vorbereitet.[74]

Ende 2018 zeigte eine Allianz der Unternehmen Allego, Porsche, Phoenix Contact und BMW eine öffentliche Station mit gekühlten Ladekabeln, die eine Leistung von 450 kW erreicht.[77][78] Nutzer berichteten, dass der Prototyp dieser Ladestation durch die leistungsfähigen Kühlsysteme relativ laut ist.[79] Chinesische Hersteller beginnen 2022 mit dem Aufbau von Ladesäulen mit 480 kW beziehungsweise 500 kW, wobei kurzzeitig bis zu 650 A bereitgestellt werden.[80]

Für Lastkraftwagen mit erwarteten Batteriegrößen von 200-600 kWh wird gefordert, dass diese mit einer Ladeleistung von mindestens einem Megawatt geladen werden müssen, um in 20-30 Minuten etwa 80 % Akkuladestand erreichen zu können. Eine Vereinigung von Unternehmen entwickelt hierfür das Megawatt-Ladesystem MCS mit einer Stromstärke von maximal 3000 Ampere bei maximal 1500 Volt Spannung.[81] Im Juni 2022 wurde ein Prototyp des vorgesehenen dreieckigen Steckers gezeigt.[82]

Anschluss an das Verteilnetz

Ladestationen werden üblicherweise in der Niederspannungsebene (230/400 Volt) an das Verteilnetz angeschlossen. Die Niederspannungsanschlussverordnung berechtigt den Verteilnetzbetreiber, „in Form von Technischen Anschlussbedingungen (TAB) weitere technische Anforderungen an den Netzanschluss und andere Anlagenteile sowie an den Betrieb der Anlage einschließlich der Eigenanlage festzulegen, soweit dies aus Gründen der sicheren und störungsfreien Versorgung, insbesondere im Hinblick auf die Erfordernisse des Verteilernetzes, notwendig ist“. In den TAB darf auch „der Anschluss bestimmter Verbrauchsgeräte … von der vorherigen Zustimmung des Netzbetreibers abhängig gemacht werden“.[83] In der aktuellen Fassung der TAB Niederspannung ist festgelegt, dass der Anschluss von Ladestationen beim Netzbetreiber angemeldet werden muss und ab einer Nennleistung von 12 kW der vorherigen Beurteilung und Zustimmung des Netzbetreibers bedarf. Der einphasige Anschluss von Verbrauchsgeräten ist nur bis zu einer Bemessungsscheinleistung von 4,6 kVA zulässig. Darüber ist eine gleichmäßige Aufteilung der Leistung auf die drei Außenleiter zu gewährleisten.[84]

Das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE veröffentlichte im April 2019 die Neufassung der Technischen Anschlussregeln Niederspannung.[85] Darin werden neue Anforderungen an Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge definiert. In Übereinstimmung mit den Technischen Anschlussbedingungen (TAB) Niederspannung sind Ladeeinrichtungen ab einer Bemessungsleistung größer 4,6 kW beim Netzbetreiber anzumelden. Außerdem wird ein netzdienliches Verhalten der Ladeeinrichtung gefordert, zum Beispiel eine Blindleistungsregelstrategie. Mit diesen neuen Anforderungen sollen Voraussetzungen für eine Integration größerer Stückzahlen von Elektroautos in die Niederspannungsnetze geschaffen werden.

Der Anschluss von Ladestationen für Elektrofahrzeuge ist in VDE 0100-722 geregelt.[86] Pro Elektrofahrzeug ist eine separate Sicherung und ein separater Fehlerstrom-Schutzschalter (FI, RCD) zu verwenden. Bei der Ladung von Elektrofahrzeugen können Gleichfehlerströme auftreten. In der Wechselstrominstallation von Wohngebäuden normalerweise verwendete Fehlerstromschutzschalter des Typs A sind dafür nicht ausgelegt und würden dann nicht abschalten. Deshalb müssen Fehlerstromschutzschalter des Typs B verwendet werden. Diese schalten auch bei Gleichfehlerströmen ab.[87] Fehlerstromschutzschalter des Typs B dürfen nicht hinter Fehlerstromschutzschaltern des Typs A installiert werden. Fehlerstromschutzschalter des Typs B sind auch in Kombination mit Leitungsschutzschaltern als Kombischutzschalter verfügbar. Diese können auch Bestandteil der Ladestation sein.

