Ladekabel und -stationen
Die Ladung von Elektrofahrzeugen erfolgt für gewöhnlich an Ladestationen,
an welche unterschiedliche Anforderungen im öffentlichen und privaten Bereich gestellt werden.
Öffentliches Laden
AC-Ladestationen/-säulen
Intelligente Ladestationen (Stromtankstellen) wurden speziell zum Laden von Elektrofahrzeugen im öffentlichen Bereich entwickelt und werden von verschiedensten Betreibern – meist lokalen Stadtwerken – installiert. Im öffentlichen Raum ergeben sich besondere Sicherheitsanforderungen an "Steckdosen". Wenn kein Ladevorgang aktiv ist, müssen sie zum Beispiel spannungsfrei sein, um Verletzungen und Missbrauch zu verhindern. Damit keine Manipulation der Steckkontakte oder Vandalismus möglich ist, sind die Steckdosen meist verriegelt und unzugänglich, bis die Freischaltung durch einen Kunden erfolgt. Diese Authentifizierung geschieht üblicherweise mittels einer RFID-Karte, einer SMS oder per Smartphone-App. In seltenen Fällen kann an AC-Ladestationen auch per EC-Karte oder mit Bargeld bezahlt werden. Die meisten Ladestationen sind über eine Mobilfunkverbindung an IT-Backend-Systeme zur Überwachung, Autorisierung und Abrechnung angebunden, welche die endgültige Freigabe der Ladevorgänge erteilen, Zählerstände übermitteln, Störungen automatisch an die Betreiber melden und teilweise mittels Schnittstellen den Status der Ladepunkte (frei/belegt) an e-Stations.de senden.
Moderne Stationen besitzen in Deutschland und zukünftig europaweit als Standardanschluss eine Typ2-Buchse (Mennekes). Am häufigsten kommen derzeit Typ2-Steckdosen für eine maximale Ladeleistung von 22 kW (3-phasig, 400V, 32A) zum Einsatz, wobei eine öffentliche Ladesäule meist zwei Ladepunkte besitzt.
Bei heute typischen Akkugrößen von etwa 22 kWh könnte ein Elektroauto theoretisch innerhalb einer Stunde auch an diesen herkömmlichen AC-Stationen vollständig geladen werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass nur bei Nutzung aller drei Phasen (Drehstrom) mit 22 kW geladen werden kann. Derzeit unterstützen viele E-Fahrzeuge fahrzeugbedingt nur die langsamere einphasige Ladung. Dies spart Kosten und Bauraum von zwei Gleichrichtern (Ladegeräten) im Fahrzeug. So kann mit diesen Elektroautos allerdings auch an öffentlichen Ladestationen nur mit max. 7,4 kW (32A, 230V) geladen werden, sodass der Ladevorgang entsprechend länger dauert. Die Vorteile des europäischen Dreiphasenwechselstromnetzes bleiben somit ungenutzt (weitere Ausführungen zur Ladeleistung finden Sie hier).
DC-Ladestationen (Multi-/Triplecharger)
Die Schnellladung von E-Fahrzeugen erfolgt meist an speziellen Gleichstrom-Ladestationen (DC), welche als sogenannte Multicharger häufig die verschiedenen Standards (CCS für europäische und amerikanische sowie CHAdeMO für asiatische Fahrzeuge) bedienen. Diese Stationen sind größer, teurer und aufwändiger als Ihre AC-Gegenstücke, da hier die Ladegeräte (Gleichrichter) in der Station statt im Auto verbaut sind. Eine entsprechende Anzahl Gleichrichter (meist 11 kW Module) mit hohen Leistungen fände kein Platz im Fahrzeug und würde dieses unnötig verteuern. Derzeit sind Ladeleistungen von 50 kW (DC) üblich. Die Tesla Supercharger liefern heute bereits etwa 120 kW. Für andere E-Fahrzeuge werden aktuelle Standorte z.B. im SLAM-Projekt (Schnellladenetz für Achsen und Metropolen) für Ladeleistungen von 150 kW vorbereitet. Entsprechende Schnellladestationen mit 150 kW oder mehr sollen ab 2017/18 zur Verfügung stehen.
Mit 50 kW ist eine Reichweitenerhöhung von 80-120 km in 15 Minuten möglich, an 150 kW Stationen mit über 300 km neuer Reichweite in 15-20 Minuten entsprechend das Dreifache. Diese hohen Ladeleistungen entsprechen demnach wieder dem bekannten Tankstellen-Prinzip: kurz nachladen und weiterfahren.
Da für die höheren Ladeleistungen wesentlich dickere Kabel benötigt werden als für 22 kW (AC), sind die Ladekabel fest an den Mulitchargern angebracht und können direkt mit dem Auto verbunden werden. Aufgrund der höheren Umsätze an Schnellladestationen werden diese zur Bezahlung teilweise mit EC- oder Kreditkartenterminals ausgestattet.
Ladepunkt
Öffentliche Ladestationen bzw. -säulen besitzen vorwiegend zwei getrennte Ladepunkte (Steckplätze; links & rechts), sodass zwei E-Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden können. Ein Ladepunkt kann dabei über mehr als eine Steckdose besitzen, wovon dann jeweils entweder nur die eine oder die andere genutzt werden kann.
Eine Besonderheit besteht beispielsweise an den Ladepunkten der weit verbreiteten MENNEKES-Ladestationen. Die Ladepunkte sind hier als Panel mit integriertem Display und RFID-Kartenleser ausgeführt (s. Abbildung). Jedes Ladepunkt-Panel besitzt je eine Typ2-Steckdose und eine SchuKo-Steckdose (z.B. für Elektroroller), wovon dennoch immer nur einer gleichzeitig genutzt werden. Bei den meisten Multichargern bilden die beiden DC-Anschlüsse gemeinsam einen Ladepunkt, da entweder der CCS- oder der CHAdeMO-Stecker genutzt werden kann. Nur an den wenigsten Schnellladern können sie beide DC-Stecker gleichzeitig verwenden.