Für Schnellladestationen mit mehr als 100 Kilowatt kann je nach Ausbauzustand des Verteilnetzes und Netzbelastung festgelegt werden, sie an einen separaten Trafo-Abgang anzuschließen. Noch größere Ladestationen, die das gleichzeitige Laden an mehreren Schnellladestationen erlauben, können einen Mittelspannungsanschluss mit eigener Trafostation erfordern.

Lastmanagement

Unter Umständen sind lokale Netze oder Netze in Gebäuden nicht ausreichend für die Anforderungen der Elektromobilität dimensioniert. Hier sind gegebenenfalls Lastmanagementsysteme erforderlich. Diese verhindern, dass das jeweilige Netz durch die Ladevorgänge überlastet wird.

Akkus als Puffer in Ladestationen

Für Schnellladestationen mit hoher Ladeleistung gibt es erste Anwendungen mit Batteriespeicher als Zwischenspeicher (Puffer), durch den das Stromnetz entlastet wird. Der Puffer wird langsam aus dem Stromnetz geladen und kann dann schnell den Strom an das Elektroauto abgeben. Somit wird das Stromnetz nicht belastet und Schnellladestationen sind auch in Gegenden mit schwachem Stromnetz möglich.[88][66][89][90][91][92] Diese spezielle Betriebsart unterscheidet Pufferspeicher von einem ansonsten ähnlichen Batterie-Speicherkraftwerk.

Nutzung der privaten Stellplätze

BMW-Wandladestation für Stellplatz oder Garage

Privat genutzte Elektrofahrzeuge werden mehrheitlich zu Hause oder auch an der Arbeitsstelle geladen. Nur ein kleiner Teil entfällt auf öffentliche Ladestationen.[93]

Einige Hersteller von Garagen bieten als Zusatzausstattung Elektroinstallationen an. Es gibt jedoch praktisch keine Standardpakete für das Aufladen von Elektroautos in Fertiggaragen. Kleinere Elektrofahrzeuge wie Elektrofahrräder, Elektromotorräder und kleine Elektroautos verfügen über eine kleine Batteriekapazität und können mit einfachen Mitteln (230 V, 16 A, übliche Haushaltssteckdosen) aufgeladen werden. Für Elektroautos mit einer größeren Batteriekapazität gibt es wasserdichte Ladeeinheiten, die die Ladeleistung runterregeln, damit über ungenügend abgesicherte bzw. mit veralteten Leitungen angeschlossene Haushaltssteckdosen auch viele Stunden gefahrlos geladen werden kann. Das Laden über eine Haushaltssteckdose ermöglicht größeren Elektroautos allerdings nur eine Reichweite von 10 bis 25 km je Stunde Ladezeit.

Wandladestationen werden üblicherweise an 400-V-/16-A- oder 32-A-Drehstrom angeschlossen. Damit wird eine höhere Ladeleistung von 11 oder 22 kW erlaubt, womit Reichweiten von um die 100 km je Stunde Ladezeit erzielt werden. Ladeleistungen von 50 kW und mehr sind hingegen für Haushalte impraktikabel.[94]

In jedem Fall müssen die Installationsvorschriften der Hersteller beachtet und die Installation von einer zugelassenen Elektrofachkraft durchgeführt werden.

Öffentlich zugängliche Ladepunkte

Ladesäulenverordnung

Das Bundeswirtschaftsministerium erließ am 9. März 2016 eine Ladesäulenverordnung für Deutschland.[95] Hintergrund war die Umsetzung der EU-Richtlinie 2014/94/EU mit dem Ziel der Schaffung einer einheitlichen standardisierten Lade-Infrastruktur bei neu zu errichtenden Ladepunkten.[96] Dazu wurde eine Ladebuchse Typ 2 nach DIN EN 62196-2 bzw. Ladekupplung Typ Combo 2 DIN EN 62196-3 zum verpflichtenden Standard an öffentlichen Ladepunkten erhoben. Andere Steckerstandards sind bei Neuerrichtungen nur noch zusätzlich – aber nicht mehr eigenständig – zulässig.

Ladepunkt

Ein Ladepunkt wird als Einrichtung definiert, an der zur gleichen Zeit nur ein Elektromobil aufgeladen werden kann. Ladesäulen, an denen mehrere Fahrzeuge gleichzeitig laden können, bestehen demnach aus mehreren Ladepunkten, die alle mindestens jeweils die geforderten Steckverbindungen aufweisen müssen. Ein Ladepunkt ist „öffentlich, wenn er sich entweder im öffentlichen Straßenraum oder auf privatem Grund befindet, sofern der zum Ladepunkt gehörende Parkplatz von einem unbestimmten oder nur nach allgemeinen Merkmalen bestimmbaren Personenkreis tatsächlich befahren werden kann.“[97]

Abrechnung

Datei:Dresdner Verkehrsbetriebe Service Point - Pirnaischer Platz - MOBI - eCAR Sharing -DREWAG - STROM TANKSTELLE in Dresden - Bild 001.jpg
DREWAG – STROM TANKSTELLE in Dresden – Pirnaischer Platz

Die in dem Entwurf vorgestellten Regelungen wurden kontrovers diskutiert.[98][99][100] So wies der Bundesverband Solare Mobilität in einer Stellungnahme auf grundsätzliche Abweichungen zum umzusetzenden EU-Beschluss hin und befürchtete eine Ausgrenzung von privaten und halböffentlichen Ladestellenanbietern.[101] Am 29. März 2017 wurde eine Verordnung zur Änderung der Ladesäulenverordnung erlassen.[102] Darin wird unter anderem geregelt, dass Betreiber von Ladepunkten jedem Nutzer von Elektromobilen das punktuelle Laden ohne vorherige Authentifizierung ermöglichen müssen. Dies kann durch kostenlose Abgabe der Energie oder gegen Zahlung erfolgen

  • mittels Bargeld in unmittelbarer Nähe zum Ladepunkt oder
  • mittels eines gängigen kartenbasierten Zahlungssystems bzw. Zahlungsverfahrens oder
  • mittels eines gängigen webbasierten Systems.

Mit der Neuregelung soll eine ungehinderte betreiber-, kommunen- und länderübergreifende Nutzung von Elektromobilen ermöglicht werden. Diese wurde durch teilweise je nach Betreiber des Ladepunktes bzw. nach einzelnen Kommunen differierende Freischaltungen zum Beispiel mittels unterschiedlicher RFID-Karten erschwert bzw. ausgeschlossen.

Für die Abrechnung – entsprechend der Kraftstofftankuhr – wird ein Referenzmessgerät für Ladevorgänge entwickelt.[103]

Kostenloses Aufladen

An einer Reihe von Ladestationen kann Strom für Elektroautos kostenlos geladen werden, z. B. auf Parkplätzen von Geschäften.[104] Das kostenlose Aufladen während des Einkaufs dient für solche Geschäfte, etwa Supermärkte, als Kunden-Werbung.[105] So werden Elektroautofahrer in diese Geschäfte gelockt und bleiben während des Ladevorgangs länger in den Geschäften.

Betreiberverbünde

Seit 1992 bietet Park & Charge Lademöglichkeiten für E-Mobile auf reservierten Parkplätzen an. Seit 1997 gibt es das Park&Charge-System mit dem gleichen Schlüssel auch in Deutschland. Es sind 143 Standorte in Deutschland in Betrieb (Stand 12. September 2011) (in der Schweiz: 235, in Österreich 69). Die Grundidee des seit 2006 existierenden Drehstromnetzes ist die nichtkommerzielle Bereitstellung einer Lademöglichkeit auf Gegenseitigkeit.[106] Durch die Bemühungen, vermehrt Elektroautos einzuführen, werden weltweit weitere Systeme geplant und betrieben.

Da die meisten Verbünde ein eigenes Bezahlsystem etablieren, hat der Elektroautofahrer Probleme mit der Vielzahl unterschiedlicher Bezahlverfahren. Jedoch etablieren sich hier Bezahlkarten wie etwa NewMotion, die bei fast jedem Verbund in ganz Europa nutzbar sind. In der Schweiz wurde diesbezüglich im Juni 2017 die MOVE Mobility AG als Gemeinschaftsunternehmen von den Energiedienstleistern Alpiq, EBM, EWB und Groupe E gegründet.[107]

In jüngerer Zeit ist die Anzahl dieser Verbünde stark gestiegen. So zählt man im Juni 2018 mehr als 50 solcher Verbünde allein in Deutschland.