Bildquelle: MENNEKES Elektrotechnik GmbH & Co. KG
Zuhause Laden
Wallbox (Wandladestation)
Ladestationen für die heimische Garage, Parkhäuser oder Tiefgaragen, welche an der Wand befestigt werden, werden Wandladestation oder Wallbox genannt. Im Vergleich zu Stromtankstellen sind Wallboxen bei ähnlicher technischer Funktionalität einfacher aufgebaut und für den Einsatz in Innenräumen oder dem geschützten (halböffentlichen) Außenbereich konzipiert und bieten meist nur einen Ladepunkt
In der einfachsten Form sind Wandladestationen prinzipiell nur eine gesondert zur vorgelagerten Netzinstallation abgesicherte Typ2-Steckdose mit entsprechender Steuereinheit für zuhause, da zum Beispiel für einige E-Fahrzeuge ein spezieller Typ B FI-Schalter benötigt wird. Alternativ gibt es Wallboxen mit fest montiertem Ladekabel. Herkömmliche Wandladestationen enthalten kein Ladegerät, ein einfaches AC-Ladegerät ist in jedem E-Auto verbaut. Die Leistungsfähigkeit des eingebauten Bordladers bestimmt letztendlich die realisierbare Ladeleistung. Netzseitig wäre in den meisten Einfamilien- oder kleinen Mehrfamilienhäusern eine (ggfs. intelligent verteilte) Ladeleistung von 22 kW (Drehstrom) häufig ohne größeren Aufwand möglich.
Da Elektroautos u.a. aus Sicherheitsgründen nicht an herkömmlichen Haushaltsteckdosen (Schuko) geladen werden sollten, empfiehlt sich die heimische Installation einer solchen Wallbox. Neben der erhöhten Sicherheit kann die Typ2-Steckdose dauerhaft mit hohen Ladeströmen belastet werden, sodass auch schneller als an Haushaltssteckdosen geladen werden kann. In Wohneigentümergemeinschaften ist hierzu häufig eine Entscheidung der Eigentümerversammlung nötig, weshalb dies bei der Anschaffung eine Elektroautos frühzeitig eingeplant werden sollte.
Technisch anspruchsvollere Wandladestationen werden bspw. in Tiefgaragen und Parkhäusern eingesetzt und sind wie normale Ladesäulen an ein Backend-System angebunden oder können im Eigenheim mit der PV-Anlage oder dem SmartHome gekoppelt werden. Einige Modelle können über WLAN mit einer zugehörigen Smartphone-App verbunden und hierüber der Ladevorgang gesteuert werden.
Bildquelle: MENNEKES Elektrotechnik GmbH & Co. KG
In-Cable Control Box (ICCB) Mode 2 Ladekabel
Gewöhnliche Haushaltssteckdosen (Schuko) sind nicht auf einen dauerhaften Stromfluss von über 10-12A (2,3 kW) ausgelegt, welcher jedoch für die Ladung großer Akkus von Elektrofahrzeugen sinnvoll ist. Neben höheren Ladeleistungen ist eine Kommunikation zwischen einer „intelligenten“ Steckdose (Typ2) und dem Fahrzeug sinnvoll, über welche der Ladevorgang auch gesteuert werden kann. Da dies mit Haushaltssteckdosen nicht möglich ist, wird an Schuko-Steckdosen mit sogenannten Notladekabeln geladen. Diese Kabel enthalten eine In-Cable Control Box (kurz ICCB), also eine im Kabel integrierte Steuereinheit. Die ICCB simuliert gegenüber dem Fahrzeug die entsprechende Kommunikation und signalisiert dem Fahrzeug die maximale Ladeleistung des Kabels bzw. der Steckdose. Bei einfachen ICCB beträgt der max. Ladestrom meist 10A (an Schuko grundsätzlich einphasig, also 230V). Bei hochwertigen ICCB lässt sich der Ladestrom zwischen 10 und 16 A variieren (2,3 - 3,7 kW), wobei 16A die Steckdose überlasten und die Sicherung auslösen können.
Zusätzlich übernimmt die ICCB verschiedene Schutzfunktionen, zum Beispiel durch die Integration eines auf E-Fahrzeuge ausgelegten Fehlerstromschutzschalters (FI-Schalter). Gleichzeitig überwachen hochwertige ICCB verschiedene Sicherheitsmerkmale, wie die Temperatur am Schuko-Stecker oder Stromschwankungen durch korrodierte Steckkontakte, sodass im Falle von Anomalien eine Abschaltung erfolgt. Die ICCB ist meist nur wenig Zentimeter vom Schuko Stecker entfernt in das Kabel integriert, um die nicht überwachte Kabellänge zu minimieren. An höher gelegenen Steckdosen hängen die ICCB dann jedoch mit ihrem Gewicht am Kabel und es kann zum Kabelbruch oder erhöhten Übergangswiderständen mit entsprechender unkontrollierter Erhitzung kommen.
Auch für die heimische Garage empfiehlt sich daher langfristig die Anschaffung einer Wandladestation (Wallbox) mit Sicherungs- und Kommunikationstechnik, um das E-Fahrzeug nicht nur wesentlich schneller (> 16A, ein- oder dreiphasig), sondern auch sicher zu Laden.
Bildquelle: MENNEKES Elektrotechnik GmbH & Co. KG
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