Bemerkenswert sind private Initiativen. So gibt es etwa eine Crowdfunding-Gemeinschaft, die auf eigene Kosten Ladestationen für alle zugänglich überall dort aufstellt, wo es noch Versorgungslücken gibt. Dabei werden auch Partner am Standort gesucht, die von der Installation einer Ladestation profitieren und deshalb etwa die laufenden Stromkosten übernehmen, damit das Aufladen kostenlos bleibt.[108]

Ladestation-Verzeichnisse

Ladestationen sind in üblichen Straßenkarten oder Navigationssystemen kaum bis gar nicht verzeichnet, zudem gibt es bei Ladestationen laufend Änderungen im Leistungsumfang. Störungsmeldungen sind in der Routenplanung zu berücksichtigen.

Gute Verzeichnisse (für Beispiele siehe Abschnitt Weblinks) von Ladestationen sind daher oft redaktionell betreut und online zugänglich. Störungen können mittels Smartphone-App kurzfristig und unbürokratisch allen Anwendern mitgeteilt werden. Häufig können aktuelle Daten aus den Ladestation-Verzeichnissen in die Navigationssysteme der Elektroautos eingespielt werden.

Ladestation-Identifikation EVSEID

Ladestationenbetreiber benötigen für eine länderübergreifende Verrechnung ähnlich dem Mobilfunk-Roaming-System für ihre Ladestation eine eindeutige ID. Dies erfolgt mittels Ladepunkt-Identifikation (EVSEID en:Electric Vehicle Supply Equipment ID). Die EVSEID-Kennung besteht aus dem Länderkürzel (DE), der EVSE-Operator-ID (3 Stellen), der ID-Type (E) und der Power-Outlet-ID (bis zu 30 Stellen).[109]

Seit dem 1. März 2014 vergibt der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) auf Anfrage gegen eine Gebühr einheitliche Identifikationsnummern für Betreiber von für die Öffentlichkeit vorgesehenen Ladesäulen in Deutschland, wodurch der Aufbau eines Roamingsystems auf dem Gebiet der Elektromobilität ermöglicht wird.[110][111]

Ausblick

Im Hinblick auf die Ladesäulen gibt es bereits weiterführende Konzepte. Ein dichtes Ladesäulennetzwerk mit hohen Ladeleistungen würde große Antriebsbatterien in Elektroautos überflüssig machen.[112] Antriebsbatterien mit hoher Zyklusfestigkeit und mittlerer Ladekapazität würden dann ausreichen (s. a. Akku-Kapazität).

Es gibt weiterhin Konzepte, Elektroautos mittels Vehicle-to-Grid-Technik mit dem Stromnetz interagieren zu lassen und somit als Stromspeicher und Lieferant von Systemdienstleistungen einzusetzen. Elektroautos wie auch Plug-in-Hybrid können bei (regenerativen) Überschüssen im Stromnetz geladen werden und bei Energiemangel Energie in das Stromnetz zurückspeisen. Auf diese Weise könnten E-Autos einen großen Teil der steuerbaren Energieaufnahme liefern.[113][114] Für Batterie-Hausspeicher mit CHAdeMO-Fahrzeugen gibt es bereits erste Anwendungen.

Normen, Überprüfungen, Kommunikationsprotokolle

Normen

In DIN VDE 0100-722 VDE 0100-722:2016-10 – Errichten von NiederspannungsanlagenVDE 0100-722 (Stromversorgung für Elektrofahrzeuge), Normenreihe IEC 63110, Teil 7-722: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Stromversorgung von Elektrofahrzeugen.[115] In Österreich wurde z. B. die OVE EN 50620 (Ladeleitung für Elektrofahrzeuge), ÖVE/ÖNORM E 8001-4-722 (Stromversorgung für Elektrofahrzeuge), die ÖVE/ÖNORM EN 61851 (Elektrische Ausrüstung von Elektro-Straßenfahrzeugen – Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge) und die ÖVE/ÖNORM EN 62196-3 (Stecker, Steckdosen und Fahrzeugsteckvorrichtungen) eingeführt bzw. angepasst bzw. erweitert.

Überprüfungen

Ladestationen für Elektrofahrzeuge müssen, wie alle elektrischen Anlagen, einer Erstprüfung bei Errichtung bzw. Inbetriebnahme der Anlage und regelmäßigen Wiederholungsprüfungen unterzogen werden und es ist dies zu dokumentieren. Aufgrund einiger Besonderheiten von Ladestationen für Elektrofahrzeuge, z. B. eigene Normen für Ladestationen, besondere Herstellervorgaben, geringe Schleifenimpedanz, höherer Spannungsabfall bei längeren Zuleitungen zum Fahrzeug, spezielle Steckverbindungen, sind für die Prüfungen an den Prüfer und die Messgeräte höhere Anforderungen gegeben.

Die Prüfung muss die Wirksamkeit der Schutzmaßnahmen und die Einhaltung der technischen Normen sowie besondere Herstellervorgaben für einen sicheren und bestimmungsgemäßen Betrieb erfüllen und dokumentieren.

Kommunikationsprotokolle

Das Open Charge Point Protocol (deutsch: Freier Ladepunkt-Kommunikationsstandard) ist ein universelles Anwendungsprotokoll, das die Kommunikation zwischen Ladestationen für Elektroautos und einem zentralen Managementsystem standardisiert.[116]

Siehe auch

Literatur

Allgemein:

  • Jürgen Klinger: Ladeinfrastruktur für Elektromobilität im privaten und halböffentlichen Bereich: Auswahl, Planung, Installation. VDE-Verlag, Berlin, Offenbach [2018], ISBN 978-3-8007-4417-6.
  • Fritz Staudacher: Elektromobilität: Theorie und Praxis zur Ladeinfrastruktur. Hüthig, München [2020], ISBN 978-3-8101-0508-0.

Hinweise zum Eichwesen, zu Normen, Richtlinien und Verordnungen:

  • Tatyana Sheveleva: Metrologischer Kundenschutz beim eichrechtskonformen Laden und Abrechnen der Elektrizität im Anwendungsbereich der Elektromobilität. (= [Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Herausgebendes Organ):] PTB-Bericht, Reihe E: Elektrizität; 115) Fachverlag NordWest in der Carl Schünemann Verlag GmbH, Bremen 2019, ISBN 978-3-95606-465-4.
  • Rolf Rüdiger Cichowski: Elektroinstallation und Ladeinfrastruktur der Elektromobilität: Errichten von Niederspannungsanlagen im Zeitalter von E-Mobility unter Berücksichtigung von DIN VDE 0100-722, DIN IEC 60364-8-2 (VDE 0100-802), DIN EN IEC 61851-1 (VDE 0122-1), DIN EN 61439-7 (VDE 0660-600-7), DIN 18015-1, VDI 2166 Blatt 2, VdS 3471 sowie den VDE-Anwendungsregeln VDE-AR-N 4100 (TAR Niederspannung) und VDE-AR-E 2510-2. (= VDE-Schriftenreihe – Normen verständlich; 175) VDE-Verlag, Berlin, Offenbach [2021], ISBN 978-3-8007-5489-2.

Weblinks

Commons: Elektro-Ladestationen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Verbände:

Verzeichnisse:

Einzelnachweise

  1. ↑ Anton Karle: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis. München 2016, S. 102.
  2. ↑ Günther Brauner: Energiesysteme: regenerativ und dezentral. Strategien für die Energiewende. Wiesbaden 2016, S. 119.
  3. ↑ goingelectric Stromtankstellenverzeichnis, Ort Stuttgart eingeben. goingelectric.de, 9. Juni 2016, abgerufen am 9. Juni 2016.
  4. ↑ Baden-Württemberg bekommt flächendeckendes Ladenetz. goingelectric.de, 27. Juni 2018, abgerufen am 30. Juni 2018.
  5. ↑ Share&Charge. Share&Charge, 15. August 2016, abgerufen am 20. September 2016.
  6. ↑ goingelectric.de Statistik Stromtankstellen Deutschland. Abgefragt am 3. Juli 2019.
  7. ↑ goingelectric.de Statistik Stromtankstellen Europa. Abgefragt am 6. Juli 2018.
  8. ↑ ec.europa.eu
  9. ↑ Pressemitteilung vom 9. Februar 2015 EU to support development of electric vehicle transport roads in northern Europe. Projekt-Nr.: 2013-EU-92043-S; abgerufen am 9. Februar 2017.
  10. ↑ CEGC – Home. Abgerufen am 8. Juni 2017 (britisches Englisch).
  11. ↑ Welcome to the Innovation & Networks Executive Agency – Innovation and Networks Executive Agency – European Commission. Abgerufen am 8. Juni 2017 (englisch).
  12. ↑ IEC releases final draft standards for EV charging. IEC, Genf, 3. Oktober 2011, abgerufen am 17. Dezember 2015.
  13. ↑ Zitat: Der dreiphasige Stecker ist im europäischen Raum am weitesten verbreitet und wurde als Standard festgelegt. mobilityhouse.com, 20. Mai 2016, abgerufen am 20. Mai 2016.
  14. ↑ CHAdeMO 2.0 ermöglicht bis zu 400 kW Ladeleistung. Abgefragt am 30. Juni 2018.
  15. ↑ Schnellladen an Superchargern. Tesla, abgerufen am 10. Dezember 2020.
  16. ↑ Batteriewechselsysteme für Elektrofahrzeuge. Teil 1: Allgemeines und Leitfaden. Ankündigungstext zu DIN IEC/TS 62840-1. In: vde-verlag.de. August 2017, abgerufen am 6. November 2019.
  17. ↑ FocusOnline, 24. Juni 2013: Voller Akku in 90 Sekunden. Aufgerufen am 7. Dezember 2015.
  18. ↑ AutoBild, 22. Dezember 2014: Tauschen statt Tanken. Aufgerufen am 7. Dezember 2015.
  19. ↑ Roman Domes: Tesla stößt an seine Grenzen. Zeit Online, 9. Januar 2015, aufgerufen am 7. Dezember 2015.
  20. ↑ a b c d Electric Vehicle of the Future. Ontec Energy Limited, abgerufen am 4. November 2019.
  21. ↑ Nio completes first battery swapping route. electrive.com, 20. Januar 2019. Abgerufen am 17. August 2019.
  22. ↑ https://insideevs.com/news/561903/norway-nio-first-battery-swap/
  23. ↑ BAIC BJEV Announces “Optimus Prime Plan” Combining Battery Swapping, Energy Storage, and Solar Models. In: http://en.cnesa.org/. China Energy Storage Alliance, 11. Dezember 2017, abgerufen am 4. November 2019.
  24. ↑ Nora Manthey: China: Beijing Electric Vehicle bets on battery-swap. In: electrive.com. 8. Juli 2018, abgerufen am 3. November 2019.
  25. ↑ Battery swapping key to low-cost electric vehicles. (Memento vom 4. November 2019 im Internet Archive) SOUTH CHINA MORNING POST, 24. Juni 2018. Abgerufen am 4. November 2019.
  26. ↑ twitter.com
  27. ↑ EV1 Club 10/17/98 Club Meeting. EV1 Club, abgerufen am 9. Januar 2016: „George Bellino, GMATV Magne Charge Program Assistant Manager, 50 KW Inductive Fast Charge Fleet Demo program status“
  28. ↑ Induktive Ladekonzepte von Conductix Wampfler. heise.de, 7. Juni 2012.
  29. ↑ jüp: Induktives Ladesystem für E-Busse: Kraft ohne Kabel. In: Spiegel Online. 9. Juni 2012, abgerufen am 6. Dezember 2015.
  30. ↑ Christoph M. Schwarzer: Ladekabel adieu! In: Zeit Online. 14. September 2014, abgerufen am 6. Dezember 2015.
  31. ↑ bvg.de
  32. ↑ Bastian Rosenkranz: Das Taxi der Zukunft fährt durch Mülheim und Duisburg. In: Westdeutsche Allgemeine Zeitung. 19. Oktober 2021, abgerufen am 13. Januar 2022 (deutsch).
  33. ↑ Ground Pad Module GPM - 61359487457 | BMW spare parts. Abgerufen am 4. September 2021.
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  35. ↑ Briten vor Tests von E-Auto-Ladung bei der Fahrt. In: Die Welt. 16. März 2015, abgerufen am 6. Dezember 2015.
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  40. ↑ ecomento.de BP will Elektroauto 2021 für „viel mehr als 100 Kilometer“ in 5 Minuten laden.
  41. ↑ suedkurier.de Porsche-Entwicklungs-Chef im Interview: Wie tankt man in fünf Minuten 100 Kilometer Reichweite in ein E-Auto, Herr Steiner?
  42. ↑ niederlausitz-aktuell.de 100 km in fünf Minuten! Ultraschnelle Ladesäule an A13 in Lübbenau in Betrieb.
  43. ↑ efahrer.chip.de Ladezeitenrechner
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